Полимерное защитное барьерное покрытие
Изобретение относится к композиции для получения полимерного защитного барьерного покрытия на различных поверхностях, включая металл, бетонные поверхности, конструктивные элементы трубопроводов, металлических узлов, агрегатов различных отраслей техники от воздействия различных агрессивных сред. Композиция включает следующее соотношение компонентов в мас.%: 33,5-41,0 эпоксидной диановой смолы, 2,5-10,0 дибутилфталата и/или алифатической эпоксидной смолы ДЭГ-1, 4,0-6,5 отвердителя полиэтиленполиамина, 42,5-50,0 пластинчатого наполнителя в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм и, при необходимости, 0-6,0 аэросила и/или 0-17,5 органического растворителя. Изобретение позволяет снизить токсичность состава, упростить его приготовление с одновременным улучшением барьерных защитных свойств, расширить его функциональное назначение. 2 табл.
Изобретение относится к химической технологии и конкретно касается создания антикоррозионных полимерных барьерных покрытий на различных поверхностях, и предназначенных для устройства износоустойчивого тиксотропного полимерного покрытия, стойкого к агрессивным средам на конструктивных элементах зданий и сооружений из металла и бетона, антикоррозионной защиты конструктивных элементов трубопроводов, антикоррозионной защиты металлических узлов и агрегатов различных отраслей техники, устройства износоустойчивых антикоррозионных наливных полов, стойких к растворителям и нефтепродуктам, декоративной отделки указанных защищаемых поверхностей.
Известные полимерные антикоррозионные покрытия являются наполненными, в частности высоконаполненными. В качестве наполнителей используют, например, кварцевый песок пат. RU №2250946, 27.04.2005, полые кварцевые микросферы пат. RU №2004113553, 20.10.2005, силикатное стекло пат. RU №2004102396, 10.05.2005, различные алюмосиликаты (андезиты, бентониты, перлиты, вермикулиты и т.д.), оксиды металлов, карбонаты (мел, доломит) пат. RU №2265619, 10.12.2005, тальк, графит пат. RU №2264428, 20.11.2003, кремний, свободные металлы (алюминиевая пудра) пат. RU №1678038, 20.12.200, №2215763, 10.11.2003, мелкодисперсный цинк пат. RU №2004110933, 10.10.2005 (заявка).
Наполнители могут быть пластинчатой формы, сферической, тонкодисперсные с развитой поверхностью без определенной формы.
При создании таких антикоррозионных покрытий широко применяются различные эпоксидные смолы ввиду их хорошей адгезии к различным поверхностям и химической стойкости к воздействию агрессивных сред.
Из пат. SU 431198, 05.06.1974 известен антикоррозионный состав, предназначенный для защиты оборудования из углеродистой стали, содержащий эпоксидную диановую смолу, дибутилфталат, кислотный отвердитель и ускоритель, например диметиланилин, высокодиспесную двуокись кремния с удельной поверхностью 150-400 м2/г и минеральный наполнитель, и компоненты взяты в следующем соотношении (в вес.ч.):
| Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Дибутилфталат | 10-20 |
| Высокодисперсная двуокись кремния | 1,5-3 |
| Кислотный отвердитель | 30-50 |
| Минеральный наполнитель | 100-550 |
| Ускоритель, например, диметиланилин | 0,1-0,5 |
В качестве эпоксидной диановой смолы может быть применена смола ЭД-6, ЭД-20 или Э-40, в качестве кислотного отвердителя - фталевый и малеиновый ангидриды, в качестве минерального наполнителя - диабазовая, базальтовая, андезитовая мука, карбид кремния или электрокорунд.
Состав обеспечивает повышенную теплостойкость и износостойкость в условиях гидроабразивного износа, но сложен в приготовлении, многокомпонентен, относится к покрытиям горячего отверждения, что ограничивает его применение.
Из пат. SU 443047, 15.09.1974 известен эпоксидный состав, применяемый для защиты бетонных поверхностей от разрушения, например поверхностей канализационных трубопроводов, и представляющий собой смесь эпоксидной диановой смолы, антраценового масла (как пластификатор), отвердителя - полиэтиленполиамина и триэтаноламина, и наполнителя, в качестве которого использована базальтовая мука с удельной поверхностью от 2000 до 3000 см2/г, причем ингредиенты взяты в следующем соотношении, вес.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 50-80 |
| Антраценовое масло | 50-20 |
| Полиэтиленполиамин | 4-6 |
| Триэтаноламин | 1-2 |
| Базальтовая мука (удельная поверхность 2000-3000 см2/г) | 300-500 |
Состав обеспечивает покрытию повышенную износостойкость, не требует химической обработки, но имеет длительное время отверждения - 6-18 часов, достаточно токсичен из-за большого содержания в нем антраценового масла.
Из известного уровня техники известно использование базальтового наполнителя как в виде базальтовой муки (SU 443047, 1974), в виде базальтовых волокон (RU 2260022, 10.09.2005; SU 827511, 21.05.1979), так и в виде базальтовой чешуи.
Так из SU 1831871, 27.05.1995, известна химстойкая полимерная композиция для покрытий на основе акрилатных мономеров, в сочетании с полиизоцианатом, перхлорвиниловой смолой, дивинилбензолом и содержащая в качестве наполнителя базальтовую чешую. Композиция достаточно токсична и предназначена в основном для защиты от коррозии установок для десульфации газов, сложна в приготовлении.
Из RU 2057157, 27.03.1996, известна маслобензостойкая композиция для покрытия, включающая в качестве полимерного связующего эпоксидную диановую смолу ЭД-20 (50-95 мас.ч.), 2-фурилальдегид (10-40 мас.ч.), отвердитель - раствор диэтилентриаминометилфенола в ацетоне (30-95 мас.ч.), полибензилпиридинийхлорид (0,02-2,8 мас.ч.), перхлорвиниловую смолу (0,03-3,0 мас.ч.) и наполнитель - базальтовые чешуйки (5-250 мас.ч.).
Однако данная известная композиция сложна в приготовлении и содержит в своем составе достаточно токсичные компоненты.
Технической задачей заявленного изобретения является снижение токсичности состава, упрощение его приготовления с одновременным улучшением барьерных защитных свойств при нанесении покрытия на основе этого состава на различные поверхности - металл, бетонные поверхности и другие поверхности, а также расширение его функционального назначения.
Поставленная техническая задача достигается полимерной композицией для получения защитного барьерного покрытия на различные поверхности, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и базальтовый наполнитель, которая в качестве отвердителя содержит полиэтиленполиамин, в качестве базальтового наполнителя пластинчатый наполнитель в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, дополнительно содержит дибутилфталат и/или алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1 и при необходимости аэросилу и/или органический растворитель при следующем соотношении компонентов в мас.%:
| Эпоксидная диановая смола | 33,5-41,0 |
| Дибутилфталат и/или алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 | 2,5-10,0 |
| Полиэтиленполиамин | 4,0-6,5 |
| Вышеуказанный пластинчатый наполнитель | |
| в виде андезитовой базальтовой чешуи с | |
| толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм | 42,5-50,0 |
| Аэросил | 0,0-6,0 |
| Органический растворитель | 0,0-17,5 |
В качестве эпоксидной диановой смолы композиция содержит, например, эпоксидные диановые смолы марок ЭД-20, ЭД-5, ЭД-6, ЭД-24 и другие. Алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 является продуктом конденсации эпихлоргидрина с многоатомными спиртами. В качестве аэросила композиция может содержать микрокремнезем - аэросил с различной удельной поверхностью, например марок А-175, А-300.
В качестве органического растворителя композиция может содержать различные известные традиционно используемые в эпоксидных композициях органические растворители, например, такие как сольвент, растворитель Р-4 (смесь ацетона, бутилацетата и толуола), растворитель 646 - (смесь этанола, ацетона, этилцеллозольва, бутилацетата, толуола и бутанола) и другие.
В качестве пластинчатого наполнителя композиция по изобретению содержит андезитовую базальтовую чешую, с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, например марки АБЧ-100, с толщиной пластинок около 5,0 мкм.
Адгезидно-базальтовая чешуя, используемая в заявленном изобретении, представляет собой смесь базальтовой и андезитовой чешуек в различных произвольных соотношениях, не оказывающих сильного влияния на их конечные рабочие характеристики.
С помощью варьирования содержания компонентов композиции, заявленной в качестве изобретения, изменяют реологические свойства композиции, а так же функциональное назначение покрытия: композиция может быть использована для получения грунтовочного покрытия, в качестве мастичного покрытия, в качестве отдельного защитного покрытия по различным поверхностям, способной для нанесения и на вертикальные поверхности.
В таблице 1 представлены примеры композиций, иллюстрирующие изобретение, но не ограничивающие его.
| Таблица 1. | |||||||
| Тип покрытия, примеры | Массовая доля компонентов, % | ||||||
| Эпоксидная смола ЭД-20 | Эпоксидная Алифатическая смола ДЭГ-1 | Дибутилфталат | Полиэтиленполиамин | Аэросил А-175 | Базальтовая чешуя* | Растворитель** | |
| 1. Пластифицированное ДБФ | 41 | - | 4,5 | 4 | 0,5 | 50 | - |
| 2. Пластифицированное ДЭГ-1 | 33,5 | 10 | - | 6,0 | 0,5 | 50 | - |
| 3. Тиксотропное, для нанесения на вертикальную поверхность | 36 | 5 | 1 | 5 | 3 | 50 | - |
| 4. Мастика | 33,5 | 0,5 | 4 | 6 | 50 | - | |
| 5. Грунтовка | 33,5 | - | 2,5 | 4 | - | 42,5 | 17,5 |
| * используется андезитовая базальтовая чешуя с толщиной пластинок 4,0 мкм, марки А-100. | |||||||
| ** растворитель Р-4. |
Композицию по изобретению готовят следующим образом.
Тщательно перемешивают между собой все входящие компоненты, исключая отвердитель - полиэтиленполиамин, который вводят в композицию непосредственно перед ее применением.
Введение в качестве «барьерного» наполнителя андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок около 5 мкм в определенном количестве в заявленную композицию экспериментально подобранного качественно-количественного состава обеспечивает получаемому покрытию высокую химическую стойкость, так как, в частности, физически увеличивает путь через слой покрытия, который пытаются преодолеть молекулы жидкости (агрессивной по отношению к подложке) и/или газа.
Основное назначение покрытия, получаемого на основе композиции по изобретению - предотвращение контакта среды, вызывающей коррозию, защищаемой поверхности за счет барьерной структуры получаемого полимерного покрытия и стойкой к агрессивным средам полимерной основы. Барьерная структура покрытия в частности обусловлена и наличием пластинчатого наполнителя (базальтовой чешуи), пластинки которого имеют толщину около 5 мкм и в покрытии перекрываются «внахлест».
Тиксопропные свойства композиции, в частности, придает и мелкодисперсный оксид кремния CiO2 в виде аэросила за счет развитой активной поверхности.
Получаемое покрытие через 7 суток после нанесения обеспечивают следующие характеристики:
- предел прочности при отрыве, МПа=40.0;
- предел прочности при изгибе, МПа=70.0;
- ударная вязкость, А, кДж/м2=15.0;
- электрическая прочность на пробой >=25 кВ/см2;
- химическая стойкость к растворам кислот и щелочей, растворителям, нефтепродуктам - высокая.
По физико-химическим показателям композиция соответствует нормам, указанным в таблице 2.
| Таблица 2. | ||
| Наименование показателя | Норма для материала Базальтоэпоксипластик® | Метод испытания |
| 1. Внешний вид | Темно-коричневая вязкая жидкость | По 353-105-1207-2002ТУ |
| 3. Условная вязкость по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре от 19,5 до 20,5°С, с | от 30 до 40 | По ГОСТ 8420 |
| 4. Массовая доля нелетучих веществ, % | от 79,0 до 99,0 | По ГОСТ 17537 |
| 6. Время высыхания до степени 3 при температуре от 18 до 22°С, ч | 2 | По ГОСТ 19007 |
Таким образом, большими преимуществами композиции по изобретению является, в частности, то, что она содержит компоненты, которые
- являются оптически непрозрачными в видимой и ультрафиолетовой области;
- не содержат легко подверженных гидролизу и коррелирующих металлические поверхности функциональные группы, что делает их устойчивыми к воздействию влаги воздуха, и повышается долговечность покрытий при эксплуатации и расширяется возможный диапазон их использования.
Композиция устойчива к механическому износу, способна защищать поверхность на которую они наносятся от действия агрессивных сред, таких как растворители, нефтепродукты, растворы кислот и щелочей, является газо- и водонепроницаемой.
Все эти указанные свойства композиции по изобретению позволяют использовать ее для следующих целей:
- Облицовка бетонных и стальных резервуаров, танков, цистерн, бассейнов, отстойников, стоков, дамб, плотин, туннелей, коллекторов и пр.
- Замена или ремонт старой, некачественной облицовки.
- Защитное покрытие для стальных цистерн и резервуаров, бункеров и труб.
- Защитное покрытие для кровли.
- Изолирующее покрытие для асбеста, свинецсодержащих красок и других токсичных материалов.
- Защитное покрытие для декоративных объектов, таких как стойки, опоры, сливы, стоки, люки, объемная реклама, и пр.
- Защита полов и стен, на которые возможно попадание жидкостей, вызывающих коррозию.
- Антиабразивная пленка для горного оборудования, мельниц, дробилок, для самосвалов и грузовиков.
- Защита резервуаров замороженной соленой воды (рыболовецкие траулеры).
Полимерная композиция для получения защитного барьерного покрытия на различных поверхностях, включающая эпоксидную диановую смолу, дибутилфталат и/или алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1, отвердитель полиэтиленполиамин, пластинчатый наполнитель в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, при необходимости композиция содержит аэросил и/или органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Эпоксидная диановая смола | 33,5-41,0 |
| Дибутилфталат и/или | |
| алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 | 2,5-10,0 |
| Полиэтиленполиамин | 4,0-6,5 |
| Вышеуказанный пластинчатый наполнитель | 42,5-50,0 |
| Аэросил | 0,0-6,0 |
| Органический растворитель | 0,0-17,5 |
