Износостойкий защитный полимерный состав

Изобретение относится к износостойким защитным полимерным покрытиям, которые могут быть использованы для защиты от коррозии и механического износа различных металлоконструкций в нефтегазовой, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Состав включает следующее соотношение компонентов в мас.ч.: 14-20 эпоксидной диановой смолы ЭД-20 в качестве связующего, 24-28 аминофенольного отвердителя, 80-86 смолы оксилин-5 или оксилин-6 в качестве модификатора, 5-10 аэросила в качестве мелкозернистого наполнителя, 50-60 смеси графита и дисульфида молибдена в качестве антифрикционного наполнителя при массовом соотношении графита к дисульфиду молибдена 4:1 и растворитель до рабочей вязкости. Изобретение позволяет повысить водо- и бензостойкость, и получить состав, обеспечивающий предел прочности при растяжении 10,5-19,2 МПа, относительное удлинение при разрыве 30,8-40,2, коэффициент трения по металлу (Ст 3) при 30°С 0,048-0,074, при 70°С 0,028-0,042. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области полимерных композиций на основе эпоксидных смол, которые могут быть использованы для защиты металлических конструкций от коррозионного, эрозионного и коррозионно-эрозионного износа.

Одним из актуальных вопросов, стоящих перед современным материаловедением, является обеспечение защиты металлических конструкций от коррозионного и эрозионного воздействия внешней среды, приводящего к разрушению поверхностных слоев металла и в конечном счете всей конструкции.

Известна антикоррозионная композиция для защиты металлических конструкций, оборудования и сооружений, описанная в пат. RU №2174136 (Кл. С09D 5/08, 163/02, 2001). Данная композиция содержит связующее - эпоксидную смолу, модификатор - тиокол марки 1, отвердитель - АСОТ-2 и наполнитель - мелкочешуйчатый альфа-оксид железа. Покрытия, полученные из этой композиции, являются долговечными (до 15 лет) и износостойкими в условиях действия химических реагентов, влаги, перепада температур, превышающих 100°С. Однако наряду с вышеперечисленными достоинствами эти покрытия имеют и существенные недостатки. Так, например, в присутствии альфа-оксида железа при повышенных температурах увеличивается скорость деструкции полярных связей в полимере, что приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств покрытий в процессе их эксплуатации, недостаточной эластичности и водостойкости, особенно в горячей воде. Последнее требование является особенно важным при защите крупногабаритных гидротехнических сооружений, а также нефтехранилищ, где периодически для промывки используют горячую воду или водяной пар. Еще одним существенным недостатком известной композиции является ее низкая тиксотропность.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному составу является состав, приведенный в описании изобретения RU №2261879 (Кл. С09D 5/08, 163/02, 10.10.2005), включающий связующее - эпоксидную диановую смолу, модификатор - бутадиен-нитрильный низкомолекулярный каучук или полисульфидный каучук, или акриловую смолу, кремнеорганический аминный отвердитель в комплексе с полиэтиленполиамином, чешуйчатый наполнитель - чешуйчатый кремний, представляющий собой отход производства молотого кремния кристаллического для производства кремнийорганических соединений и мелкодисперсный наполнитель - аэросил и/или микротальк при следующем соотношении, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Аминный отвердитель	10-20
Чешуйчатый кремний	40-80
Аэросил	5-10
Микротальк	10-20
Модификатор	30-60

Данное покрытие обладает высокой адгезией к металлам и бетону, высокой механической прочностью, эластичностью, износостойкостью, атмосферостойкостью, устойчивостью к действию горячей воды, долговечностью.

К недостаткам прототипа, на наш взгляд, следует отнести:

1) необходимость использования в качестве компонента отхода производства молотого кремния, что создает трудности в его приобретении в отдельных регионах, а также в получении соответствующего сертификата соответствия;

2) использование в качестве модификатора бутадиен-нитрильного или полисульфидного каучуков, или акриловой смолы не обеспечивает достаточной химической стойкости в нефтепродуктосодержащих средах;

3) толщина получаемых покрытий не менее 100-120 мкм, что авторами отмечено как преимущество. В то же время для защиты технологического оборудования, трубопроводов, металлоконструкций, многих объектов нефтегазовой, химической, пищевой и других отраслей значительная толщина неприемлема из-за возникновения высоких внутренних напряжений, приводящих к образованию дефектов в покрытиях и сокращению защитной способности.

В основу изобретения положена задача создания полимерного состава для защиты металлических конструкций, позволяющего получить покрытие, сочетающее достоинства известных покрытий, при этом полностью состоящее из серийно выпускаемых промышленностью компонентов, обладающее высокой водо- и бензостойкостью, позволяющее получать слои толщиной 30-40 мкм.

Поставленная задача достигается тем, что предложен состав, включающий в себя связующее - эпоксидную диановую смолу ЭД-20, модификатор, отвердитель, мелкозернистый наполнитель - аэросил, дополнительно антифрикционный наполнитель - смесь графита и дисульфида молибдена при их массовом соотношении 4:1 (мас.) и растворитель до рабочей вязкости, при этом согласно изобретению в качестве модификатора он содержит смолу оксилин-5 или оксилин-6, в качестве отвердителя - аминофенольный отвердитель, в качестве растворителя - ацетон, или растворитель Р-4, или растворитель №646. Заявленный состав содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20	14-20
Смола оксилин-5 или оксилин-6	80-86
Вышеуказанный наполнитель	50-60
Аминофенольный отвердитель	24-28
Аэросил	5-10
Растворитель	до рабочей вязкости

Использование в качестве модификатора смолы оксилин-5 или оксилин-6, представляющей собой хлорполиольную алифатическую трехфункциональную эпоксидную смолу с эпоксидным числом 6-8%, способствует снижению внутренних напряжений, повышению пластичности, бензомаслостойкости.

В качестве отвердителя применяется аминофенольный отвердитель Агидол-51, или Агидол-52, или АФ-2, позволяющие наносить покрытия при пониженной температуре и по влажной поверхности. Отвердители Агидол представляют собой смеси фенольных оснований Манниха: 2-N,N'-диметиламинометилфенола (о-Агидол-51), 4-N,N'-диметиламинометилфенола (п-Агидол-51), 2,6-ди-N,N'-диметиламинометилфенола (о-Агидол-52), 2,4-ди-N,N'-диметиламинометилфенола (п-Агидол-52), выпускаются по ТУ 38.103.356-96. Отвердитель АФ-2 выпускается по ТУ 6-05-1663-79.

Аэросил способствует удержанию незатвердевших покрытий на вертикальных и наклонных поверхностях защищаемых конструкций.

Количество растворителя (мас.ч.) зависит от способа нанесения покрытия: кистью - 8-12, распылением воздушным - 16-20, безвоздушным - 12-15.

Кроме того, в заявленный состав для придания цвета и улучшения внешнего вида могут быть добавлены пигменты, например белый (двуокись титана марок Р-02, Р-03, Р-04 по ГОСТ 9808-75), оливково-зеленый (окись хрома пигментная сортов ОХП-1, ОХП-2 по ГОСТ 2912-73), пурпурно-красный (сурик свинцовый марок М-1, М-2 и М-3 по ГОСТ 19151-73). Их количество продиктовано только декоративными свойствами.

Заявленный состав готовят следующим образом.

Пример №1

В смеситель емкостью 3 л загружают 140 г эпоксидной смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) и 860 г смолы оксилин-5 (ТУ 6-02-1376-87) и перемешивают при комнатной температуре в течение 15 минут. Не прекращая перемешивания, добавляют 100 г аэросила марки А-175 (ГОСТ 14922-77), 400 г графита марки ГЛС1 (ГОСТ 5420-74) и 50 г дисульфида молибдена марки ДМИ-7 (ТУ 48-19-133-90 изм.1,2). Дисперсность частиц наполнителей перед введением в состав определяли на приборе «Клин» типа 0-50 по ГОСТ 6589-74, которая составила для аэросила 10-15, дисульфида молибдена 20-25, графита 25-30 мкм.

Продолжают перемешивание в течение 20 минут. В последнюю очередь добавляют аминофенольный отвердитель - Агидол-51 (ТУ 38.103.356-96) и перемешивают всю массу в течение еще 20 минут. Растворитель - ацетон (ГОСТ 2768-84) вводят в количестве 80 г непосредственно перед применением краски до достижения рабочей вязкости 12-15 с по В3-4 (ГОСТ 8420-74) при нанесении кистью. При нанесении покрытий распылением рабочая вязкость должна составлять 18-22 с по В3-4 (ГОСТ 8420-74). Составы в примерах 2-4 (таблица 1) готовят аналогичным образом. Состав 5 готовят так, как указано в примере 3 прототипа. Покрытия наносили на предварительно опескоструенные стальные (ВСт3кп, ГОСТ 380-71) образцы. Продолжительность сушки слоя покрытия составляет 24 ч при комнатной температуре.

Толщину покрытий определяли с помощью толщиномера ИТП-1, предел прочности лакокрасочных пленок - по ГОСТ 5628-51, интенсивность износа покрытий - по ГОСТ 20811-75.

Водостойкость покрытий оценивали по показателю влагопоглощаемости (ГОСТ 21513-76). Образцы с покрытиями выдерживали в воде при заданных температурах (20±2 и 60±2) в течение 10 сут.

Бензостойкость в бензине АИ-95 определяли по ГОСТ 21064-75. Приращение массы после экспозиции в бензине определяли по методике, использованной для определения влагопоглощаемости.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Из представленных данных видно, что изобретение позволяет получить состав, обеспечивающий предел прочности при растяжении 10,5-19,2 МПа, относительное удлинение при разрыве 30,8-40,2, коэффициент трения по металлу (Ст 3) при 30°С 0,048-0,074, при 70°С 0,028-0,042, высокие водостойкость (влагопоглощаемость 1,62-1,88% при 20°С, 3,18-3,61% при 60°С), бензостойкость (приращение массы 1,12-1,38% при 20°С).

Таблица 1
№ п/п	Содержание компонентов, г
Эпоксидная смола ЭД-20	Модификатор	Отвердитель	Аэросил	Графит	Дисульфид молибдена	Растворитель
1	140	Оксилин-5 860	Агидол-51 240	50	400	100	Ацетон 80
2	140	Оксилин-5 860	Агидол-51 280	100	480	120	Ацетон 80
3	200	Оксилин-5 800	Агидол-51 240	50	400	100	Ацетон 60
4	200	Оксилин-5 800	Агидол-51 280	100	480	120	Ацетон 60
5 (пример 3)	1000	CKH-26-1a 400	ПЭПА + АГМ-9 + Л20 (1:1:1) 200	50	Чешуйчатый кремний (400) + титана диоксид (375) микротальк (100)	Р-5 75

Таблица 2
Свойство	Варианты покрытий	Прототип
1	2	3	4
Толщина покрытия, мкм	30	40	120	180	180
Предел прочности лакокрасочной пленки при растяжении, МПа	19,2	18,5	16,0	10,5	21,6
Относительное удлинение лакокрасочной пленки при разрыве, %	40,2	42,0	30,8	32,0	3,8
Интенсивность износа, мм/(кг·см2)	0,98	0,92	0,87	0,82	0,88
Коэффициент трения по стали (ВСт3кп, ГОСТ 380-71)
при 30°С	0,048	0,052	0,070	0,074	-
при 70°С	0,028	0,033	0,038	0,042	-
Водопоглощаемость покрытия, %, после экспозиции при 20°С при 60°С	1,78	1,66	1,88	1,62	-
3,42	3,24	3,61	3,18	4,0
Бензостойкость покрытия, %, после экспозиции в бензине АИ-95 при 20°С	Стоек (без изменений)	Стоек (без изменений)	Стоек (без изменений)	Стоек (без изменений)	-
Приращение массы после экспозиции в бензине АИ-95 при 20°С, %	1,22	1,30	1,12	1,38	-

1. Износостойкий защитный полимерный состав, включающий связующее - эпоксидную диановую смолу ЭД-20, модификатор, отвердитель, мелкозернистый наполнитель аэросил, отличающийся тем, что в качестве модификатора он содержит смолу оксилин-5 или оксилин-6, в качестве отвердителя аминофенольный отвердитель, дополнительно антифрикционный наполнитель - смесь графита и дисульфида молибдена при их массовом соотношении 4:1 (мас.) и растворитель до рабочей вязкости при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20	14-20
Смола оксилин-5 или оксилин-6	80-86
Вышеуказанный наполнитель	50-60
Аминофенольный отвердитель	24-28
Аэросил	5-10
Растворитель	До рабочей вязкости

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя содержит ацетон, или растворитель Р 4, или растворитель № 646.