Многослойное антикоррозионное покрытие с углеродными нанотрубками



Многослойное антикоррозионное покрытие с углеродными нанотрубками
Многослойное антикоррозионное покрытие с углеродными нанотрубками

Владельцы патента RU 2312875:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Дельфин" (RU)

Изобретение относится к многослойным грунтовочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических металлоконструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред. Многослойное покрытие общей толщиной 220-240 мкм состоит из грунтовочного слоя толщиной 80-100 мкм, промежуточного слоя толщиной 70-90 мкм и покрывного слоя. Грунтовочный, промежуточный и покрывной слои сформированы из лакокрасочного материала на основе пленкообразующего и содержащего 10-48 об.% углеродных нанотрубок, 40-86 об.% высокодисперсного цинкового наполнителя. Изобретение позволяет повысить стойкость к воздействию агрессивной среды и продлить срок службы покрытия. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Известна водная композиция для покрытия, содержащая 5-95 мас.%, по меньшей мере, одного набухаемого в щелочи полимера типа ядро-оболочка и 95-5 мас.%, по меньшей мере, одного полиуретана, причем сумма мас.%, указанных для полимеров, всегда составляет 100 мас.%, где набухаемым в щелочи полимером типа ядро-оболочка является сополимер, полученный в две или более стадий эмульсионной полимеризацией и полученной сополимеризацией на первой стадии (см. патент РФ №2254351, МПК С09D 175/04).

Недостатком водной композиции является возникновение коррозии металлических конструкций под слоем покрытия, возникающего вследствие использования водной композиции и щелочи.

Известна также водная эпоксидная коррозионностойкая грунтовка, содержащая водное эпоксидное соединение, отверждающий агент и безхроматный ингибирующий коррозию пигмент (см. патент RU №2003134603, МПК С09D 151/00, G09D 5/02).

Недостатком этого технического решения является возникновение коррозии металлических конструкций под слоем покрытия, возникающего вследствие использования водного эпоксидного соединения и склонности его к растрескиванию при температурных перепадах.

Известно многослойное антикоррозионное металлосодержащее покрытие, состоящее из грунтовочного слоя, включающего, по меньшей мере, два слоя, сформированных из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка в среде органоразбавляемого термопластичного связующего, с последующим нанесением, по меньшей мере, одного покрывного слоя (см. патент РФ №2155784, МПК С23С 28/00).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлоконструкций, содержащий пленкообразующие вещества, высокодисперсный цинковый порошок и углеродные нанотрубки (см. патент JP 2005068278, А, 17.03.2005).

Недостатком известного лакокрасочного материала является низкая стойкость к воздействию агрессивной среды, а срок службы антикоррозионной защиты не превышает 5-7 лет.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности антикоррозионной защиты металлоконструкций и обеспечении более длительного срока службы антикоррозионного покрытия, за счет увеличения прочности лакокрасочного покрытия, обусловленного введением нанотрубок. Применение углеродных нанотрубок, вследствие их высокой электропроводности, выравнивает электрический потенциал покрытия, при этом получается композитный материал, который позволяет уменьшить количество высокодисперсного цинкового порошка. (При обычном применении высокодисперсного цинкового порошка его количество равно 90-93% по объему, так как иначе не будет непосредственного контакта между частицами цинка и, как следствие этого, протекторной защиты. Кроме того, такая защита обладает нестабильными физико-химическими свойствами и временными характеристиками.) При этом электропроводность между частицами высокодисперсного цинкового порошка обеспечивается за введения углеродных нанотрубок, что не только повышает эффективность протекторной защиты, но и позволяет снизить количество высокодисперсного цинкового порошка до 40% по объему. В известных системах покрытия углеродные нанотрубки используются только для увеличения стойкости покрытия к истиранию (разрушения). Кроме того, при количестве 10-48% по объему обеспечивается достаточная прочность конструкции за счет присутствия в композите высокодисперсного цинкового порошка.

Поставленная задача достигается тем, что согласно изобретению лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлоконструкций, содержащий пленкообразующие вещества и высокодисперсный цинковый порошок и углеродные нанотрубки, выполнен в виде многослойного антикоррозионного покрытия, состоящего из грунтовочного слоя толщиной 80-100 мкм, промежуточного слоя толщиной 70-90 мкм и покрывного слоя, сформированных из лакокрасочного материала на основе пленкообразующего, и содержащего от 10 до 48% объема углеродных нанотрубок, от 40 до 86% объема высокодисперсного цинкового наполнителя, и общей толщиной 220-240 мкм.

Элекропроводность углеродных нанотрубок в несколько раз превышает электропроводность меди, что обеспечивает не только надежный электрический контакт, но и стекание статических зарядов с поверхности лакокрасочного материала, обеспечивая большую электробезопасность конструкции.

Углеродные нанотрубки - одномерный углеродный материал - были открыты около 10 лет назад. Новая молекулярная форма углерода открыла целую серию новых и неожиданных физических, механических и химических свойств. Эти уникальные свойства сделали нанотрубки ключевым элементом нанотехнологий.

Нанотрубки в настоящее время в основном используются при изготовлении молекулярных электронных устройств, нанотранзисторов и элементов памяти. Благодаря уникальным механическим свойствам нанотрубок из них можно также изготавливать углеродные композиты чрезвычайной прочности для автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Углеродные нанотрубки обладают примерно в 100 раз большей жесткостью, чем сталь, обладая в шесть раз меньшей плотностью, проводя при этом электрический ток.

Углеродные каркасные структуры - это большие молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода. Можно даже говорить, что углеродные каркасные структуры - это новая аллотропная форма углерода (в дополнение к давно известным: алмазу и графиту). Главная особенность этих молекул - это их каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри "оболочки", например фуллерен С60 (фиг.1а), после того как была разработана методика получения фуллеренов в макроскопических количествах, было обнаружено множество других, как более легких, так и более тяжелых фуллеренов: начиная от С20 (минимально возможного из фуллеренов) и до С70, C82, С96, и выше (некоторые из них показаны на фиг.1).

Фиг.1. Некоторые представители фуллеренов: а) С60, в) С60, с) С80.

Были также обнаружены длинные, цилиндрические углеродные образования, получившие названия нанотрубок (фиг.2).

Фиг.2. Примеры нанотрубок.

Нанотрубки могли быть большие и маленькие, однослойные и многослойные, прямые (фиг.2а, б) и спиральные (фиг.2в) (см. Pan et al. "Very long carbon nanotubes". Nature 394 (1998) 631). Несмотря на кажущуюся хрупкость и даже ажурность, нанотрубки оказались на редкость прочным материалом, как на растяжение, так и на изгиб.

Как показывают результаты экспериментов и численного моделирования, модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, чем у стали. В настоящее время максимальная длина нанотрубок составляет десятки и сотни микронов, а диаметр от 20 до 50 нм. Для решения поставленной задачи возможно применение и более длинных нанотрубок, а диаметр не имеет значения, хотя нанотрубки с одинаковым диаметром обеспечивают более стабильные физико-химические свойства.

Дисперсность цинкового наполнителя от 20 до 100 нм.

В качестве пленкообразующих веществ могут быть использованы любые материалы, применяемые для защиты металлических конструкций от коррозии методом окрашивания (см., например, СТП 001-95, Защита металлических конструкций мостов от коррозии методом окрашивания, корпорация "Трансстрой", Москва, 1995), при этом дополнительное введение углеродных нанотрубок и цинкового наполнителя не влияет на технологические процессы при нанесении покрытия, а долговечность любого лакокрасочного покрытия будет возрастать. Кроме того, это будет происходить для любого покрытия включая и однослойное. Однако однослойные покрытия, считаются на сегодняшний день неперспективными и используются только для временной защиты при транспортировке конструкции к месту установки.

При приготовлении лакокрасочного покрытия первоначально производится перемешивание цинкового наполнителя и нанотрубок. После этого смесь цинкового наполнителя и нанотрубок добавляется в пленкообразователи, перемешивается и наносится на защищаемую поверхность, предварительно очищенную от ржавчины и обезжиренную. Последующие слои наносятся после отвердения предыдущего слоя. Перед тем как наносить первый (грунтовочный) слой, проводится очистка металла от ржавчины (если она присутствует) и обезжиривание. Эти операции следует производить в соответствии с СТП 001-95, Защита металлических конструкций мостов от коррозии методом окрашивания, корпорация "Трансстрой", Москва, 1995 или другими нормативными документами.

Наиболее целесообразно в умеренных условиях эксплуатации использовать в поверхностном слое углеродные нанотрубки без заполнения цинком, так как протекторная защита будет происходить только после разрушения поверхностного слоя.

Новым в предлагаемом решении является использование новых материалов и технологий, которые совсем недавно начали применяться в микроэлектронной промышленности для создания более дешевых и быстродействующих процессоров. Применение нанотрубок в лакокрасочной промышленности позволяет не только снизить стоимость производства антикоррозиционных материалов, но и увеличить продолжительность безремонтной эксплуатации до 25-28 лет.

Преимущества нового лакокрасочного покрытия для защиты металлических конструкций иллюстрируются таблицей, представляющей различные системы лакокрасочных покрытий для защиты металлических конструкций от коррозии для различных условий эксплуатации.

Преимущества нового лакокрасочного покрытия для защиты металлических конструкций иллюстрируются таблицей, представляющей различные системы лакокрасочных покрытий для защиты металлических конструкций от коррозии, в которых в качестве пленкообразующего вещества используется полиуретан (ТУ 84-404-78) с различным количеством углеродных нанотрубок и цинковым наполнителем для различных условий эксплуатации.

Таблица
Грунтовочный лакокрасочный слойПромежуточный лакокрасочный слойПокрывной слой Количество: нанотрубки / Zn в %Ориентировочная толщина всего покрытия, мкмСрок службы покрытия
Количество: нанотрубки / Zn в %Ориентировочная толщина слоя. мкмКоличество: нанотрубки / Zn в %Ориентировочная толщина слоя, мкмУ1ХЛ1
1. 20/6680-10010/7670-9040/46220-2402825
2. нет/9080-100нет/6070-90нет/86140-1601715
3. 90/нет80-10050/нет70-9048/нет140-1501514
4. 60/нет40-5040/нет70-9090/нет90-1201012
5. 20/6680-10010/76140нет220-2401311
6. 20/6680-10010/7670-90нет150-1901210
7. 20/66220-240нетнетнет220-240108
8. 20/6680-100нетнетнет80-10075
Примечание: У1 - умеренный климат;
ХЛ1 - холодный климат.

Многослойное антикоррозионное покрытие для защиты металлоконструкций, состоящее из грунтовочного слоя толщиной 80-100 мкм, промежуточного слоя толщиной 70-90 мкм и покрывного слоя, сформированных из лакокрасочного материала на основе пленкообразующего и содержащего от 10 до 48 об.% углеродных нанотрубок, от 40 до 86 об.% высоко дисперсного цинкового наполнителя, и общей толщиной 220-240 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению подобных тонким пластинкам металлических пигментов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, и может быть использовано в производстве типографических красок, пластмасс, косметики, покрытий из порошкового материала и других областях.
Изобретение относится к грунтовочной антикоррозионной водно-дисперсионной композиции, предназначенной для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях, и может использоваться как грунтовка и как самостоятельное покрытие.
Изобретение относится к составам для нанесения покрытий и может быть использовано для защиты черных металлов от коррозии цинкнаполненными композициями. .

Изобретение относится к получению грунтовочного покрытия для нанесения на металлический субстрат, предназначенный для изготовления изделий и нанесения верхнего слоя покрытия.

Изобретение относится к антикоррозионным покрытиям для металлических деталей. .

Изобретение относится к протекторной грунтовке, которая используется для окраски рулонного металла, электрохимической защиты коррозии мостов, линий электропередач и других металлических конструкций длительного пользования.
Изобретение относится к области химии, к составам, краскам и красителям для нанесения покрытий, имеющих в основе эпоксидные смолы или сложные полиэфиры и содержащих металлический порошок или свободный металл.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к грунтовочным водно-дисперсионным композициям, предназначенным для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых как в атмосферных условиях и подверженных воздействию различных жидкостей.

Изобретение относится к защитным покрытиям металлических и бетонных поверхностей, используемых в условиях повышенной коррозионной активности. .

Изобретение относится к однослойным и многослойным грунтовочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических металлоконструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Изобретение относится к краске-покрытию, обладающему одновременно теплоизоляционными, звукоизоляционными, гидроизоляционными свойствами, и предназначенному для защиты различного оборудования, трубопроводов, металлических, бетонных, железобетонных, кирпичных, деревянных и других строительных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.
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.
Изобретение относится к составам клеевых грунтовок или праймеров, предназначенных для противокоррозионной защиты стальных трубопроводов, преимущественно нефте- и газопроводов при их сооружении и капитальном ремонте.
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.
Изобретение относится к составам антикоррозионных цинксодержащих грунтовок, предназначенных для протекторной защиты от коррозии изделий, сооружений и конструкций из черных металлов, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, в условиях водно-солевого тумана, в среде паров и аэрозолей нефтепродуктов.
Изобретение относится к способу защиты и восстановления прокорродировавших металлических поверхностей, работающих в условиях абразивного износа, воздействия агрессивных сред, например при перевозке удобрений, в энергетике, химической и добывающей промышленности при ремонте проржавевшего оборудования.
Изобретение относится к химической промышленности касается создания средств, используемых при антикоррозионной защите и теплозащите различных поверхностей от перегрева, в частности металлических поверхностей, бетонных поверхностей, оштукатуренных поверхностей и других строительных конструкций из металла и бетона, эксплуатирующихся в атмосфере агрессивных сред, в частности для теплоизоляции и защиты от коррозии трубопроводов, включая теплоизоляцию трубопроводов теплового и водяного снабжения, а также газонефтепроводов, для теплоизоляции и защиты от коррозии, например крыш, стен домов и других элементов при домостроении, особенно эксплуатирующихся в специфических и достаточно жестких условиях, в частности в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур и давлении, а также при воздействии высоких температур, воздействии перегретого пара.

Изобретение относится к химической промышленности и касается создания средств, используемых при антикоррозионной защите и теплозащите различных поверхностей от перегрева, в частности металлических поверхностей, бетонных поверхностей, оштукатуренных поверхностей и поверхностей различных строительных конструкций из металла, бетона, эксплуатирующихся в атмосфере агрессивных сред, в частности для теплоизоляции и защиты от коррозии трубопроводов, включая теплоизоляцию трубопроводов теплового и водяного снабжения, а также газонефтепроводов, для теплоизоляции и защиты от коррозии, например крыш, стен домов и других элементов при домостроении, особенно эксплуатирующихся в специфических и достаточно жестких условиях, в частности в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур и давлений, а также при воздействии высоких температур, воздействии перегретого пара.

Изобретение относится к однослойным и многослойным грунтовочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических металлоконструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2006-03-24 2013-03-21T18:56:34
Наверх