Состав порошкового покрытия для катодной защиты от коррозии и способ
Изобретение относится к вариантам отверждаемого состава порошкового покрытия и к способу катодной защиты стальной подложки от коррозии. По первому варианту состав состоит из следующих компонентов: (а) термореактивной смолы, (b) соединения бората цинка в количестве от 0,5 до 4,75 мас.% по отношению к общей массе твердых продуктов, (с) отверждающего агента, способного к отверждению указанного состава, в количестве, эффективном для отверждения покрытия, (d) наполнителя, пигмента, добавки. В качестве термореактивной смолы используют эпоксидную смолу с функциональными группами бисфенола А/эпихлоргидрина. В качестве отверждающего агента используют ускоренный дициандиамид или фенольный отверждающий агент. По второму варианту состав содержит термореактивную эпоксидную смолу, вышеуказанный отверждающий агент и соединение бората цинка в количестве от 0,5 до 4,75 мас.% по отношению к общей массе твердых веществ. Способ катодной защиты заключается в том, что на стальную подложку воздействуют механической обработкой. На обработанную стальную подложку наносят состав по первому варианту. Затем проводят поляризацию стальной подложки с нанесенным покрытием в качестве катода. Изобретение позволяет повысить стойкость к катодному отслоению в течение продолжительного времени при высокой температуре и влажности. 3 н и 11 з.п. ф-лы, 3 табл. 1 ил.
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к составу и способу для катодной защиты от коррозии. В частности, настоящее изобретение относится к составу отверждаемого порошкового покрытия, содержащего борат цинка, и к способу нанесения состава для покрытия, который, когда он наносится на сталь или другую железную подложку, приводит к получению антикоррозионного покрытия, эффективного для улучшения стойкости к катодному отслоению.
2. Описание предшествующего уровня техники
Одно из средств предотвращения коррозии материалов на основе стали, в условиях влажности, с содержанием электролитов, таких как насыщенный солевой раствор и раствор соли, является катодная защита. Катодная защита предотвращает растворение стали, поддерживая материал на основе стали в качестве катода и ингибируя ионизацию железа. Однако, когда железная часть имеет большую площадь поверхности, потребление энергии и расходуемого анода возрастает. По этой причине, материал на основе стали, как правило, не используется непосредственно для катодной защиты, но в большинстве случаев катодная защита осуществляется в сочетании с органическим покрытием и/или прокладкой. При таком подходе, большие детали из материала на основе стали защищаются от коррозии с помощью органического покрытия, а участки с дефектами, имеющиеся в этом органическом покрытии, такие как царапины и сквозные отверстия, могут поддерживаться с помощью катодной защиты.
При катодной защите ионы металла восстанавливаются и становятся нерастворимыми на поверхности металла, поляризованного до катода. По этой причине может быть получен удовлетворительный эффект путем осуществления противокоррозионной защиты посредством приложения энергии в соответствии с ионами металла, которые должны растворяться. Количество ионов металла, которые должны растворяться, пропорционально площади поверхности металла и соответствует площади поверхности участков с дефектами в случае материала на основе стали с покрытием. Однако исключительно трудно узнать точную площадь поверхности участков с дефектами. По этой причине катодная защита, как правило, применяется в избытке. Однако избыточная поляризация генерирует ионы гидроксила из-за гидролиза воды на катоде, так что участки органического покрытия с царапинами функционируют в качестве катода и всегда экспонируются для щелочной окружающей среды. Когда осуществляется такое состояние, разрушение точек адгезии органического покрытия происходит на любой из границ раздела между материалом на основе стали и органическим покрытием, и между органическими покрытиями, в особенности, на участках, на которых устойчивость к щелочам является слабой, и происходит катодное отслоение органического покрытия.
В качестве средств для ограничения такого катодного отслоения предложен способ осуществления хроматной обработки или нанесения обогащенного цинком грунтовочного покрытия из специальной термореактивной эпоксидной смолы (смотри нерассмотренную публикацию патента Японии (Kokai) No.59-222275). Однако эта технология не является достаточной для того, чтобы удовлетворить требованиям высокого уровня к стойкости к катодному отслоению последних лет и не использует компонент пигмента на основе бората цинка в композиции. Нерассмотренная публикация патента Японии (Kokai) No.55-142063 описывает композицию, состоящую из поливинилбутиралевой смолы, жидкой эпоксидной смолы, боратного соединения, эпоксисиланового связывающего агента и фосфорной кислоты в качестве композиции для предварительной обработки, для спекания. Однако этот состав покрытия направлен на промывную грунтовку для предварительной обработки металла и является отличной от цели настоящего изобретения, и смолы, используемые в этой ссылке, не используют отверждающий агент и представляют собой термопластичные смолы.
Способы ограничения такого катодного отслоения являются в целом известными. К сожалению, многие из этих технологий являются недостаточными для того, чтобы удовлетворить требованиям высокого уровня к стойкости к катодному отслоению в последние годы. Способ обеспечения катодной защиты от коррозии посредством осуществления стадий предварительной обработки стали, нанесения порошкового покрытия на основе обогащенной цинком термореактивной эпоксидной смолы, а затем поляризации материала на основе стали с нанесенным покрытием в качестве катода, описаны в Европейском патенте ЕР 0588318 Bl, Kaga. Однако эта технология ограничивается покрытиями с относительно высокими уровнями (5-75 мас.%) соединений цинка, что приводит к возникновению проблемы с растворимостью в течение длительных периодов времени, а также увеличению стоимости соединения на основе бората цинка.
По этой причине имеется необходимость в композициях для покрытий, предпочтительно, в порошковых композициях покрытия и в способах их нанесения, которые обеспечивают оптимальную защиту от катодного отслоения в течение продолжительного времени, при высокой температуре и влажности, с низкой стоимостью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к отверждаемому покрытию для катодной защиты от коррозии, предпочтительно, порошковому покрытию, при этом покрытие содержит:
(a) термореактивную смолу, или смесь термореактивных смол;
(b) примерно от 0,5 до 4,75 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, соединения на основе бората цинка; и
(c) отверждающий агент(ы) в количестве, эффективном для отверждения покрытия.
В частности настоящее изобретение относится к составу эпоксидного порошкового покрытия, содержащего термореактивную эпоксидную смолу и отверждающий агент для указанной эпоксидной смолы, отличающегося тем, что он содержит примерно от 0,5 до 4,75 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ соединения на основе бората цинка, для улучшения стойкости к катодному отслоению.
Настоящее изобретение, кроме того, предусматривает способ катодной защиты от коррозии, который включает стадии воздействия на подложку механической обработки, нанесения на указанную обработанную стальную поверхность катодного защитного покрытия и поляризации материала с покрытием в качестве катода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертеже представлен график, иллюстрирующий зависимость стойкости к катодному отслоению от концентрации бората цинка.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для улучшения стойкости покрытия к катодному отслоению исторический подход заключается в улучшении способности к адгезии на стали посредством добавления полярных групп, как описывается в патенте США № 4330644, выданном Allen. Другой подход заключается в добавлении высоких уровней бората цинка для сведения коррозии к минимуму, как описано в Европейском патенте № 0588318 B1, выданном Kaga, который рассмотрен выше.
Настоящее изобретение основывается на том открытии, что включение низких уровней (количеств добавки) соединения бората цинка в систему покрытия на основе термореактивной смолы, предпочтительно порошковую систему покрытия, и нанесение этой отделки на стальную подложку создает покрытие, которое обладает превосходной стойкостью к катодному отслоению, в особенности, в условиях длительного нахождения при высокой температуре и влажности. Покрытие и способ его применения по настоящему изобретению является полезным для покрытия стальных подложек, включая, например, но, не ограничиваясь этим, внутренние и внешние поверхности стальных труб, конструкционную сталь, используемую в бетоне, танки-хранилища, конструкционную сталь в морской окружающей среде, и трубы и обсадку для добычи нефти.
В составе покрытия по настоящему изобретению может использоваться любая термореактивная смола постольку, поскольку она может прочно прилипать к стальному материалу или к стальному материалу, подвергнутому механической обработке, такой как пескоструйная обработка, или к стальному материалу, подвергнутому химической обработке, такой как хроматная обработка или обработка фосфатом цинка. Примеры таких смол включают эпоксидную смолу с отверждающим агентом для эпоксидной смолы, полиоловую смолу с изоцианатами, модифицированную акрилом эпоксидную смолу с инициатором полимеризации, алкидную смолу, уретановую смолу, отверждаемую в условиях влажности, и так далее. Предпочтительно, термореактивная смола представляет собой эпоксидную смолу. Более предпочтительно, термореактивная смола представляет собой эпоксидную смолу или смеси эпоксидных смол, используемых в сочетании с эффективным отверждающим агентом для эпоксида.
Состав покрытия по настоящему изобретению предпочтительно содержит примерно от 25 до 90 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, термореактивной смолы или любой смеси термореактивных смол. Более предпочтительно, состав содержит примерно от 60 до 80 мас.% по отношению к общей массе твердых продуктов, термореактивной смолы или их смесей.
Примеры эпоксидных термореактивных смол, пригодных для настоящего изобретения, представляют собой простые диглицидиловые эфиры 4,4-(бисгидроксифенил)алканов, полученные путем взаимодействия 4,4'-(бисгидроксифенил)алканов, таких как бисфенол A, бисфенол F, бисфенол AD и тому подобное, с эпигалогенгидрином. Не существует проблем при использовании простых глицидиловых эфиров 4,4-(бисгидроксифенил)алканов в качестве основного компонента в сочетании с фенолноволачной эпоксидной смолой или крезолноволачной эпоксидной смолой, или с другими многофункциональными смолами. Эпоксидные смолы этого вида являются коммерчески доступными на рынке как "EPON" и "EPIKOTE" (оба являются продуктами Resolution Performance Products, LLC), "EPOTOHTO" (продукт Tohto Kasei K.K.), "Araldite" (продукт Vantico), "EPICLON" (продукт Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), "Dow EPOXY" (продукт Dow Chemical International, Ltd.) и так далее. Особенно пригодный для использования эпоксид представляет собой "EPON" 2024, бисфенол A/эпихлоргидриновая термореактивная эпоксидная смола, доступная от Resolution Performance Products, LLC.
Состав покрытия по настоящему изобретению также содержит отверждающий агент или смесь отверждающих агентов, включаемую в количестве, эффективном для отверждения покрытия. Предпочтительно, покрытие содержит примерно 1-35 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, отверждающего агента или любой смеси отверждающих агентов. Более предпочтительно, состав содержит примерно 2-20 мас.% по отношению к общей массе твердых продуктов, отверждающего агента или их смесей.
Обычные отверждающие агенты для эпоксидных смол, содержащие множество полимеризуемых присоединением функциональных групп для эпоксигруппы эпоксидной смолы в своих молекулах, могут использоваться в качестве отверждающего агента для эпоксида. Примеры отверждающих агентов для эпоксида этого вида включают диамины, такие как алифатические диамины, ароматический диамин и гетероциклические диамины, различные модифицированные продукты этих диаминов, полиамидные смолы, полученные путем взаимодействия с алифатическими кислотами и их димерами, ангидридами кислот, тиолами, фенолами и так далее. Эти отверждающие агенты являются коммерчески доступными на рынке как "EPOMATE" (продукт Resolution Performance Products, LLC; различные модифицированные продукты гетероциклических диаминов), "SUMMIDE" (продукт Sanwa Chemical Industry Co., Ltd.; различные продукты присоединения аминов или полиамиды), "TOHMIDE" (продукт Fuji Kasei-Kogyo K.K.; различные полиамиды), "EPIKURE" (линия продуктов Resolution Performance Products, LLC; различные продукты присоединения аминов, тиолы, фенолы), "RIKASHIDE" (продукт New Japan Chemical Co., Ltd.; ангидриды кислот) и так далее. Кроме типа полимеризации присоединение, отверждающие агенты могут представлять собой ускоренные дициандиамиды, обладающие реакционной способностью присоединения и каталитической активностью самополиприсоединения между эпоксигруппами, их производные и имидазолы. Эти отверждающие агенты для эпоксидных смол выбираются и используются соответствующим образом в соответствии с типами покрытий, условиями отверждения (отверждение при обычной температуре, термическое отверждение и тому подобное) и так далее. Особенно пригодный для использования отверждающий агент для эпоксида представляет собой "EPIKURE" P104, ускоренный дициандиамид, доступный от Resolution Performance Products.
В случаях, когда система термореактивного отверждения содержит полиоловую смолу и изоцианатный отверждающий агент, уретановые связи, известные также как карбаматные связи, формируются путем взаимодействия гидроксильных групп полиоловой смолы с изоцианатными группами. Примеры полиоловой смолы представляют собой полиоловые смолы, получаемые с помощью обычных способов получения, такие как полиолы сложных полиэфиров, акриловые полиолы, полиолы простых полиэфиров и тому подобное, и эти полиоловые смолы используются либо по отдельности, либо в смеси двух или более полиолов. Отверждающие компоненты этих полиоловых смол являются коммерчески доступными на рынке в виде полиолдиизоцианатных аддуктов присоединения, получаемых путем добавления эквимолярного количества диизоцианата к соответствующему количеству гидроксильных групп соединения многоатомного спирта, и диизоцианатных полимеров, получаемых посредством самополиприсоединения с помощью взаимодействия воды с диизоцианатами.
Когда термореактивная смола содержит эпоксидную смолу, модифицированную акрилом, такую смолу получают посредством введения полимеризуемой двойной связи в эпоксидную группу эпоксидной смолы посредством реакции присоединения акриловой кислоты, и эпоксидные смолы, имеющие различное качество, являются коммерчески доступными. Эти эпоксидные смолы, модифицированные акрилом, могут полимеризоваться посредством радикальной полимеризации и могут отверждаться путем использования катализатора, такого как органический пероксид, инициатор фотополимеризации и тому подобное, в качестве инициатора полимеризации.
В настоящем изобретении, если используется термореактивная система на основе алкидной смолы, алкидная смола может быть получена посредством дегидрационной поликонденсации или полимеризации присоединением многоатомных спиртов, многовалентной карбоновой кислоты или их ангидридов посредством алифатических кислот. Примеры многоатомных спиртов, в качестве исходного материала для алкидной смолы, включают двухатомные спирты, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,3-бутиленгликоль, 1,6-гександиол, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, неопентилгликоль, триэтиленгликоль, гидрированный бис-фенол A, простой бис-фенол дигидроксипропиловый эфир и тому подобное; трехатомные спирты, такие как глицерин, триметилолпропан, трис-гидроксиметил аминометан и тому подобное; и четырехатомные спирты, такие как пентаэритрит, дипентаэритрит и тому подобное. Примеры многовалентных карбоновых кислот включают двухосновные кислоты, такие как фталевый ангидрид, изофталевая кислота, терефталевая кислота, янтарный ангидрид, адипиновая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота, тетрагидрофталевый ангидрид, гексагидрофталевый ангидрид, тетрабромфталевый ангидрид, тетрахлорфталевый ангидрид, эндометилен тетрагидрофталевый ангидрид, малеиновый ангидрид, фумаровый ангидрид, итаконовая кислота и тому подобное; трехосновные кислоты, такие как тримеллитовый ангидрид, метилциклогексентрикарбоновая кислота и тому подобное; и четырехосновные кислоты, такие как пиромеллитовый ангидрид. Примеры алифатических кислот представляют собой каприловую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, миристиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, рицинолеиновую кислоту, линоленовую кислоту, элеостеариновую кислоту и так далее.
В некоторых случаях используются алкидные смолы, синтезируемые из многоатомных спиртов, многоосновных кислот и алифатических кислот, описанных выше, но во многих случаях они используются после воздействия на них различных модифицирующих обработок. Примеры модифицированных смол включают фенолоалкидные смолы, полученные добавлением фенолов к алкидной смоле и имеющие улучшенную химическую стойкость и адгезию к стальному материалу, эпоксидные смолы бисфенольного типа, эпоксимодифицированные алкидные смолы, полученные присоединением алициклических или алифатических эпоксидных соединений (смолы этого типа иногда упоминаются как "эпоксидные смолы на основе сложных эфиров"), и винилалкидные смолы, получаемые посредством добавления стирола, винилтолуола, эфиров акриловой кислоты или эфиров метакриловой кислоты. Отверждение этих различных видов алкидных смол может осуществляться посредством меламиновой смолы или карбамидной смолы. Они могут отверждаться посредством окисления на воздухе с использованием металлоорганических солей, например, органической кислоты и свинца, марганца, кобальта и тому подобное. В настоящем изобретении эти алкидные смолы могут выбираться необязательно, для того, чтобы удовлетворять параметрам, иным, чем стойкость к катодному отслоению и технологичность нанесения покрытия.
Термин "уретановая смола, отверждаемая в условиях влажности" обозначает смолы, которые получают синтезом смолы, имеющей изоцианатную группу, сохраняемую на конце, путем взаимодействия избытка изоцианата с полиоловой смолой и многоатомным спиртом, и взаимодействие и отверждение изоцианатных групп между смолами посредством влажности на воздухе. Примеры полиоловых смол, используемых здесь, включают себя полиэфирполиоловую смолу, поли (сложный эфир) полиоловую смолу, акрилполиоловую смолу и тому подобное, и примеры изоцианатных соединений включают ароматические изоцианаты, такие как толуол изоцианат, 4,4'-дифенил изоцианат, ксилилол диизоцианат, изофорон диизоцианат и тому подобное, гексаметилен диизоцианат, саудин диизоцианат, различные изоцианаты, получаемые посредством гидрирования ароматических изоцианатов, описанных выше, и алифатические изоцианаты, такие как триметилгексаметилен диизоцианат и диизоцианаты димеров кислот. В настоящем изобретении используется уретановая смола, отверждаемая в условиях влажности, синтезируемая посредством произвольного выбора полиоловой смолы и различных изоцианатных соединений, описанных выше.
Кроме того, настоящее изобретение может использовать феноксисмолу. Феноксисмола представляет собой эпоксидную смолу, которая получается из бисфенола и имеет исключительно большую молекулярную массу. Ее среднечисленная молекулярная масса равна, по меньшей мере, 10000, а количество эпоксигрупп является исключительно малым. Примеры коммерчески доступных феноксисмол представляют собой "DER684" (продукт Dow Chemical), "EPOTOHTO YD050" и "EPOTOHTO YD040" (продукты Tohoto Kasei K.K.).
Отношение отверждающий агент/компонент реакционноспособной смолы в растворе для покрытия предпочтительно равно (0,6-1,1)/1,0, более предпочтительно, (0,8-1,0)/1,0, с точки зрения эквивалентного отношения реакционноспособных групп отверждающего агента и функциональных групп, способных к взаимодействию с реакционноспособной группой отверждающего агента.
Композиция покрытия по настоящему изобретению, кроме того, содержит соединение на основе бората цинка. Соединение на основе бората цинка способствует стойкости к отслоению посредством уменьшения преобразования стальной подложки. Эффект является наиболее заметным при долговременных испытаниях с выдерживанием в жестких условиях, например, при 28-дневных исследованиях катодного отслоения при повышенных температурах (например, 80°C), где соединение на основе бората цинка может уменьшить отслоение на 50%. Соединение на основе бората цинка добавляется при низких уровнях, ниже 5 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, предпочтительно, примерно от 0,5 до 4,75%, более предпочтительно 0,5-4,0%, а еще более предпочтительно 1,5-2,5%. При использовании таких количеств отслоение значительно уменьшается. Кроме того, использование таких небольших количеств соединений на основе бората цинка обеспечивает значительное уменьшение стоимости, поскольку общеизвестно, что такие соединения цинка дороже, чем системы с термореактивными смолами. Также проблемы с растворимостью соединения цинка в течение длительных периодов времени уменьшаются, когда используют небольшие количества.
Соединение на основе бората цинка, входящие в состав противокоррозионного покрытия по настоящему изобретению, может содержать индивидуальное соединение на основе бората цинка или смесь двух или более соединений на основе бората цинка. Примеры такого соединения на основе бората цинка включают, но, не ограничиваясь этим, метаборат цинка [Zn(BO2)2], основной борат цинка [ZnB4O7·2ZnO] и борат цинка [2ZnO3·B2O3·3,5H2O]. Предпочтительно используется борат цинка. Борат цинка может быть получен плавлением смеси исходных материалов оксида цинка и борной кислоты или двойного разложения водного раствора смеси исходных материалов. Особенно пригодное для использования соединение на основе бората цинка представляет собой "Borogard ZB fine" [2ZnO3·B2O3·3,5H2O], доступное от U.S. Borax, Incorporated.
В состав покрытий по настоящему изобретению могут дополнительно входить один или несколько компонентов, взятых, например, из группы, состоящей из пигментов, красителей, наполнителей, агентов регулирования текучести, диспергаторов, тиксотропных агентов, промоторов адгезии, антиоксидантов, стабилизаторов цвета и катализаторов отверждения. Они могут также содержать другие известные противокоррозионные агенты, например, противокоррозионные пигменты, такие как фосфатные или содержащие пигменты, пигменты на основе оксидов металлов, например, пигменты на основе оксида кальция или комбинированные пигменты на основе оксида кальция/окиси кремния, или другие органические или неорганические ингибиторы коррозии, например, соли нитроизофталевой кислоты, сложные эфиры фосфорной кислоты, амины или замещенные бензотриазолы технически чистые.
Пигменты представляют собой, например, диоксид титана, оксид железа, алюминиевый бронзовый или фталоцианиновый голубой.
Примеры наполнителей представляют собой тальк, окись алюминия, силикат алюминия, бариты, слюду и окись кремния. Ингибиторы коррозии могут наноситься на материал подложки. Для этой цели особенно пригодными являются распыляемые наполнители или пигменты.
Агенты регулирования текучести и тиксотропные агенты основываются, например, на модифицированных бентонитах или окиси кремния.
Предпочтительно, состав покрытия по настоящему изобретению содержит от 0 до 55 мас.%, более предпочтительно, от 5 до 30 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, наполнителей, пигментов, добавок или любых их смесей.
В предпочтительном варианте осуществления, отверждаемая композиция покрытия представляет собой состав порошкового покрытия, полученную с помощью обычных технологий, применяемых в области порошковых покрытий. Как правило, компоненты препарата для порошкового покрытия тщательно смешиваются вместе в среде с высокой интенсивностью смешивания, а затем перемешиваются в расплаве, в экструдере. Перемешивание в расплаве, как правило, осуществляют в пределах температур примерно между 220°F и 280°F, при тщательном контроле температуры экструдера, для сведения к минимуму любого отверждения и гелеобразования, которое могло бы иметь место в экструдере. Экструдированная композиция, обычно, в форме листа, после охлаждения разламывается на кусочки, а затем перемалывается в мельнице в порошок, а после этого просеивается, с получением желаемого размера частиц порошка.
Указанный выше отверждаемый состав порошкового покрытия по настоящему изобретению проявляет превосходные адгезивные свойства, что выражается в превосходной стойкости к катодному отслоению в течение продолжительного периода времени, наряду с очень высокими скоростями отверждения. Эти свойства проводят к тому, что порошковое покрытие может легко наноситься с помощью средств нанесения, обычных в области порошковых покрытий, на арматуру, трубопроводы и другие металлические подложки, некоторые из которых могут потребовать обработки в холодном состоянии после нанесения покрытий. Превосходные адгезивные свойства настоящего изобретения обеспечивают способность к адгезии даже на замасленных и покрытых окалиной поверхностях, таких как те, которые встречаются на стальных бандажах и других плохо очищенных металлических подложках.
Время отверждения/диапазон температур указанного выше состава порошка покрытия по настоящему изобретению, как обнаружено, находится примерно от 60 секунд, примерно при 470°F, примерно до 180 секунд, примерно при 400°F.
При типичной процедуре нанесения порошкового покрытия металлическую подложку предварительно нагревают до температуры примерно от 400°F до 490°F. Затем порошковое покрытие наносится с помощью стандартных средств, таких как погружение в псевдоожиженный слой, электростатическое нанесение распылением и тому подобное. Остаточное тепло на предварительно нагретой металлической подложке позволяет отделочному порошковому покрытию расплавиться, потечь и начать отверждаться в виде непрерывной, противокоррозионной, сухой пленки.
Затем указанная выше покрытая порошком металлическая подложка может направляться в высокотемпературные печи, такие как конвекционные, инфракрасные, или комбинированные печи, чтобы расплавиться, потечь и дополнительно отвердиться в виде гладкой отвержденной пленки. В промышленных высокоскоростных линиях для нанесения покрытий получение расплава и время отверждения обычно находится в пределах примерно между 40 и 140 секунд, при максимальной температуре подложки, находящейся в пределах примерно между 400°F и 490°F. Затем подложка с покрытием переносится в ванну с водой для гашения, для понижения температуры до пределов примерно между 100°F и 200°F.
Стальные подложки обычно покрываются эффективным количеством порошкового покрытия, с получением толщины сухой пленки в пределах примерно между 5 и 20 мил или больше.
Как указано выше, состав по настоящему изобретению предпочтительно относится к составу покрытия в форме порошка из частиц. Однако возможным является любое покрытие с использованием концентрации твердых веществ примерно от 10 до 100%. В дополнение к указанному выше порошковому покрытию, другие типы покрытий могут включать тип, наносимый из растворителя, тип, наносимый из воды, и тому подобное.
Композиция антикоррозионного покрытия, имеющий состав, описанный выше, может получаться с помощью того же способа, что и способы получения обычных композиций покрытий. В случае жидкой композиции покрытия без растворителя, например, заданное количество соединения на основе бората цинка добавляют в термореактивную смолу и смесь подвергают диспергирующей обработке с использованием валковой мельницы, смесителя и тому подобное. В случае композиции покрытия с органическим растворителем смесь подвергают диспергирующей обработке с использованием валковой мельницы, смесителя, SG мельницы, шаровой сферической мельницы и тому подобное. Для получения порошковой композиции покрытия заданное количество соединения на основе бората цинка добавляют в термореактивную смолу и смесь предварительно перемешивают, затем замешивают в нагретом состоянии, охлаждают, а затем измельчают и классифицируют.
Настоящее изобретение подобным же образом относится к способу получения покрытия поверхности, стойкого к коррозии, на корродируемой металлической поверхности, который включает обработку этой поверхности композицией покрытия по настоящему изобретению.
Покрытие способа нанесения антикоррозионного покрытия в соответствии с настоящим изобретением наносится посредством использования кисти, валика, безвоздушного распыления, распыления на воздухе, механизма нанесения порошкового покрытия и тому подобное, который выбирается соответствующим образом, в соответствии с формой композиции, самостоятельно. Защитная пленка для тяжелых условий, такая как полиэтиленовая прокладка, композиция защитного уретанового покрытия для тяжелых условий, композиция покрытия на основе эпоксидной смолы и тому подобное, и/или отделочный слой, такой как слой краски, может наноситься на поверхность пленки покрытия после того, как она нанесена.
Далее настоящее изобретение будет иллюстрироваться дополнительно с помощью рассмотрения следующих далее примеров, которые предназначаются только для иллюстрации настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Процедура испытаний
Следующая далее процедура испытаний катодного отслоения используется для получения данных, о которых сообщается ниже в примерах. Стальные панели (4x4x5/8 дюйма), которые подвергаются пескоструйной обработке и промываются фосфорной кислотой, покрывают 14-18 мил красного эпоксида способом оплавления посредством предварительного нагрева до 470°F, а затем погружения в псевдоожиженный слой. После дополнительного отверждения в течение 3 минут панели гасят водой. Испытываемые панели подготавливают для катодного отслоения посредством сверления отверстия диаметром 3 мм в центре каждой испытываемой панели и прикрепления на панели цилиндра диаметром 3,5 дюйма. Цилиндр заполняют 3% раствором NaCl, платиновую проволоку погружают в раствор и всю сборку помещают в установку печи при 80°C. Между платиновой проволокой и испытываемой панелью прикладывают напряжение 1,5 В. После 28 дней, проведенных в печи, панели испытывают на отслоение путем удаления раствора и цилиндра, а затем проделывая 8 радиальных надрезов в покрытии от пропуска в покрытии. Панель оставляют на один час для охлаждения до комнатной температуры, затем покрытие удаляют с помощью ножа, работая от края пропуска в покрытии, используя его как рычаг. Измеряют отслоение от центра пропуска в покрытии до края расслоившегося участка, а затем усредняют. Этот способ следует TransCanada Pipeline spec. TESCOAT FBE Rev.0, который основан на CSAZ245.20-98.
ПРИМЕРЫ 1-5
Таблица 1 иллюстрирует получение стойких к катодному отслоению составов порошковых покрытий на основе термореактивного эпоксида по настоящему изобретению, содержащих борат цинка, последовательно в количестве, изменяющимся от 4,9% до 0%, которые являются пригодными для покрытий, наносимых способом оплавления, на арматуре, трубопроводах и других металлических подложках. Для примеров 1-5 отверждающий агент для эпоксида представляет собой отверждающий агент типа ускоренного дициандиамида. Все количества приводятся в процентах массовых от общей массы препарата.
| Таблица 1 | |||||
| Ингредиент | Пр.1 | Пр.2 | Пр.3 | Пр.4 | Пр.5 |
| Эпоксидная смола Epon™ 2024 (Resolution Performance Products, LLC.) | 67,5 | 67,5 | 67,5 | 67,5 | 67,5 |
| Отверждающий агент Epicure™ P104 (Resolution Performance Products, LLC.) | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 |
| Борат цинка (Borogard™ ZB, US Borax, Inc.) | 0 | 0,5 | 1,5 | 3 | 4,9 |
| Наполнитель Nyad™ M4 00 (NYCO Minerals, Inc.) | 29,5 | 29 | 28 | 26,5 | 24,6 |
| Пигмент оксид железа Bayferrox™ 140 (Bayer Corp.) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Cabosil™ M5 (Cabot, Inc.) | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
Эпоксидные составы порошковых покрытий, перечисленные в таблице 1, затем наносятся на стальные панели, отверждаются и подвергаются долговременным испытаниям рабочих характеристик, как описано выше. Результаты испытаний на катодное отслоение перечислены в таблице 2, а чертеж дополнительно иллюстрирует зависимость стойкости к катодному отслоению от концентрации бората цинка. Как показано, значительная стойкость к отслоению наблюдается при содержании бората цинка 4,9 мас.% или ниже, по отношению к общей массе препарата.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты испытаний на катодное отслоение | ||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 |
| 32,9 мм | 26,3 мм | 20,8 мм | 18,6 мм | 15,8 мм |
ПРИМЕР 6
Таблица 3 иллюстрирует получение состава порошкового покрытия на основе термореактивной эпоксидной смолы, стойкого к катодному отслоению, по настоящему изобретению, содержащего борат цинка в количестве 3% и отверждающий агент фенольного типа. Все количества приведены как проценты массовые от общей массы препарата.
| Таблица 3 | |
| Ингредиент | Пример 6 |
| Эпоксидная смола Epon™ 2024 (Resolution Performance Products, LLC.) | 55 |
| Фенольный отверждающий агент для эпоксида Epikure™ P202 (Resolution Performance Products, LLC.) | 11 |
| Борат цинка (Borogard™ ZB, US Borax, Inc.) | 3 |
| Наполнитель Nyad™ M400 (NYCO Minerals, Inc.) | 29,7 |
| Пигмент оксид железа Bayferrox™ 140 (Bayer Corp.) | 1 |
| Cabosil™ M5 (Cabot, Inc.) | 0,3 |
Эпоксидный состав порошкового покрытия примера 6, приведенный в таблице 3, затем наносится на стальные панели, отверждается и подвергается долговременным испытаниям рабочих характеристик, как описано выше. Полученное покрытие дает измеренное отслоение 20,8 мм в течение 28-дневного, при 80°С, долговременного испытания на отслоение.
Различные модификации, изменения, дополнения или замены в настоящем изобретении будут ясны специалистам в данной области, без отклонения от духа и рамок настоящего изобретения. Настоящее изобретение не является ограниченным иллюстративными вариантами осуществления, приведенными здесь, но скорее определяется следующей далее формулой изобретения.
1. Отверждаемый состав порошкового покрытия, состоящий из:
(a) термореактивной смолы;
(b) от 0,5 до 4,75 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов, соединения бората цинка;
(c) отверждающего агента, способного к отверждению указанного состава покрытия, в количестве, эффективном для отверждения покрытия;
(d) наполнителя, пигмента, добавки,
причем указанная термореактивная смола представляет собой эпоксидную смолу с функциональными группами бисфенола А/эпихлоргидрина; указанный отверждающий агент для эпоксида представляет собой ускоренный дициандиамид или фенольный отверждающий агент.
2. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 25 до 90 мас.%, по отношению к общей массе твердых продуктов указанной термореактивной смолы.
3. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 60 до 80 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ указанной термореактивной смолы.
4. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 1,5 до 2,5 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ указанного соединения бората цинка.
5. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что указанное соединение бората цинка представляет собой, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из метабората цинка, основного бората цинка и бората цинка.
6. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что указанное соединение бората цинка представляет собой борат цинка, представленный формулой: 2ZnO3·B2O3·3,5H2O
7. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 1 до 35 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ указанного отверждающего агента.
8. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 2 до 20 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ указанного отверждающего агента.
9. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит пигмент оксид кальция или комбинированные пигменты оксид кальция/оксид кремния.
10. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит пигмент, выбранный из группы, состоящей из диоксида титана, оксида железа, алюминиевого бронзового или фталоцианинового голубого.
11. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит добавку или смесь добавок, выбранных из группы, состоящей из красителей, агентов регулирования текучести, диспергаторов, тиксотропных агентов, промоторов адгезии, антиоксидантов, стабилизаторов цвета, катализаторов отверждения, антикоррозионных агентов и замещенных бензотриазолов.
12. Состав покрытия по п.1, отличающийся тем, что он содержит до 55 мас.%, по отношению к общей массе твердых веществ наполнителей, пигментов, добавок или любых их смесей.
13. Состав эпоксидного порошкового покрытия, содержащий термореактивную эпоксидную смолу и отверждающий агент для указанной эпоксидной смолы, отличающийся тем, что он содержит от 0,5 до 4,75 мас.% по отношению к общей массе твердых веществ соединения бората цинка, а указанный отверждающий агент для эпоксида представляет собой ускоренный дициандиамид или фенольный отверждающий агент для улучшения стойкости к катодному отслоению.
14. Способ катодной защиты стальной подложки, включающий стадии:
(a) воздействия на стальную подложку механической обработки,
(b) нанесения на указанную обработанную стальную подложку состава покрытия по п.1 и
(c) поляризации стальной подложки с нанесенным покрытием в качестве катода.
