Композиция и система для антикоррозионного покрытия
Изобретение относится к композиции и к системе для антикоррозионного покрытия морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра. Композиция состоит из полуфабриката и отвердителя полиизоционатбиурета №31. Полуфабрикат содержит следующее соотношение компонентов в мас.ч.: 42,0-55,4 эпоксидно-меламино-полиэфирного лака ЭП-074 с содержанием нелетучих веществ 55,4%, 33,3-40,8 пигмента титановых белил TiO2 рутильной структуры, 1,4-5,8 синтетического кремнезема аэросила А-175 и 4,0-5,2 микроталька талькона ММ-20 в качестве наполнителей, 4,7-19,0 растворителя Р-189. Отвердитель берут в количестве 8-13,5 мас.ч. на 100 мас.ч. полуфабриката. Система для антикоррозионного покрытия включает верхний слой, промежуточный слой и нижний слой. Верхний и промежуточный слои системы выполнены из вышеуказанной композиции. Нижний слой системы выполнен из эпоксидного лакокрасочного материала грунтовки ВГ-33, содержащей пигмент спекулярит. Изобретение позволяет при пониженной температуре отверждения повысить адгезию к стали, прочность при ударе и эластичность, увеличить срок службы системы покрытия. 2 н.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области защиты от коррозии основных конструктивных материалов /сталь/ и может быть использовано в качестве защитного покрытия для морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной /морской/ воды.
Известен лак марки ЭП-730 /ГОСТ 20824-81/, имеющий химический состав /мас.ч./: эпоксидная смола дианового типа Э-41 0,3-0,35; смесь органических растворителей /ацетон, ксилол, этилцеллозолоза/, взятых в отношении 4:3:3, или растворитель Р-5 0,7-0,65; отвердитель №1 /раствор гексаметилена в этиловом спирте/ 0,03.
Лак предназначается для защиты алюминиевых, стальных и неметеллических поверхностей изделий, работающих в условиях повышенной влажности, действия раствора щелочей, спиртобензиновой смеси.
Недостатками этого лака являются недостаточно надежная адгезия к подложке, побеление покрытия, свидетельствующее о начале разрушительных процессов в лакокрасочном покрытий. При этом существенно возрастает водопоглощение, паропроницаемостъ и снижается атмосферостойкость.
Известен состав для антикоррозионного покрытия, включающий эпоксидную смолу, растворитель и пигменты, в качестве которых применяют алюминиевую или цинковую пудру /Протасов В.Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтепромыслового оборудования. М.: ВНИИОЭНГ. - 1984. - С.44-45.
Недостатком этого состава является ограниченная стойкость покрытий к отдельным видам коррозии /абразивный износ, питтинг, кавитация/. Другим недостатком является газовыделение при реакции с агрессивными кислыми и щелочными средами, разрыхляющими структуру покрытия и резко ухудшающие его защитные свойства.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является композиция для антикоррозионного покрытия, состоящая из 8-14 мас.ч. отвердителя и 85-91,5 мас.ч. полуфабриката. В качестве отвердителя используют фторсодержащий олигомер ОФ-2 в виде 50%-ного раствора. В качестве полуфабриката используют эпоксидный лак ЭП-076, содержащий раствор эпоксидной смолы. В данном источнике описана также система для антикоррозионного покрытия, содержащая верхний слой и нижний слой, сформированные из вышеуказанной композиции /RU 2067105 С1, 27.09.1996/.
Недостатком этой композиции и системы является небольшой срок эксплуатации покрытия при воздействии высокоминерализованной морской воды и повышенная токсичность.
Известна также система для антикоррозионного покрытия, включающая верхний, промежуточный и нижний слои, выполненные на эпоксидных лакокрасочных материалах /Финкельштейн М.И. Промышленное применение эпоксидных лакокрасочных материалов. - Л.: Химия, 1983. - с.75-78/.
Недостатком этой системы является небольшой срок службы /2-3 года/, обусловленный невысокой адгезией покрытия к поверхности и небольшой толщиной слоев.
Задачей данного изобретения является создание композиции и системы для антикоррозионного покрытия морских судов, надежно работающих в условиях высокоминерализованной /морской/ воды, и увеличение срока службы системы покрытия.
Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение основных технических характеристик покрытия и повышение срока службы системы антикоррозионного покрытия в условиях высокоминерализованной /морской/ воды.
Технический результат достигается тем, что предложенная композиция для антикоррозионного покрытия по п.1 и система для антикоррозионного покрытия по п.2 отличаются от известных тем, что в качестве полуфабриката композиция содержит эпоксидно-меломино-полиэфирный лак ЭП-074 с содержанием нелетучих веществ 55,4%, в качестве отвердителя - полиизоционатбиурет №31, дополнительно полуфабрикат содержит пигмент титановые белила TiO2 рутильной структуры, наполнители синтетический кремнезем - А-175 и микротальк талькон ММ-20 и растворитель Р-189; в системе, включающей верхний слой, промежуточный слой и нижний слой, верхний слой и промежуточный слой выполнены из композиции по п.1, а нижний слой выполнен из эпоксидного лакокрасочного материала - грунтовки ВГ-33, содержащей пигмент спекулярит.
Сущность изобретения заключается в том, что применение модифицированного компонентами /титановые белила TiO2 рутильной структуры, синтетический кремнезем - аэросил А-175, микротальк талькон ММ-20/ эпоксидно-меламино-полиэфирного лака ЭП-074 совместно с отвердителем полиизоционатбиурет №31 в предложенных количествах обеспечивает возможность «холодной» сушки покрытия при высоких защитных свойств композиции и покрытия в условиях воздействия морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра. Обеспечивается совместимость предложенной композиции с эпоксидно-кремнеорганическим покрытием на основе грунтовки ВГ-33 в многослойных антикоррозионных системах на морских судах.
ЭП-074 /ТУ 6-10-1030-76/ - эпоксидно-меламино-полиэфирный лак. Указанный лак применяется без отвердителя и только с горячей сушкой при температуре 150-170°С. Наличие в лаке гидроксильных групп обеспечивает взаимодействие, а следовательно, и его отверждение полиизоционатбиуретом №31.
Лак ЭП-074 /ТУ 6-10-1030-76/ представляет собой раствор эпоксидной смолы Э-49, меломино-формальдегидной смолы К-421-04 и полиэфира Л24К в органических растворителях. Адгезия пленки не более 2 баллов. Время высыхания до степени 3 при температуре /150±5/°С не более 1 ч.
Белила титановые TiO2 рутильной структуры /ГОСТ 9808-84/. Основные свойства: синтетический ахроматический, коррозионно-нейтральный пигмент белого цвета. Размер частиц примерно 0,3 мкм. Отражение в видимой части спектра - не менее 95%. Обеспечивает устойчивость композиции при воздействии ультрафиолетового облучения солнечного спектра.
Синтетический кремнезем - аэросил А-175 /ГОСТ 14922-77/ представляет собой почти чистую SiO2 /99,4-99,8%/. Обладает тиксотропными свойствами. Характеризуется исключительно высокой степенью дисперсности, размер частиц от 0,15 до 0,02 мкм. При диспергировании в среде смачивается лишь часть их поверхности, они образуют объемные коагуляционные сетки. Такие сетки включают частицы пигмента и препятствуют их осаждению, повышают вязкость дисперсной среды. Аэросил А-175 - рыхлый голубовато-белый порошок. Массовая доля основного вещества SiO2 99.8%. Массовая доля влаги не более 2%.
Микротальк - талькон ММ-20 /ТУ 5727-001-49439345-2002/. Является природным минералом с размером частиц от 6 до 20 мкм. Насыпная плотность 0,2-0,4 г/см3. Способствует оптимизации структуры формируемых пленок покрытий.
Отвердитель полиизоционатбиурет №31 /ТУ 6-2 7-217-2001/. Представляет собой алифатический изоционат. Обеспечивает атмосферостойкость покрытия на основе эпоксидно-меломано-полиэфирного лака.
Растворитель Р-189 представляет собой смесь растворителей: метилэтилкетон, этилгликольацетат, ксилол и бутилацетат. Основным требованием к указанным растворителям является крайне низкое содержание воды /не более 0,15%/. В противном случае избыточная вода будет активно взаимодействовать с изоционатными группами отвердителя, резко подавляя его активность.
Грунтовка ВГ-33 /ТУ 2312-004-29727639-97/ с пигментом спекулярит /ИСО 1248-74/. Грунтовка ВГ-33 поставляется комплектно в виде двух компонентов полуфабриката грунтовки ВГ-33, в состав которой входит пленкообразующее вещество /раствор эпоксидной смолы Э-41/ и спекулярит, и отвердителя АСОТ-2 в соотношении /мас.ч./ 100/17 соответственно.
Технические характеристики ВГ-33. Эластичность пленки при изгибе, мм, не более 5. Прочность пленки при ударе по прибору У-1А, Дж, не более 5. Адгезия, баллы, не более 1. Время высыхания до степени 3 при температуре /20±2/°С, ч 6. Массовая доля нелетучих веществ в полуфабрикате грунтовки, %, 45-55.
Композицию готовят следующим образом. Лак ЭП-074, титановые белила TiO2 и микротальк талькон ММ-20 в соответствии с рецептурой загружают в смеситель, тщательно перемешивают до равномерного распределения пигмента и наполнителя, а затем диспергируют на бисерной мельнице с водяным охлаждением в течение 2 ч, периодически проверяя степень перетира по «клину». При достижении степени перетира 15 мкм в бисерную мельницу загружают аэросил А-175 и диспергируют до степени перетира 15 мкм. Затем в бисерную мельницу загружают растворитель Р-189, перемешивают и выгружают в тару. В полуфабрикате композиции определяют условную вязкость, степень перетира и содержание нелетучих веществ.
Степень перетира изготовленных композиций определена по ГОСТ 6589-72, вязкость - по ГОСТ 8420-74 по визкозиметру В3-246 с диаметром сопла 4 мм, массовая доля нелетучих веществ в композициях определена по ГОСТ 15537-72, время высыхания покрытий - по ГОСТ 19007-73.
Защитные свойства покрытий определены на образцах из стали ст.3 с пескоструйной обработкой поверхности. Испытания проведены в камере солевого тумана по СТП ВИАМ 1-595-7-354-2001, а также погружением образцов в 3% раствор NaCl.
Физико-механические свойства /прочность покрытий к удару и эластичность/ определены по ГОСТ 4765-73 и ОСТ 6-10-411-77 соответственно, твердость покрытий после высыхания определена по ГОСТ 5233-67.
Адгезия покрытий определена по ГОСТ 15140-78 /методом решетчатых надрезов/.
Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблицах: в табл.1 приведены рецептуры опытных образцов композиции на основе лака ЭП-074, в табл.2 - основные показатели свойств изготовленных рецептур композиции, в табл.3 - адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции, в табл.4 - адгезионные и физико-механические свойства системы грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции после термостарения, в табл.5 - результаты определения защитных свойств покрытия на основе предлагаемой композиции.
На чертеже приведена кинетика отверждения покрытий на основе предлагаемой композиции, отвержденного изоционатным отвердителем №31: 1 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 8,0 мас.ч. отвердителя №31; 2 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 11,0 мас.ч. отвердителя №31; 3 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 13,5 мас.ч. отвердителя №31.
Из данных в табл.2 следует, что массовая доля нелетучих веществ в композиции существенно увеличилась /60-77,3%/, а время высыхания покрытия уменьшилось /до 4-5 ч/, что положительно оказывает влияние на экономические показатели предлагаемой композиции.
Для отверждения предлагаемой композиции при температуре /20±2/°С необходимо ввести 8-13,5 мас.ч. отвердителя полиизоционатбиурета №31 на 100 мас.ч. лака. При введении отвердителя меньше меньшего заявленного количества время высыхания покрытия увеличивается больше допустимого, а при введении отвердителя больше большего заявленного количества уменьшается адгезия и прочность покрытия.
Указанные результаты обусловлены также применением титановых белил рутильной структуры, синтетического кремнезема - аэросил А-175, микроталька талькон ММ-20 в указанных количествах.
Аэросил А-175, входящий в состав композиции в количестве 1,4-5,8 мас.ч., играет роль структурирующей добавки, обеспечивающей образование в композиции объемной коагуляционной сетки, способствующей к увеличению толщины слоя покрытия, придает композиции стабильность в процессе хранения. При введении данного компонента менее 1,4 мас.ч. композиция не обеспечивает требуемой толщины слоя, при введении его больше 5,8 мас.ч. вязкость композиции превышает требуемое значение.
Микротальк, входящий в композиции в количестве 4,0-5,2 мас.ч, оказывает влияние на время высыхания и прочность покрытия. При введении микроталька менее 4,0 мас.ч. время высыхания увеличивается больше допустимого, а при введении микроталька более 5,2 мас.ч. прочность покрытия снижается.
Разработанная рецептура композиции была исследована в качестве защитного покрытия для защиты корпусов судов в системе с антикоррозионным грунтовым покрытием ВГ-33. Свойства системы покрытий определяли на образцах стали ст. 3 с пескоструйной обработкой поверхности. Покрытие композиции наносили в два слоя по грунтовке ВГ-33 и отверждали при температуре 20±2°С в течение 5 суток. Из результатов, приведенных в табл.3, видно, что система покрытий, состоящая из 1 слоя грунтовки ВГ-33 и двух слоев предлагаемой композиции, обладает высокими адгезией к стали ст. 3 и физико-механическими характеристиками.
Результаты, полученные при определении адгезионных и физико-механических свойств покрытия композиции на основе предлагаемой композиции после термостарения, приведены в табл.4. Как видно из полученных результатов, искусственное старение системы покрытий на основе предлагаемой композиции не ухудшает ее адгезионных свойств и прочности к удару, но приводит к незначительному снижению эластичности покрытия. Такое снижение эластичности связано с процессами дополнительного структурообразования, которые протекают при повышенных температурах. Однако даже после искусственного старения эластичность остается на высоком уровне.
Из данных, приведенных в табл.5, вытекает, что покрытия на основе предлагаемой композиции и грунтовки ВГ-33 имеют высокие защитные свойства в условиях солевого тумана и погружении в 3% раствор NaCl.
Таким образом, снабжение композиции на основе эпоксидно-меламино-полиэфирного лака ЭП-074 дополнительно титановыми белилами рутильной структуры, ввод синтетического кремнезема - аэросила А-175 и микроталька талькон ММ-20 и применение отвердителя полиизоционатбиурета №31 позволяют существенно расширить эксплуатационные возможности композиции и применять ее для эффективной зашиты корпусов морских судов в системе антикоррозионного покрытия. Ожидаемый срок эксплуатации покрытия более 10 лет.
| Таблица 1 | ||||||||
| Рецептуры опытных образцов композиции на основе лака ЭП-074 | ||||||||
| Компоненты | Содержание компонентов, мас.ч. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Лак ЭП-074 (содерж. нелетучих 55,4%) | 56,2 | 55,4 | 48,8 | 51,1 | 49,6 | 43,9 | 42,0 | 40,0 |
| Титановые белила | 33,8 | 33,3 | 39,0 | 40,8 | 39,6 | 35,0 | 33,0 | 24,0 |
| Микротальк | 5,2 | 5,2 | 4,9 | 5,1 | 5,0 | 4,5 | 4,0 | 3,0 |
| АэросилА-175 | - | 1,4 | - | 3,0 | 5,8 | 4,5 | 2,0 | 2,0 |
| Растворитель Р-189 | 4,8 | 4,7 | 7,3 | - | - | 11,5 | 19,0 | 21,0 |
В табл.1 примеры 7 и 8 являются сравнительными
| Таблица 2 | ||||||||
| Основные показатели свойств изготовленных рецептур композиций | ||||||||
| Показатели свойств | Рецептуры изготовленных композиций | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Вязкость по вискозиметру В3-4, с | 107,1 | 106,5 | 70,3 | 108,0 | 115,2 | 60,0 | 47,0 | 45,0 |
| Степень перетира, мкм | 20 | 20 | 20 | 20 | 15 | 15 | 20 | 20 |
| Массовая доля нелетучих веществ, % | 70.3 | 70,6 | 71,0 | 77,3 | 75,1 | 67,0 | 60,0 | 55,0 |
| Время высыхания до степени 3, ч | 6 | 6 | 5 | 5 | 4 | 4 | 5 | 5 |
| Таблица 3 | ||||||
| Адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий грунтовка ВГ-33+2 слоя предлагаемой композиции | ||||||
| Подготовка поверхности | Толщина, мкм | Адгезия, баллы | Физико-механические свойства | |||
| Исходная | После 1 суток увлажн. | После 7 суток увлажн. | Прочность при ударе, Дж | Эластичность, мм | ||
| Пескоструйная обработка | 80-100 | 1 | 1 | 1 | 5,0 | 6,5 |
| Зачистка стеклянной шкуркой | 70-90 | 1 | 1 | 1-2 | 5,0 | 6,6 |
| Таблица 4 | ||||||
| Адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий Грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции | ||||||
| Подготовка поверхности | Толщина, мкм | После термостарения (-60…+80)°С в течение 10 циклов | ||||
| Адгезия по ГОСТ 15140-78 | Физико-механические свойства | |||||
| Исходная | После 1 суток увлажнения | После 7 суток увлажнения | Прочность при ударе, Дж | Эластичность, мм | ||
| Пескоструйная обработка | 85-95 | 1 | 1 | 1 | 5,0 | 5,4 |
| Зачистка стеклянной шкуркой | 75-80 | 1 | 1 | 1 | 5,0 | 5,5 |
| Таблица 5 | |||||
| Результаты определения защитных свойств покрытия на основе предлагаемой композиции | |||||
| Система покрытий | Подготовка поверхности | Состояние образцов после экспозиции | |||
| Камера солевого тумана | Погружение в 3% р-р NaCl | ||||
| 1 месяц | 3 месяца | 1 месяц | 3 месяца | ||
| Грунтовка ВГ-33 + предлагаемая композиция | Пескоструйная обработка | Покрытие без изменений | Покрытие без изменений | Покрыте без изменений | Покрытие без изменений |
| Зачистка стеклянной шкуркой | Покрытие без изменений | Покрытие без изменений | Покрытие без изменений | Покрытие без изменений |
1. Композиция для антикоррозионного покрытия, состоящая из полуфабриката, содержащего эпоксидно-меламино-полиэфирный лак ЭП-074 с содержанием нелетучих веществ 55,4%, пигмент титановые белила TiO2 рутильной структуры, наполнители - синтетический кремнезем - аэросил А-175 и микротальк талькон ММ-20, растворитель Р-189, и отвердителя полиизоционатбиурета №31 при следующем соотношении компонентов в полуфабрикате, мас.ч.:
| эпоксидно-меламино-полиэфирный лак ЭП-074 | |
| с содержанием нелетучих веществ 55,4% | 42,0-55,4 |
| вышеуказанные титановые белила | 33,3-40,8 |
| вышеуказанный аэросил А-175 | 1,4-5,8 |
| вышеуказанный микротальк | 4,0-5,2 |
| растворитель Р-189 | 4,7-19,0, |
и вышеуказанный отвердитель берут в количестве 8-13,5 мас.ч. на 100 мас.ч. вышеуказанного полуфабриката.
2. Система для антикоррозионного покрытия, включающая верхний слой, промежуточный слой и нижний слой, отличающаяся тем, что верхний слой и промежуточный слой выполнены из композиции по п.1, а нижний слой выполнен из эпоксидного лакокрасочного материала - грунтовки ВГ-33, содержащей пигмент спекулярит.
