Лакокрасочное покрытие
Владельцы патента RU 2648082:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)
Изобретение относится к многослойному лакокрасочному покрытию, используемому в гидротехническом строительстве, для гидроизоляции и защиты от обрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей, эксплуатируемых в морской воде. Лакокрасочное покрытие содержит слой грунтовки, слой лакокрасочной композиции и слой самополирующегося противообрастающегося покрытия. Слой грунтовки выполнен из композиции, содержащей эпоксидную диановую смолу, каменноугольную смолу, водорастворимый растворитель диметилформамид или диметилсульфоксид, или диизопропилкарбонат, отвердитель триэтилентетрамин. Слой лакокрасочной композиции наносят на слой грунтовки после ее затвердевания. Слой лакокрасочной композиции выполнен из композиции, содержащей эпоксидную диановую смолу, каменноугольную смолу, такой же водорастворимый растворитель, который используют в грунтовке, отвердитель триэтилентетрамин и сурик железный. Далее на поверхность слоя лакокрасочной композиции нанесено самополирующееся противообрастающее покрытие, выполненное из композиции, включающей противообрастающий состав Interswift 6600 на основе акрилатов меди, модифицированный нанодисперсным низкомолекулярным политетрафторэтиленом с молекулярной массой 1000-5000, в количестве 5-20% от массы самополирующегося противообрастающего состава. При этом каждый последующий слой лакокрасочного покрытия нанесен после отвержения предыдущего до степени отлипания при контакте. Изобретение обеспечивает эффективную защиту от биообрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей водоводов технического водоснабжения ТЭЦ за счет повышения продолжительности действия биозащиты, прочность и сцепление составляющих ее слоев. 3 табл.
Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, используемым в гидротехническом строительстве, для гидроизоляции и защиты от обрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей, эксплуатируемых в морской воде.
Известно лакокрасочное покрытие, содержащее слой грунтовки и слой лакокрасочной композиции, содержащей основу из эпоксидной диановой смолы, модифицированной каменноугольной смолой, предварительно стабилизированной гексаметилентетрамином, растворитель, наполнитель и отвердитель (см. патент РФ №1624989, МПК C09D 5/08, C09D 163/02, 1996).
Однако лакокрасочное покрытие не может быть нанесено на увлажненную поверхность или поверхность, находящуюся под водой.
Известно также лакокрасочное покрытие, содержащее слой грунтовки и слой лакокрасочной композиции, содержащий эпоксидную диановую смолу и добавки, включающие каменноугольную смолу, сурик железный, водорастворимый растворитель, сольватирующая способность которого не меньше, чем у воды, и отвердитель аминного типа (см. патент РФ №2314328, МПК C09D 163/02, C08L 63/02, C09D 5/08, 2008).
Недостаток этого решения - недостаточная эффективность защиты от биообрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей портовых сооружений и сооружений водоводов технического водоснабжения ТЭЦ.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в обеспечении эффективности защиты от биообрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей водоводов технического водоснабжения ТЭЦ, а также портовых и гидротехнических сооружений.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности эффективной защиты от биообрастания морскими организмами бетонных и железобетонных поверхностей водоводов технического водоснабжения ТЭЦ за счет повышения продолжительности действия биозащиты, ее прочность и сцепление составляющих ее слоев.
Поставленная задача решается тем, что лакокрасочное покрытие содержит слой грунтовки, слой лакокрасочной композиции и слой самополирующегося противообрастающего покрытия, при этом слой грунтовки выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-40 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 20-30 |
| триэтилентетрамин | 18-25 |
слой лакокрасочной композиции выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-50 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 10-20 |
| триэтилентетрамин | 18-25 |
| сурик железный | 7-12 |
слой самополирующегося противообрастающего покрытия выполнен из композиции, включающей известный противообрастающий состав Interswift 6600, содержащий акрилаты меди, модифицированный нанодисперсным низкомолекулярным политетрафторэтиленом с молекулярной массой 1000-5000, в количестве 5-20 масс. % от массы противообрастающего состава, кроме того, каждый последующий слой лакокрасочного покрытия нанесен после отвержения предыдущего до степени отлипания при контакте.
Сопоставительный анализ совокупности признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает получение заявленного технического результата, при этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач, обеспечивающих решение задачи изобретения.
Признак, указывающий, что «слой грунтовки выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-40 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 20-30 |
| триэтилентетрамин | 18-25» |
обеспечивает высокую адгезию грунтовки с бетонной поверхностью и ее биоцидность, позволяющую пролонгировать биоцидное действие покрытия, в процессе вымывания биоцидных компонентов из вышележащих слоев покрытия, а также возможность нанесения на влажную поверхность трубопровода или другого сооружения.
Признак, указывающий, что «слой лакокрасочной композиции выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-50 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 10-20 |
| триэтилентетрамин | 18-25 |
| сурик железный | 7-12» |
обеспечивает высокую прочность композиции и ее биоцидность, а также возможность нанесения на влажную поверхность грунтовки.
При этом использование сурика железного кроме окрашивания композиции одновременно «работает» и как ее «утяжелитель», и как твердый наполнитель, играющий роль жесткой арматуры в отвержденной эпоксидно-каменноугольной системе, являющийся высокомодульным наполнителем.
Кроме того, при использовании в качестве основы и в грунтовке, и в лакокрасочной композиции сходного материала (каменноугольной смолы) обеспечивается их хорошая адгезия друг с другом.
Признаки, указывающие, что «слой самополирующегося противообрастающего покрытия выполнен из композиции, включающей известный противообрастающий состав Interswift 6600, содержащий акрилаты меди, модифицированный нанодисперсным низкомолекулярным политетрафторэтиленом с молекулярной массой 1000-5000, в количестве 5-20 масс. % от массы противообрастающего состава», обеспечивают биоцидность внешнего слоя лакокрасочного покрытия, поскольку акрилаты меди действуют как биоциды, и «скользкость» поверхности внешнего слоя лакокрасочного покрытия, снижая возможность оседания на нем личинок морских гидробионтов.
Признаки, указывающие, что «каждый последующий слой лакокрасочного покрытия нанесен после отвержения предыдущего до степени отлипания при контакте», обеспечивают сохранение изначальной функциональности каждого из слоев лакокрасочного покрытия.
Для приготовления грунтовки и лакокрасочной композиции используют:
- низкомолекулярные диановые эпоксидные смолы ЭД-20, ЭЛ-16, Э-40 с мол. м. 400-800, смолу эпоксидную по ГОСТ 10587;
- смолу каменноугольную, получаемую при полукоксовании углей и имеющую следующие характеристики: плотность при 20±2°С, г/см3 1,02-1,1; показатель преломления 1,588±0,002; групповой состав (% по массе), фенолы 8-18, парафины и олефины 4-12, нейтральные кислородные соединения 20-30; карбоновые кислоты 1-2; пиридиновые основания 1-3; ароматические углеводороды 22-34);
- сурик железный по ГОСТ 8135;
- триэтилентетрамин по ТУ 6-02-1099-77 (отвердитель).
В качестве растворителя применяются водорастворимые растворители, сольватирующая способность которых не меньше, чем у воды, например диметилформамид (ДМФА) по ГОСТ 20-289-74, или диметилсульфоксид (ДМСО) по ГОСТ 46-09-38-18-77, или диизопропилкарбонат.
Для приготовления противообрастающего покрытия, в качестве исходной основы, применяют самополирующееся противообрастающее покрытие на основе акрилатов меди, например, производства InternationalPaint (фирменное название - Interswift 6600).
Названный материал модифицируют (добавлением и перемешиванием с ним нанодисперсным низкомолекулярным политетрафторэтиленом (ПТФЭ) в количестве 5-20% от его массы. Используют ПТФЭ с молекулярной массой 1000-5000, состоящий из нанопленок, толщиной 5-25 нм, сконденсированных в микропакеты диаметром 0,2-5 мкм.
Композицию готовят и используют следующим образом.
При приготовлении и использовании грунтовки, лакокрасочной композиции и противообрастающего покрытия необходимо соблюдение известного комплекса мер безопасности.
Для приготовления основы грунтовки смешивают эпоксидную диановую смолу и чистую (т.е. без модифицирующих добавок) каменноугольную смолу в заявленных соотношениях. Для облегчения процесса диспергирования и уменьшения длительности к основе добавляют до 30% от массы основы водорастворимого растворителя, сольватирующая способность которого не меньше, чем у воды (например, диметилформамид, или диметилсульфоксид, или диизопропилкарбонат).
Готовую основу грунтовки расфасовывают в металлические герметично закрывающиеся емкости согласно ГОСТ 9980.3. Отвердитель для нее (триэтилентетрамин) упаковывается по ТУ 6-02-1099. Емкости компонентов грунтовки хранятся в местах, защищенных от прямых солнечных лучей, с температурой воздуха от 5 до 35°С. Гарантийный срок хранения основы грунтовки устанавливается 6 месяцев со дня изготовления. При использовании основы по истечении гарантийного срока хранения перед ее использованием необходимо провести контроль ее качества. Гарантийный срок хранения отвердителя определяют по ТУ 6-02-1099.
Для приготовления основы лакокрасочной композиции смешивают эпоксидную диановую смолу и каменноугольную смолу в заявленных соотношениях. Для облегчения процесса диспергирования и уменьшения длительности к основе добавляют до 30% от массы основы водорастворимого растворителя, сольватирующая способность которого не меньше, чем у воды (например, диметилформамид, или диметилсульфоксид, или диизопропилкарбонат).
Сурик железный также вводят в основу, после чего массу перетирают на шаровой мельнице до степени диспергирования 40-50 мкм по клину (ГОСТ 6589-57). Железный сурик, кроме окрашивания композиции, одновременно «работает» и как ее «утяжелитель», и как твердый наполнитель, играющий роль жесткой арматуры в отвержденной эпоксидно-каменноугольной системе, являющийся высокомодульным наполнителем. При деформации наполненной эпоксидно-каменноугольной системы сурик практически не деформируется, поскольку его модуль упругости много раз больше, чем у полимерной матрицы, поэтому деформация слоя лакокрасочной композиции происходит только за счет деформации полимерной матрицы.
Взаимодействие железного сурика с наиболее активными функциональными группами фенолов каменноугольной смолы обусловливается наличием высокополярных гидроксильных групп в фенолах. В результате реакции образуются феноляты, в дальнейшем являющиеся катализаторами при полимеризации эпоксидно-каменноугольной системы.
Готовую основу лакокрасочной композиции и ее отвердитель расфасовывают и хранят так же, как основу и отвердитель грунтовки.
Для приготовления противообрастающего покрытия его компоненты смешивают в заявленных пропорциях, после чего хранят в герметичной упаковке (предпочтителен вариант подготовки материала непосредственно перед применением).
Перед нанесением грунтовки смешивают ее основу и отвердитель (использование отвердителя варьирует в пределах 18-25% от массы эпоксидно-диановой смолы, причем, чем выше доля такой смолы по отношению к каменноугольной смоле, тем выше должно быть содержание отвердителя в составе композиции).
Грунтовку наносят на защищаемую поверхность вручную с помощью кисти или валика при температуре окружающей среды от 5 до 60°С. При этом металлические поверхности должны быть очищены до степени 2 по ГОСТ 9.402, а бетонные должны иметь класс шероховатости 3, поверхностную пористость до 10% по СНиП 3.04.03. Поверхность может быть влажной, мокрой (например, это может быть поверхность бетонного водовода непосредственно, после ее зачистки от обрастания и обмывки). Расход грунтовки составляет 200 гр/м2.
Следующий слой покрытия (слой лакокрасочной композиции) наносят после затвердевания грунтовки до степени отлипания при контакте - когда после контакта с ее поверхностью щуп отделяется чистым.
Лакокрасочную композицию наносят на поверхность грунтовки вручную с помощью кисти или валика при температуре окружающей среды от 5 до 60°С. Поверхность может быть влажной (из-за высокой влажности в полости водовода). Расход лакокрасочной композиции составляет 200 гр/м2.
Грунтовку и/или лакокрасочную композицию разбавляют (при необходимости) водорастворимым растворителем (сольватирующая способность которого не меньше, чем у воды) до рабочей вязкости по вискозиметру ВЗ-1 при 20±5°С. Количество вводимого растворителя не должно превышать 20% для грунтовки и 30% для лакокрасочной композиции от их массы.
Гарантийный срок хранения готовой грунтовки и лакокрасочной композиции составляет 2 часа с момента изготовления.
Противообрастающее покрытие наносят на поверхность основной композиции методом безвоздушного распыления. Оптимальное давление жидкости на выходе из сопла 176 кг/см2, при диаметре сопла 0,46-0,66мм. Данный материал является однокомпонентным и всегда должен тщательно перемешиваться механической мешалкой перед нанесением. Необрастающее покрытие наносят в два слоя толщиной по 125 мкм каждый. Расход модифицированного самополирующегося покрытия составляет 325 гр/м2 на один слой.
Заявленное защитное покрытие соответствует нормам и требованиям, приведенным в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Характеристики лакокрасочного покрытия | ||
| Наименование показателя | Норма | Метод испытаний |
| Внешний вид пленки покрытия | Глянцевая, оттенки коричневого цвета | Визуально на пластинках не менее 60×90 мм, которые готовят из материала изделия, предназначенного для покрытия. |
| Время высыхания до степени 3 при 20°С, ч, не более: | по ГОСТ 19007 | |
| - на воздухе | 24 | |
| - в воде | 16 | |
| Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее | 70 | по ГОСТ 17537 |
| Прочность пленки при ударе, см, не менее | по ГОСТ 4765 | |
| - на воздухе | 40 | |
| - в воде | 50 | |
| Адгезия пленки, не более: | по ГОСТ 15140 | |
| - на воздухе | 1 балл | |
| - в воде | 1 балл | |
| Условная вязкость смолы | 40-60 | по ГОСТ 8420 (по вискозиметру типа ВЗ-1 с диаметром сопла 1 мм при температуре 20±0,5°С, с) |
| Срок годности композиции после смешивания компонентов при температуре 20±2°С, ч, не менее | 2 | Отбирают навеску 100 г в герметичный сосуд и оставляют на 2 часа, после чего перемешивают и проверяют вязкость, которая не должна изменяться более чем на 10 с |
| Стойкость пленки к статическому воздействию жидкостей при температуре 20±0,5°С, ч, не менее: | по ГОСТ 9.403, метод А, при этом образцы выдерживают в 3% растворе NaCI и дистиллированной воде в течение 24 часов и производят осмотр. Пленка должна быть без видимых изменений. Допускается незначительное посветление пленки | |
| - 5% раствор NaCl | 24 | |
| -дистиллированной воды | 24 | |
| - 5% раствор NaOH | 24 | |
| Вязкость | ||
| Кинематическая вязкость противообрастающего лакокрасочного покрытия | 224 мПа*с | по ГОСТ 33-2000 |
Покрытие может наноситься в морской и пресной воде при ее температуре не ниже 5°С и способно высыхать в воде (при температуре не ниже 5°С) с образованием твердого покрытия. Сформированное в воде покрытие не уступает по своим свойствам покрытиям, полученным на воздухе.
Срок службы покрытия, нанесенного на защищаемые поверхности, эксплуатирующиеся под водой, состоящего из заявленной лакокрасочной композиции толщиной 600-700 мкм, составляет не менее 6 лет.
Таблица 2
Примеры лакокрасочной композиции с каменноугольной смолой
Таблица 3
Свойства композиции с каменноугольной смолой, соответствующие примерам материального и количественного состава
Лакокрасочное покрытие, содержащее слой грунтовки, слой лакокрасочной композиции и слой самополирующегося противообрастающего покрытия, при этом слой грунтовки выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-40 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 20-30 |
| триэтилентетрамин | 18-25 |
слой лакокрасочной композиции выполнен из композиции, включающей эпоксидную диановую смолу, содержащей в масс. % от ее массы:
| каменноугольную смолу | 10-50 |
| диметилформамид или диметилсульфоксид или диизопропилкарбонат | 10-20 |
| триэтилентетрамин | 18-25 |
| сурик железный | 7-12 |
слой самополирующегося противообрастающего покрытия выполнен из композиции, включающей противообрастающий состав Interswift 6600, содержащий акрилаты меди, модифицированный нанодисперсным низкомолекулярным политетрафторэтиленом с молекулярной массой 1000-5000, в количестве 5-20 масс. % от массы противообрастающего состава, кроме того, каждый последующий слой лакокрасочного покрытия нанесен после отвержения предыдущего до степени отлипания при контакте.
