ЗАЩИТНЫЙ НАНОИНГИБИРОВАННЫЙ ЛАК
PROTECTIVE NANO-INHIBITED LACQUER

Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях прибрежной территории с умеренной засоленностью. Может использоваться как консервационный лак для межоперационной защиты металлических трубопроводов. Лак включает акрилсодержащую дисперсию, целевые добавки, ингибитор коррозии и воду. Для уменьшения проницаемости агрессивных агентов через лакокрасочную пленку в лак дополнительно включен сшивающий агент акриловой дисперсии на основе водорастворимого комплекса оксида цинка. Для повышения антикоррозионных свойств лакокрасочной пленки лак дополнительно содержит водорастворимый органический ингибитор коррозии на основе смеси калий октадеканоата, трикалий фосфата и 2,2,2”-нитрилоэтанола и антикоррозионный пигмент на основе оксиаминофосфатного комплекса кальция и магния. Водорастворимый органический ингибитор коррозии совместно с антикоррозионным пигментом способны образовывать на металлической поверхности наноразмерные поверхностные пассивные защитные пленки.
Технический результат - повышение экологической безопасности, сокращение энергозатрат и трудоемкости процесса консервации и расконсервации металлических поверхностей, высокие антикоррозионные свойства покрытия в агрессивных атмосферных условиях.
В настоящее время известны лаковые водно-дисперсионные композиции, предназначенные для консервационной защиты трубопроводов [авторское свидетельство SU 994527, патенты RU 2152415 С1, RU 2227148 С2]. В качестве пленкообразователя используются акриловые, бутадиенстирольные и винилацетатные дисперсии и их смеси. Лак по авторскому свидетельству SU 994527 эффективен только для защиты хроматированного цинка, в состав лака по патентам RU 2152415 С1 и RU 2227148 С2 входят пигменты и наполнители, делающие пленку непрозрачной, что не позволяет считывать маркировку. Для консервационной защиты труб за рубежом, например на металлургических заводах Чехии, используется водный эмульсионный алкидно-эпоксидный лак Komakor V 2010 (фирма Балаком) с высокими антикоррозионными свойствами, которые достигаются за счет введения в состав фосфата цинка. Недостатком лака является длительная продолжительность сушки (24 часа). Невысокая твердость, высокая залипаемость покрытия создает трудности в складировании и хранении изделии. Фосфат цинка, несмотря на то, что является менее токсичным по сравнению с хроматами, содержит ионы тяжелого металла. Применение эффективных антикоррозионных пигментов, не содержащих хромат или ионы тяжелых металлов, является актуальным [патенты WO 09840440, US 6331202 B1].
Антикоррозионный пигмент на основе оксиаминофосфатного комплекса кальция и магния способен образовывать поверхностные наноразмерные защитные пленки на металлической поверхности, содержащие оксиды и гидроксиды магния и кальция [патент WO 2005120722]. Поскольку антикоррозионный пигмент, как все фосфаты, мало растворим в воде, наблюдается запаздывание защитного действия [Брок Т., Гротеклаус М., Мишке П. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. Под редакцией У.Цорлля. М:. ООО «Пэйнт-Медиа», 2004. С.204; Чиркунов А.А., Кузнецов Ю.Н., Казанский Л.П. Коррозия: материалы и защита. 2007. №9. С.27-32] в связи необходимостью некоторого временного периода для протекания реакции гидролиза. Введение водорастворимого органического ингибитора коррозии в систему дополнительно к оксиаминофосфатному комплексу магния и кальция может компенсировать это запаздывание.
Кроме того, водно-дисперсионные лакокрасочные покрытия являются достаточно проницаемыми для агрессивных агентов и влаги, являются «дышащими», что является положительным свойством при использовании их в архитектурных строительных материалах. При защите от коррозии металлов это свойство покрытий резко ухудшает их противокоррозионные свойства. Одним из приемов снижения проницаемости покрытий является использование сшивающих агентов [патенты RU 2267505 С9, RU 2135525 С1]. Недостатком этих агентов является высокотемпературная сушка (до 150°С) для протекания реакций сшивки. Наиболее пригодным сшивающим агентом является добавка на основе комплекса оксида цинка [Dr. Nicholas Buethe, Малинкина М.Ю. Лакокрасочные материалы и их применение. 2008. №5. С.18]. Добавка действует за счет комплексообразования и связывания свободных карбоксильных групп акриловой дисперсии. Содержащиеся в составе ионы цинка находятся в связанном состоянии с пленкообразователем и не загрязняют окружающую среду.
Наиболее близким к заявляемому изобретению и принятым в качестве прототипа является состав для временного покрытия [авторское свидетельство SU 979467]. Состав для временного покрытия включает водную дисперсию сополимера винилхлорида и винилиденхлорида, поливиниловый спирт, глицерин, минеральное масло, карбонат кальция, аэросил, ингибитор коррозии на основе нитрита натрия, кальциевые соли высших жирных кислот и воду. Состав используется для временной защиты сварных швов и по сравнению с известными составами [«Съемный ингибированный состав ИС-ВА», ТУ 6-10-11-291-79] обладает повышенной толщиной и стойкостью покрытия в морской воде.
К недостаткам данного состава относится то, что высокая стойкость в морской воде (240 часов) достигается лишь при двухслойном нанесении покрытия, а атмосферостойкость от 3 до 6 месяцев обеспечивается лишь при дополнительном перекрытии защитными лакокрасочными материалами (например, с перекрытием грунтовками ФЛ-ОЗК, Б-ЭП-0126, эмалями Б-ЭП-421, ЭП-755).
Задачей предлагаемого изобретения является создание малотоксичного наноингибированного водно-дисперсионного однослойного защитного лака с высоким уровнем противокоррозионных свойств в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях прибрежной области с умеренной засоленностью.
Поставленная задача достигается тем, что в состав водно-дисперсионного лака, наряду с ингибитором мгновенной коррозии, вводятся органический ингибитор коррозии и антикоррозионный пигмент, которые способны образовывать наноразмерные защитные пленки на металлической поверхности, а также сшивающий агент для уменьшения пористости лакокрасочной пленки.
В качестве ингибитора мгновенной коррозии для предотвращения коррозии при формировании пленки покрытия использован нитрит натрия [ГОСТ 19906-74], бензоат натрия [ТУ 6-09-2785-78] или их смесь. В качестве органического ингибитора коррозии использована смесь калий октадеканоата, трикалий фосфата, 2,2,2”-нитрилоэтанола [ТУ 37-111-1-39-03 «Пассивирующий состав ИФХАН-39АЛГ»]. За счет своей водорастворимой формы данный ингибитор начинает действовать сразу при формировании лакокрасочного покрытия. В то же время, также за счет водорастворимой формы, он в дальнейшем может вымываться из покрытия под действием влаги, дождя и других природных факторов при хранении изделий в атмосферных условиях. Взамен антикоррозионных пигментов, содержащих тяжелые металлы, использован оксиаминофосфатный комплекс магния и кальция марки «Pigmentan ЕА» фирмы Pigmentan Ltd, Израиль, защитное действие которого начинает проявляться после проникновения влаги в лакокрасочное покрытие.
В качестве сшивающего агента использован водорастворимый комплекс оксида цинка марки «Zimplex 15», Munzing Chemie GMBH, Германия, действующий за счет комплексообразования и связывания свободных карбоксильных групп акрилсодержащей дисперсии.
В качестве акрилсодержащей дисперсии используют акриловую дисперсию, модифицированную эфирами версатиковой кислоты марки Finndisp RSD 20 фирмы Forcit, Финляндия, акриловую дисперсию марки Mowilit DM 777, фирмы Celanese Emulsion GmbH, Германия или другие любые акриловые и модифицированные акриловые дисперсии. В состав акриловой дисперсии входят коалесцирующие добавки бутилгликоль [ТУ 6-01-648-78]; 2-(2-бутокси)этоксиэтанол [марка бутилдигликоль] фирмы Union Carbide Benelux N.V., США; 2,2,4-триметил-1,3-пентадиолмоноизобутират [марка Тексанол] фирмы Eastman Chemical Company, США и другие. Предпочтительным является использование смеси тексанола и бутилдигликоля в соотношении 4:1.
Новизна технического решения определяется подбором компонентов в оптимальных количествах, обеспечивающих эффект синергизма, возникающий при сочетании оксиаминофосфатного комплекса магния и кальция, органического ингибитора коррозии и сшивающего агента, что приводит к значительному улучшению противокоррозионных свойств лакокрасочного покрытия.
Примером осуществления данного изобретения может служить способ получения защитного наноингибированного лака, осуществленный заявителем.
В емкость бисерной мельницы в рецептурном количестве загружают ингибиторы коррозии, целевые добавки (смачиватель, диспергатор, пеногаситель) и ведут диспергирование до достижения степени перетира по прибору «Клин» не более 30 мкм. Перетертую смесь подают в смеситель и далее добавляют рецептурное количество акриловой дисперсии и сшивающего агента. Перемешивают смесь в течение 20-30 мин. Далее лак проверяют по качественным показателям.
Для сравнения свойств лакокрасочного покрытия были изготовлены составы консервационного лака по заявляемому изобретению. Составы консервационного лака наносили на тщательно очищенные от жировых загрязнений пластинки из стали 08кп размером 150×70×1 мм. Метод нанесения - пневматическое распыление. Составы наносили в 1 слой с сушкой покрытия при температуре 20±2°С в течение 1,5 часов. Перед испытанием полученные покрытия выдерживали при температуре 15-30°С и влажности воздуха не более 80% в течение 14 суток.
Примеры консервационного лака по изобретению приведены в таблице.
Для сравнения противокоррозионных свойств лакокрасочного покрытия оценивали стойкость к пресной и морской воде по ГОСТ 9.403-80, стойкость в соляном тумане по ГОСТ 9.401-91, метод Б (ИСО 7253), атмосферостойкость по ИСО 12944. Прогнозируемый срок службы лакокрасочного покрытия в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях прибрежной территории с умеренной засоленностью составляет от 2 до 5 лет.
Предлагаемый защитный наноингибированный лак по сравнению с прототипом имеет лучшие антикоррозионные свойства и более продолжительный срок службы. Использование лака по заявленному изобретению обеспечивает более продолжительный срок консервации металлических труб при хранении в прибрежных районах, сокращает энергозатраты и трудоемкость процесса консервации, повышает экологическую безопасность процесса консервации и уменьшает вредное воздействие на окружающую среду при консервации и расконсервации труб.
Защитный наноингибированный лак, включающий водную акрилсодержащую дисперсию, целевые добавки, ингибитор коррозии и воду, отличающийся тем, что содержит сшивающий агент акриловой дисперсии на основе водорастворимого комплекса оксида цинка, водорастворимый органический ингибитор коррозии на основе смеси калий октадеканоата, трикалий фосфата и 2,2,2”-нитрилоэтанола и антикоррозионный пигмент на основе оксиаминофосфатного комплекса кальция и магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Акрилсодержащая дисперсия 75-80
Целевые добавки - 4,75-5,75
Ингибитор коррозии - 0,1-0,2
Сшивающий агент - 2-10
Водорастворимый органический ингибитор коррозии - 0,5-2,0
Антикоррозионный пигмент - 5-10
Вода - остальное