Грунт-эмаль для защитного противокоррозионного эпоксидного покрытия с толщиной защитного слоя до 500 мкм, способ формирования защитного противокоррозионного эпоксидного покрытия и изделие с защитным противокоррозионным эпоксидным покрытием
PRIMING ENAMEL FOR PROTECTIVE ANTI-CORROSION EPOXY COATING PROTECTIVE LAYER UP TO 500 MICRONS, METHOD FOR PROTECTIVE ANTI-CORROSION EPOXY COATING FORMATION, AND PRODUCT WITH PROTECTIVE ANTI-CORROSION EPOXY COATING

Область техники.
Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, к области тиксотропных эпоксидных композиций для получения с формирования аппаратами безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер, с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной композиции без их подогрева, защитных противокоррозионных покрытий металлических, бетонных и железобетонных изделий и конструкций с толщиной защитного слоя в сухом состоянии до 500 мкм, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности для противокоррозионной защиты металлических, бетонных и железобетонных изделий и конструкций с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм в качестве самостоятельных однослойных защитных покрытий улучшенного типа для защиты внешней и внутренней поверхности емкостей хранения нефти и нефтепродуктов различной степени агрессивности, технической воды, водных растворов солей, топливных и топливно-балластных цистерн и днищ судов, труб для транспортировки нефти, нефтепродуктов, сжиженного газа, для защиты изделий и конструкций, эксплуатируемых в морской и пресной воде и в условиях промышленной атмосферы, а также подвергающихся воздействию паров агрессивных газов, обливку щелочами, кислотами, нефтью и нефтепродуктами, а также в качестве однослойного грунтовочного покрытия толщиной до 300 мкм в сочетании с эмалями на акриловой, виниловой, винилово-эпоксидной, эпоксидной и полиуретановой основах.
Уровень техники.
Защитные противокоррозионные покрытия металлических, бетонных и железобетонных изделий и конструкций обычно получают преимущественным путем нанесения лакокрасочного материала (далее - краски) на защищаемую поверхность.
Для комфортабельного и технологичного нанесения краски на защищаемую поверхность и получения плотного равномерного по толщине защитного слоя краска должна иметь оптимальную консистенцию, определяемую таким основным параметром как вязкость.
Высоковязкая, густая краска при кистевом нанесении требует значительных физических усилий от маляра и образует неоднородную поверхность со следами от кисти.
При нанесении пневмораспылением высоковязкую краску разбавляют до рабочей вязкости, причем разбавление может достигать 15-20% от массы краски, что приводит к образованию потеков и неравномерной толщине слоя покрытия.
Разбавленная низковязкая, жидкая краска легко наносится на защищаемую поверхность, но приводит к наличию потеков и неравномерностям по толщине слоя покрытия, особенно вследствие отекания слоя краски сверху вниз при ее нанесении на вертикальные поверхности.
Вместе с тем в особо жестких условиях эксплуатации для защиты поверхности емкостей хранения нефти и нефтепродуктов различной степени агрессивности, водных растворов солей, топливных и топливно-балластных цистерн и днищ судов, труб для транспортировки нефти, нефтепродуктов, сжиженного газа, изделий и конструкций, эксплуатируемых в морской воде и в условиях агрессивной промышленной атмосферы, требуется изготовление однослойных покрытий с толщиной до 500 мкм, что возможно только при использовании высоковязкой краски не сползающей при нанесении вниз на вертикальных или наклонных поверхностях.
То есть, краска должна одновременно быть и низковязкой, жидкой, легко наносимой по стандартной технологии с помощью распространенной современной окрасочной техники, и высоковязкой, формирующей заданный по толщине равномерный слой при окрашивании и вертикальных, и наклонных, и потолочных поверхностей.
Для красок всех типов - и низковязких и высоковязких густых важным фактором качества является седиментационная устойчивость, то есть отсутствие образования осадка в течение гарантийного срока хранения.
Седиментационная устойчивость обычно достигается в результате пространственного структурирования жидкой дисперсионной среды, образования пространственных надмолекулярных структур пленкообразователя (chem. 21. Info/info/812124, справочник химика 21).
Одним из способов достижения такого структурирования является введение в состав низковязких красок (преимущественно однокомпонентных, с малым сухим остатком) загустителей.
Механизм реологического поведения загустителей для повышения седиментационной устойчивости красок основан на образовании трехмерной структуры внутри растворителей низкой и средней полярности, особенно ароматического типа, (belhimprom.ru/page2339233b275html/).
Для технологичного и равномерного нанесения на окрашиваемую поверхность без подтеков на вертикальных и наклонных поверхностях в краску добавляют также тиксотропные добавки, называемые также реологическими добавками. В этом случае в краске образуются временные связи между частицами связующего, которые существуют в покое и обратимо разрушаются при механических воздействиях.
Под терминами тиксотропия, (тиксотропность) - (от греч. thixis - прикосновение и trope - поворот изменение) понимается способность дисперсных систем восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием, то есть способность субстанции уменьшать вязкость (разжижаться) от механического воздействия и увеличивать вязкость (сгущаться) в состоянии покоя [Большой Энциклопедический словарь. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4931/%D0%A2%D0%98%D0%9A%D0%A1%D0%9E%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%9F%D0%98%D0%AF].
0
m
0
Механические свойства тиксотропных структур обычно характеризуются значениями трех параметров (П.А. Ребиндер): наибольшей эффективной вязкости h практически неразрушенной структуры, наименьшей эффективной вязкости h предельно разрушенной структуры и предельного напряжения сдвига Р.
0
m
0
При малых значениях напряжения сдвига Р, не нарушающих покоя или вызывающих очень медленное течение, структура обладает свойствами твердого тела, т.к. скорость ее восстановления в этих условиях превышает скорость разрушения. При Р>>Р система оказывается предельно разрушенной и представляет собой жидкость с небольшой вязкостью h. Величина предельного напряжения сдвига Р характеризует прочность неразрушенной структуры. Процесс восстановления разрушенной структуры в покое может быть охарактеризован нарастанием прочности во времени.
Известны применяемые для повышения седиментационной устойчивости низковязких красок загустители марки Pangel (пангель), в частности Pangel В20, обычно используемые в качестве загустителя низковязких красок, желирующего и суспензирующего агента для органических сред с низкой и средней полярностью, особенно ароматического типа [http://www.belhimprom.ru/page233a233b275.html].
Pangel В 20 обеспечивает хорошую стабильность во время хранения и транспортировки низковязких красок. Так же он способствует выравниванию окрашенной поверхности при кистевом нанесении низковязких эмалей.
3
Pangel В 20 является волокнистой реологической добавкой на основе органически модифицированного сепиолита, представляет собой светло-кремовый сыпучий мелкодисперсный порошок органически модифицированного сепиолита с насыпной плотностью 0,25 г/см и остатком на сите 75 мкм<1%, и обычно используется в качестве загущающей добавки для покрытий с широким диапазоном полярности для снижения оседания пигментов и наполнителей во время транспортировки и хранения красок.
Обычные известные области применения Pangel В 20 - адгезивы; шпатлевки; глянцевые эмали для наружных и внутренних работ; хлорированные смолы; модифицированные алкилуретаны; антикоррозионные грунтовки; покрытия на основе цинкового порошка; промышленные и судостроительные покрытия; дорожные покрытия; покрытия для отделки и перекраски автомобилей; водорастворимые краски [http://www.belhimprom.ru/page233a233b275.html].
Pangel (пангель), в частности Pangel В20, представляет собой добавки, полученные из органо-модифицированный сепиолита путем дезагломерации связей сепиолита в волокнах и отделением частиц без нарушения их удлиненной структуры.
4
6
15
2
2
Сепиолит (от сепия и др.-греч.  - камень), морская пенка, мершаум - минерал, по своим свойствам принадлежащий группе талька и серпентина, по химическому составу сложный силикат магния, типичная формула, для которого Mg(SiO)(OH)6HO. Назван из-за сходства с пористым известковым скелетом каракатицы - сепии. Применяется в буровых работах, в качестве абсорбента, для производства кошачих наполнителей и поделочных работах (трубки для курения, наперстки, различные украшения и др.) [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%E5%EF%E8%EE%EB%E8%F2].
4
2
6
15
2
2
2+
3+
Сепиолйт является глинистый минералом группы палыгорскита со слоистой, но цепочкообразной структурой Mg[(OH)|SiO⋅2НО+4НО⋅Mg замещается Fe и Fe. По свойствам аналогичен палыгорскиту. Разновидности: феррисепиолит, алюмосепиолит, никельсепиолит, парасепиолит. Образуется в почвах, морских и солоноводных бассейнах, аридного и полуаридного климата, а также при выветривании серпентинитов. Встречается в виде примесей в карбонатных и карбонатно-глинистых п. в форме рыхлых порошковидных масс, скорлуповатых стяжений, линз и маломощных прослоев глин среди доломитовых пород. Богатые никелем разновидности сепиолита входят в состав силикатных никелевых руд. [Яндекс. Словари> БСЭ. - 1969-1978/, http://slovari.yandex.ru/%D1%81%D0%B5%D0%BF%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D 0%B8%D1%82%20%D1%8D%D1%82%D0%BE/%D0%91%D0%A1%DO%AD/%DO% A1%D0%B5%D0%BF%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%82/].
Известна используемая в машиностроительной промышленности вибропоглощающая эпоксидная композиция, позволяющая повысить коэффициент механических потерь, прочность покрытия в широком диапазоне температур и коррозийную стойкость и содержащая, мас. %: эпоксидную диановую смолу - 17,0-30,0; моноглицидиловый эфир бутил целлюлозы - 10,0-17,0; тальк -22,0-40,0; графит - 2,0-6,0; порошок ферритовый стронциевый - 7,0-20,0; микрослюду - 5,0-12,0; инженерную глину на основе обогащенных бентонитов и сепиолитов - 2,5-9,5; отвердитель аминофенольный - 7,0-11,0 [RU 2507228 C08L 63/02, C09D 163/02, C08K 3/04, C08K 3/34, C08K 3/10, опубл. 20.02.2014].
Данная композиция (RU 2507228) относится к вибропоглощающим составам, сохраняющим эксплуатационные свойств в различных климатических условиях и при негативном воздействии окружающей среды (повышенная влажность, растворы солей и кислот) и используемым для снижения уровня вибрации, повышения износостойкости, стойкости к агрессивным и коррозирующим средам деталей машин и механизмов, используемых в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, поскольку при движении транспортного средства неровности дорожного покрытия в виде вибрации передаются на кузов, что порождает повышенный уровень шума внутри салона, оказывающий негативное влияние на водителя и пассажиров.
Известна композиция для термостойкого покрытия для защиты металлических поверхностей в машиностроении, содержащая мас. %: полиорганосилоксановую смолу - 20-25, пентафталевый лак - 8-14, полимер изобутилметакрилата - 5-7, термостойкий пигмент - 11-17, наполнитель - 5-10, реологическую добавку - 1-2, загуститель - 1-2 и остальное - органический растворитель. В качестве пористого силиката композиция содержит перлит или кизельгур, а в качестве пигмента термостойкого - алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов. Предложенная композиция обладает повышенной седиментационной устойчивостью в процессе хранения и обеспечивает покрытия с повышенной устойчивостью к физико-химическим воздействиям [RU 2378309 C09D 183/06, C09D 5/08, опубл. 10.01.2010].
Известна акриловая лакокрасочная композиция для защиты различных поверхностей в машиностроении, в быту и в промышленности, которая для улучшения физико-механических свойств по первому варианту содержит акриловое пленкообразующее - акриловый органорастворимый сополимер "Полиформ" и сополимер п-бутилметакрилата с метилметакрилатом, силикатный наполнитель, загуститель - бентон или пангель, пластификатор - эфир фталевой кислоты, пигмент и органический растворитель. По второму варианту акриловая лакокрасочная композиция содержит акриловое пленкообразующее - акриловый органорастворимый сополимер "Полиформ", сополимер п-бутилметакрилат с метилметакрилатом и дополнительно полиорганосилоксановую смолу, силикатный наполнитель, загуститель - бентон или пангель, пластификатор - эфир фталевой кислоты, пигмент и органический растворитель [RU 2398807 C09D 133/04, C09D 133/08, C09D 133/10, C09D 133/12, C09D 5/00, опубл. 10.09.2010].
2
8
30
4
2
4
2
26
48
Известна эмаль термостойкая, используемая в машиностроении для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивности среды, а также в быту и в промышленности. Эмаль термостойкая содержит метилфенилсилоксановую смолу на основе органоалкоксисиланов общей формулы , где n, m k=1, 2; R'=Me, H; a=0,1-33; R=Me; b=0,03-1; c=0-0,1; а также полимер бутилметакрилата, пентафталевый лак, термостойкий пигмент, микронизированный наполнитель, загуститель, реологическую добавку на основе бентонитовой глины и органический растворитель. Эмаль обеспечивает получение покрытия с высокими качественными характеристиками. Используемая метилфенилсилоксановая смола не содержит Cl-содержащие примеси, что позволяет повысить экологичность композиции. В качестве загустителя использовали Пангель В 20-FT-138-96-01, представляющий собой органомодифицированный сепиолит - продукт взаимодействия гидрированного силиката магния и четвертичной аммонийной соли с химической формулой SiMgO(OH)(ОН)⋅8HO; CIN CH [RU 2495895 C09D 183/06, C09D 167/08, C09D 133/10, C09D 5/08, опубл. 20.10.2013].
Известна композиция для термостойкого покрытия с высокими физико-механическими свойствами, используемая в машиностроении для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивной среды, а также в быту и в промышленности, содержащая полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу - полимер изобутилметакрилата, термостойкий пигмент, слюду молотую и/или пористый силикат в качестве наполнителя, реологическую добавку - бентонитовую глину, пентафталевый лак, загуститель - пангель или тиксогель и органический растворитель. В качестве пористого силиката композиция может содержать перлит или кизельгур, а в качестве пигмента термостойкого -алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов [RU 2400509 C09D 183/00, C09D 133/08, C09D 5/08, опубл. 27.09.2010].
Известен тиксотропный материал для защиты металлических поверхностей от коррозии представляющий собой ингибированный нефтяной состав, предназначенный для защиты от коррозии металлических поверхностей, как внутренних поверхностей, так и днища, всех видов автотранспорта, содержащий твердый нефтяной углеводород, пластификатор, ингибитор коррозии, порошкообразный кремнийсодержащий минерал и органический растворитель, дополнительно содержащий эфир глицериновый канифоли талловой, антиокислительную присадку, фосфат цинка, реологическую добавку и активатор реологической добавки, в качестве твердого нефтяного углеводорода - окисленный битум, в качестве ингибитора коррозии - смесь ингибиторов коррозии анодного, катодного и барьерного типа, в качестве кремнийсодержащего минерала - тальк, а в качестве пластификатора - нефтеполимерную ароматическую смолу при следующем соотношении компонентов, мас. %: окисленный битум - 30,0-40,0, нефтеполимерная ароматическая смола - 2,0-8,5, антиокислительная присадка -1,0-2,5, ингибитор коррозии анодного типа - 2,0-8,5, ингибитор коррозии катодного типа - 6,0-10,5, ингибитор коррозии барьерного типа - 1,0-2,5, порошкообразный тальк - 4,0-7,5, эфир глицериновый канифоли таловой - 0,2-1,5, фосфат цинка - 2,0-4,0, реологическую добавку - 1,0-5,0, активатор реологической добавки - 1,5-7,0, органический растворитель - до 100. В качестве реологической добавки он содержит бентон-34, или бентон-38, или бентон-52, или пангель Б-20, или гидрированное касторовое масло. В качестве активатора реологической добавки материал содержит этанол или бутанол, или пропиленкарбонат, или бутилцеллюлозы, или их смесь в любых сочетаниях и соотношениях [RU 2353639 C09D 195/00, опубл. 27.04.2009].
Известна грунт-эмаль для покрытия металлических изделий, используемый в нефтяной, газовой, энергетической, химической и других отраслях промышленности, позволяющий наносить грунтовки на неподготовленную поверхность в широком диапазоне температур, в том числе отрицательных, содержащий хлорсодержащий полимер, пигмент, пластификатор, органический растворитель и преобразователь ржавчины, введены структурирующая добавка, диспергатор и производное имидазола, а в качестве хлорсодержащего полимера использован сополимер винилхлорида при следующем соотношении компонентов, мас. %: сополимер винилхлорида 10-20; пластификатор 3-6; структурирующая добавка 0,2-0,6 в виде смеси аэросила пангеля и бентона; диспергатор 0,2-0,6; пигмент 10-25; модификатор-преобразователь ржавчины 5-10; производное имидозола 0,2-3,0; органический растворитель остальное [RU 2376335 C09D 5/08, опубл. 20.12.2009].
Вместе с тем, в объеме поведенного поиска, не обнаружено примеров использования пангеля в качестве тиксотропной добавки в эпоксидных композицииях с высоким сухим остатком используемых для окраски металлических поверхностей красок на основе эпоксидных смол с получением однослойного защитно-декоративных противокоррозионно покрытия металлических изделий толщиной до 500 мкм в различных отраслях промышленности, в том числе в качестве самостоятельных однослойных защитных покрытий усиленного типа для защиты внутренней поверхности емкостей хранения нефти и нефтепродуктов различной степени агрессивности, технической воды, водных растворов солей, топливных и топливно-балластных цистерн судов, труб для транспортировки нефти, нефтепродуктов, сжиженного газа; в качестве однослойного грунтовочного покрытия толщиной от 100 до 300 мкм в сочетании с эмалями на винилово-эпоксидной, виниловой, эпоксидной и полиуретановой основах для защиты металлических конструкций, эксплуатирующийся в условиях промышленной атмосферы, а также подвергающихся воздействию паров агрессивных газов, обливу щелочами, кислотами, нефтью и нефтепродуктами.
Неиспользование Pangel В 20 в качестве тиксотропной добавки в эпоксидных композициях, объясняется тем, что обычно эпоксидные композиции с высоким сухим остатком содержат минимальное количество органических растворителей (не более 20% от массы). Этого количества растворителя не достаточно для структурирования композий Pangel В 20, т.е. образования трехмерной структуры внутри растворителя.
В эпоксидных композициях с высоким сухим остатком в качестве тиксотропных добавок обычно вводят высокодисперсный аэросил, представляющий собой пирогенный коллоидный диоксид кремния, полученный в результате термического вспенивания.
Благодаря наличию ОН-групп на поверхности частиц эпоксидных красок аэросил образует физическую сетку, обуславливающую повышение седиментационной устойчивости красок и регулирование толщины растекания наносимого материала на поверхности изделия. Для улучшения совместимости частицы аэросила модифицируют гликолями, часть гидроксильных групп которых хемосорбируются на поверхности, а остальные образуют физическую сетку (www.ngpedia.ru/id9116p.2html, Большая энциклопедия нефти и газа).
Современные требования к срокам службы лакокрасочных покрытий для различных условий эксплуатации определены международным стандартом ISO12944:1998 [ISO12944:1998 Лакокрасочные покрытия. Коррозионная защита стальных конструкций посредство системы защитных лакокрасочных покрытий], который предусматривает классификацию систем окраски промышленных стальных конструкций в зависимости от окружающей среды [ISO12944-5 раздел 5.1.].
1
5-1
5-м
1
2
3
Согласно ISO12944-5 условия эксплуатации систем покрытий в атмосфере подразделяются на 6 категорий от C- очень низкая, до С - очень высокая и C - очень высокая морская. При этом предусмотрены 3 категории эксплуатации для воды и почвы: Im, Im - при погружении соответственно в пресную и морскую воду, Im - при эксплуатации в почве.
По сроку службы системы покрытий подразделяются на низкий (Н) - 2-5 лет, средний (С) - 5-15 лет и высокий (В) - больше 15 лет [ISO12944-5 раздел 5.5.].
Чем выше категория эксплуатации, тем более высокие требования предъявляются к сроку службы систем покрытий, который зависит от многих факторов: от типа пленкообразующего, содержания нелетучих веществ (сухого остатка), эластичности, стойкости к ударным нагрузкам, также от толщины покрытия.
Не менее важным является технологичность нанесения лакокрасочного материала: метод нанесения, время сушки, ремонтопригодность, а также требование к степени подготовки поверхности под окраску [ISO 8501-1:1998 Очистка стальной поверхности перед окраской].
Наиболее распространенным промышленным методом нанесения лакокрасочных композиций для формирования защитных противокоррозионных покрытий является окрашивание промышленных конструкций аппаратами безвоздушного распыления (БВР) предварительно смешанных компонентов, в которых создается давление на краску, вследствие чего краска через сопло распыляется на окрашиваемую поверхность, в отличие от пневматического распыления, где краска распыляется под давлением воздуха, нагнетаемого в бачок с краской.
Современные широко распространенные аппараты безвоздушного распыления (БВР) предварительно смешанных компонентов известных мировых производителей «Graco» [Graco Ultra Max 1095 /pokraska.metall-beton.ru/], «Wagner» [WAGNER Project Pro 119 /www.220-volt.ru/] малогабаритны (от 5 до 15 кг массой), способны развивать давление на краску от 100 до 270 бар, могут распылять лакокрасочные материалы в широком диапазоне вязкости (от низковязких до тиксотропных), их производительность в несколько раз превышает производительность других методов нанесения лакокрасочных материалов. Однако они при использовании известных противокоррозионных эпоксидных композиций позволяют за один слой формировать противокоррозионного эпоксидное покрытие металлических изделий толщиной только от 40 до 300 мкм.
4
5-1
Известен ряд эпоксидных композиций [Эмаль Эмакор 4258 «Эмлак» /www.emlak.ru/; Эмаль ИЗОЛЭП mastic ТУ 2312-065-12288779-2007; Эмаль Нефтькор ТУ 2312-006-23394220], применяемых для защиты от коррозии стальных конструкций, эксплуатирующихся в атмосферных условия категорий C, С, представляющих собой двухкомпонентные системы, состоящие из суспензии пигментов и наполнителей в растворе эпоксидных смол и отвердителей аминного типа и обладающие высокими защитными свойствами со сроком службы от 10 до 15 лет (категория С).
Сравнительно высокий сухой остаток (80-85% от массы) и наличие в подобных композициях обычно используемых тиксотропных добавок (аэросил, бентонит) в этих композициях позволяет при использовании стандартных аппаратов безвоздушного распыления (БВР) получать за один слой покрытия толщиной только до 200-300 мкм.
Увеличение толщины слоя эмали для достижения сухого слоя более 300 мкм приводит к отеканию эмали с вертикальных поверхностей и образованию значительного разброса толщины (до 2-х раз) покрытия по вертикали.
Таким образом, аэросил способен к образованию тиксотропных структур в эпоксидных материалах в ограниченном диапазоне толщин, не превышающих 300 мкм сухого слоя.
5-м
1
Недостатками известных эпоксидных композиций, используемых для получения однослойных противокоррозионных эпоксидных покрытий толщиной до 500 мкм, является высокая затратность подготовки поверхности (абразиво-струйная очистка до степени Sa2,5 по стандарту ISO8501:1998), а также невозможность их применения в особо жестких условиях эксплуатации (C и Im), где требуемая толщина однослойного эпоксидного покрытия составляет не менее 500 мкм [18012944-5: табл. А5, А6, А8].
Известны эпоксидные композиции не содержащие органических растворителей [Hempadur 84540 /www.hempel.ru/; Temalin BL /www.tekkurila.spb.ru/], отверждаемые аминным аддуктом (смесью аминных отвердителей сложного состава) и предназначенные для получения однослойных противокоррозионных эпоксидных покрытий толщиной 500 мкм, используемых для защиты от коррозии металлических конструкций, в том числе для окрашивания стальных труб вентильной арматуры, резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, очистных сооружения сточных вод и т.п., эксплуатирующихся в сильноагрессивной окружающей среде.
Недостатками данных эпоксидных композиций являются высокая трудоемкость подготовки поверхности под окрашивание (до степени Sa2,5 - Sa3 по стандарту ISO8501-1), а также возможность нанесение композиции только установками безвоздушного распыления с раздельной подачей основы и отвердителя. Для повышения текучести эти компоненты предварительно отдельно нагреваются до 60°C, и затем подаются по раздельным шлангам в распылительное сопло. При достижении металлической поверхности горячая смесь, остывая, быстро теряет текучесть, не стекает с вертикальных поверхностей, толщина сухого слоя достигает 500 мкм.
Недостатками установок безвоздушного распыления с раздельной подачей подогретых основы и отвердителя для нанесения подобных эпоксидных композиций являются
- большая масса (до 600 кг), нетранспортабельность и возможность использования только в стационарных условиях,
- сложность в эксплуатации, обусловленная тем, что раздельно подаваемые в распылительное сопло компоненты (основа и отвердитель) для повышения их текучести в шлангах подачи подогреваются до 60°C, что достигается сложной системой нагрева, размещенной в установке,
- вследствие нагрева основы и отвердителя до 60°C их реакционность резко возрастает и время жизнеспособности после их смешения не превышает 6-10 сек. В случае задержки смеси в сопле дольше указанного времени смесь застывает, образуя плотную неудаляемую массу, что приводит к порче дорогостоящих сопел и к потери времени на их замену,
- высокая стоимость по сравнению с аппаратами безвоздушного распыления предварительно смешанных компонентов,
Известна композиция для защиты прокорродировавших металлических поверхностей [Заявка 2002131703/04.26.11.2002], которая может быть использована в различных отраслях промышленности в качестве грунтовки под покрытия различного типа. Композиция содержит мас %: поливинилхлоридная хлорированная смола 6,0-9,0; глифталевая смола 2,5-7,0; эпоксидная смола ЭД-40 0,8-2,0; хлорпарафин 1,5-4,0; преобразователь ржавчины - производное танина, пигменты 5,0-12,0; наполнители 7,0-11,0, органические растворители - остальное. За счет преобразователя ржавчины - производного танина повышается эффективность преобразования ржавчины и возрастает адгезия к ржавой поверхности, что приводит к повышению защитных свойств покрытия и значительному снижению трудоемкости подготовки поверхности под окрашивание.
Недостатком данной композиции является низкая вязкость, вследствие чего толщина покрытия на вертикальной поверхности металла обеспечивает проникновение ее в структуру ржавчины на глубину не более 30-40 мкм (адекватно толщине слоя покрытия), а в случае превышения этой толщины на поверхности загрунтованного металла возникает подпленочная коррозия, что приводит к разрушению металла и отслаиванию покрытия.
Известна эмаль для атмосферостойких коррозионно-стойких радиационно стойких и дезактивируемых покрытий, включающая полуфабрикат эмали, содержащий раствор эпоксидной смолы основы в органическом растворителе и отвердитель аминного типа [RU 2307143, C09D 163/00, C08L 63/00, C08G 59/14, C08G 61/00, C08K 3/34, C09D 5/08, 2007].
Эмаль по RU 2307143 представляет собой комплект, включающий 100 мас.ч. полуфабриката эмали и 2,1-28,6 мас.ч. отвердителя аминного типа. Полуфабрикат эмали содержит следующее соотношение ингредиентов в мас. %: 17-30 пигментов, 7-15 смеси микроталька, каолина и микрослюды в качестве наполнителя, аэросил в качесве тиксотропной бобавки, 5,22-6,93 органического растворителя (ацетон и толуол, а также ксилол и этилцеллюлоза). В качестве отвердителя эмаль содержит отвердитель аминного типа, остальное - 50-60 мас. %-ный раствор эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе. Степень поликонденсации в органическом растворителе смолы-основы составляет n=0-2.
Эпоксидную смолу-основу для эмали по RU 2307143 получают эпоксидированием ароматически сопряженного гидроксифенилена, имеющего степень поликонденсации n=0-2, полученного из двухатомного фенола или алкилрезорцина. Эпоксидирование гидроксифенилена проводят в расплаве при температуре 120-165°C в присутствии 0,15-0,35 мас. % 2,4,6-трисдиметиламинометилфенола до содержания эпоксидных групп 10,1-11,0 мас. %.
Дополнительно полуфабрикат эмали по RU 2307143 содержит пигменты, например красный железоокисный, двуокись титана, крон свинцовый молибдатный, свинцовый лимонный, крон свинцовый желтый, углерод, фталоцианиновый голубой, окись хрома пигментная; наполнитель - смесь микроталька, каолина и микрослюды, а также аэросил.
Срок годности эмали по RU 2307143 после смешения компонентов при температуре (20±2)°C, ч, не мене 6 часов, время высыхания до степени 3 24 часа, полный набор прочности при температуре (20±2)°C с отвердителем №1 72 часа,
Известна эмаль для нанесения защитных покрытий как внутренних, так и наружных поверхностей оборудования, которая для сокращения времени нанесения и высыхания эмали и повышения температуры эксплуатации покрытия содержит (масс.ч.): полуфабрикат эмали из эпоксидной смолы-основы - 100, ускоритель - 0,1-3,0 и отвердитель - 50-90. Полуфабрикат эмали содержит пленкообразующую диановую смолу-основу, включающую 48-72% диановой эпоксидной смолы, 10-25% модификатора, 10-30% катализатора, полученного эпоксидированием олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина со степенью поликонденсации n=0-2 при температуре 180-250°С, пигменты, наполнители и реологический агент (бентонит кальциевый и/или натриевый). Соотношение компонентов в полуфабрикате эмали, масс. %: пленкообразующая диановая эпоксидная смола-основа - 88-92; пигменты, наполнители, реологический агент - 8-12 [RU 2472829 C09D 163/00, C08G 59/14, C09D 5/00, C08K 3/10, Опубл. 20.01.2013].
Известна эпоксидная смола Э-40 по ТУ 2225-154-05011907-97, представляющая собой растворимый плавкий полимерный продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном в щелочной среде, которая может быть переведена в неплавкое и нерастворимое состояние действием отверждающих агентов различного типа (алифатические и ароматические ди- и полиамины, низкомолекулярные полиамиды, ди- и поликарбоновые кислоты и их ангидриды и др.) и которая представляет собой вязкую прозрачную жидкость с массовой долей эпоксидных групп, % - 13-15 и массовая доля нелетучих веществ - не менее 94%. [http://www.tdrastro.ru/pages/223/223].
Эпоксидная смола Э-40 обычно используется для изготовления эмалей, лаков, шпатлевок, а также в качестве полупродукта для производства других эпоксидных смол, заливочных композиций клеев, используемых в различных отраслях промышленности - в строительстве, электротехнической и радиоэлектронной промышленностях, авиа-, судо- и машиностроении.
Эпоксидная смола Э-40 термопластична, но под воздействие отвердителей становится неплавким полимером. Эти полимеры применяются в промышленности в виде субстанции для склейки. Они обладают большой механической прочностью, имеет электроизолирующие свойство, высокую химическую стойкость против кислот, и растворителей. С помощью отвердителей ускоряется реакция соединения пасты с материалом.
Эпоксидная смола Э-40 может отвердевать без нагрева и для этого хватит 24 часа. Ускорить процесс можно при нагреве любыми способами.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является эмаль для нанесения антикоррозионного пожаробезопасного биостойкого покрытия, представляющая собой комплект, содержащий полуфабрикат из эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе, диспергированных в ней минеральных добавок и органического растворителя, отвердитель аминного типа [RU 2401854 C09D 163/00, C09D 163/02, C09D 5/08, C09D 5/18, C08K 3/34, C08K 3/34, 2010].
Эмаль по RU 2401854 содержит раствор эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе ацетон: ксилол: этилцеллюлоза, полученной взаимодействием расплава диановой эпоксидной смолы с тетрабромидианом, взятыми в соотношении 3:1, в течение 2-4 часов при температуре 130-150°C до содержания эпоксидных групп в расплаве 8-11 мас. % в присутствии катализатора, с последующим растворением ее в смеси растворителей в присутствии катализатора - ароматически сопряженного гидроксифенилена со степенью конденсации n=0-2.
В качестве минеральных добавок полуфабрикат эмали по RU 2401854 содержит пигмент, наполнитель и реологический агент при следующем соотношении компонентов, мас. %: пигменты - 18,27-25,29, наполнители - 8,52-13,5, реологический агент 1,7-2,7, органический растворитель 5,22-13,50, раствор смолы-основы - остальное. Соотношение ингредиентов в комплекте эмали составляет, масс.ч.: полуфабрикат эмали 100, отвердитель аминного типа 2,0-35,0.
В качестве эпоксидной смолы эмаль по RU 2401854 содержит пленкообразующую диановую смолу-основу, включающую 48-72% диановой эпоксидной смолы, 10-25% модификатора, 10-30% катализатора, полученного эпоксидированием олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина со степенью поликонденсации n=0-2 при температуре 180-250°C, а
В качестве пигментов эмаль может по RU 2401854 содержать (и/или): красный железоокисный, двуокись титана, крон свинцовый оранжевый, свинцовый лимонный, крон свинцовый желтый, технический углерод, фталоцианиновый голубой, окись хрома пигментную, стронций хромовокислый, черный железоокисный, хромикс,
в качестве наполнителей может содержать микротальк, каолин, оксид сурьмы, борат бария, микрослюду, а
в качестве реологического агента может содержать прокаленный кремнезем (аэросил), бентонит.
Получение эмали по RU 2401854 начинают с приготовления пленкообразующей смолы-основы.
В вакуумный реактор загружают расчетное количество эпоксидной диановой смолы, модификатора лапроксида и катализатора - продукта эноксидирования олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина, закрывают и включают перемешивающее устройство. Смешение компонентов проводят при температуре 60°C в течение 30-180 минут. Затем содержимое реактора остужают естественным образом. Проводят отбор пробы для определения следующих параметров: вязкости, массовой доли нелетучих веществ, содержания эпоксидных групп, их значения заносят в паспорт на данную партию смолы.
Для получения полуфабриката эмали по RU 2401854 в чистую шаровую мельницу загружают расчетное количество пленкообразующей смолы-основы, затем пигменты и смесь наполнителей - талька, слюды, а реологический агент бентонит кальциевый или натриевый загружают в последнюю очередь. Количественное соотношение входящих в состав эмали пигментов, наполнителей, реологического агента в заявляемых пределах может быть различным и не оказывает влияния на технический результат, что отражено в приведенных ниже примерах составов эмали и таблице свойств эмали. Крышку шаровой мельницы закрывают и включают вращающее устройство для проведения процесса перетира компонентов. Процесс перетира ведут до достижения степени измельчения не более 40 мкм в течение 10-24 часов, в зависимости от дисперсности наполнителей и пигментов. После этого переливают содержимое шаровой мельницы в смеситель. Перемешивание содержимого в смесителе продолжают до получения полуфабриката эмали. Затем отбирают пробу на определение вязкости и массовой доли нелетучих веществ и их значения заносят в паспорт на данную партию полуфабриката эмали. Полуфабрикат эмали отфильтровывают и сливают в металлические емкости по 20-200 кг.
Перед применением полуфабрикат эмали по RU 2401854 тщательно перемешивают, добавляют расчетное количество отвердителя полиамидного типа или изометилтетрафталиевый ангидрид и ускорителя 2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол, смешивают, выстаивают до исчезновения пузырьков. Затем послойно наносят до необходимой толщины 80-1200 мкм на поверхности изделий из черного металла - емкостей, труб, оборудования, используемого для хранения и транспортировки воды, нефти, газа и т.п. любым известным методом, например с помощью кисти, валика, аппаратов воздушного, безвоздушного распыления, окунания с последующим отверждением покрытия при повышенной температуре. После чего изделие с покрытием подвергают термической обработке. Диапазон температуры для отверждения покрытия от 60°C до 230°C, время отверждения покрытия от 2 минут до 24 часов в зависимости от следующих параметров: источник нагрева, температура, толщина покрытия.
Недостатком эпоксидных эмалей по RU 2401854 и RU 2307143, включающие органические растворители, являются низкие показатели вязкости, потеки, требующие нанесения 3-7 слоев для набора толщины покрытия 120-300 мкм и т длительность сушки с подогревом в период отверждения от 24 часов до 20 суток, что требует от производителя значительных отапливаемых складских помещений для выдержки изделий с покрытием до полного отверждения и набора прочности покрытия до ввода в эксплуатацию.
Эпоксидных грунт-эмалей в объеме проведенного поиска не выявлено.
Цель изобретения и технический результат.
Технической задачей является повышение технологических и эксплуатационных свойств эпоксидной грунт-эмали для формирования однослойного защитного покрытия с толщиной до 500 мкм с возможностью нанесения на вертикальные поверхности посредством распространенных, малогабаритных, технологичных и несложных в эксплуатации аппаратов безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной грунт-эмали без их подогрева и без подогрева полученного защитного покрытия.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в
- повышении времени жизнестойкости смеси основы эпоксидной грунт-эмали и растворителя,
- снижении времени высыхания эпоксидной грунт-эмали до твердого состояний,
- повышении тиксотропности эпоксидной грунт-эмали, то есть обеспечении низкой вязкости в моменты нанесения грунт-эмали на окрашиваемую поверхность и высокой вязкости в состоянии покоя и сразу после нанесения эпоксидной грунт-эмали на окрашиваемую поверхность, позволяющей формировать равномерные по толщине защитные покрытия с толщиной до 500 мкм при нанесении на вертикальные поверхности посредством распространенных, малогабаритных, технологичных и несложных в эксплуатации аппаратов безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной грунт-эмали без их подогрева.
- получении однослойных равнотолщинных противокоррозионных эпоксидных покрытий толщиной до 500 мкм, в том числе на вертикальных поверхностях с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм, применяемых в качестве самостоятельного покрытия с высокими защитными свойствами по отношению к воздействию пресной и морской воды, нефти и нефтепродуктов, в том числе с высокой степенью обводнения, растворов солей, разбавленных кислот и щелочей,
- получении эпоксидных покрытий с толщиной 100-250 мкм в качестве грунтовочного покрытия, обладающего повышенной адгезионной прочностью к очищенному и прокорродированному металлу с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм и хорошей сочетаемостью с покрытиями на основе акриловых, виниловых, винилово-эпоксидных, эпоксидных и полиуретановых эмалей.
Раскрытие изобретения.
Характерными общими и частными отличительными признаками предлагаемой эпоксидной грунт-эмали для защитного противокоррозионного эпоксидного однослойного покрытия с толщиной слоя до 500 мкм на металлических, в том числе вертикальных
использование в композиции эпоксидной грунт-эмали эпоксидной смолы, органомодифицированного сепиолита и аминного или феноламинного отвердителя;
использование в композиции эпоксидной смолы Э-40, органомодифицированного сепиолита в виде Pangel В 20 и аминного или феноламинного отвердителя алифатического полиэтиленполиамина или фенолалифатического отвердителя в виде АФ-2;
использование в композиции в качестве органического растворителя смеси органических растворителей, например, смеси толула, бутанола и бутил ацетата или смесь ксилола, изопропилового спирта и этилацетата в преимущественном массовом соотношении;
возможное дополнение композиции эпоксидной грунт-эмали наполнителем, например, микротальком МТ96 или МТ1080, высокопластинчатым тальком карбонатного типа или слюдой мусковит фракционарованной;
2
3
4
2
3
2
3
2
3
4
2
4
2
возможное дополнение композиции эпоксидной грунт-эмали пигментом, например, диоксидом титана Р202 или Р203 или Р, оксидом хрома CrO, фосфатом хрома CrPO⋅nHO, титанатом хрома CrTiO (Т,Х), хромитом кобальта СоО⋅CrO (Т,Х), оксидами смешанными CoO⋅ZnO⋅CrO, кроном свинцовым молибдатным, свинцовым лимонным или стронциевым кроном SrCrO, цианамидом свинца PbCN, цинковым кроном грунтовочным ZnCrO⋅4Ζn(ΟΗ), кроном свинцовым желтым, углеродом, красным железоокисным пигментом или фталоцианиновым голубым;
возможное дополнение композиции эпоксидной грунт-эмали ингибитором коррозии, например, ингибитором коррозии на основе органических кислот типа НМ1;
возможное дополнение композиции эпоксидной грунт-эмали пластификатором, например, хлорпарафином марки ХП-47 иным, аналогичным по свойствам пластификатором.
Техническая задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что грунт-эмаль для защитного противокоррозионного эпоксидного покрытия, содержащая раствор эпоксидной смолы с добавками в смеси органических растворителей и отвердитель, согласно изобретения содержит раствор эпоксидной смолы с тиксотропной добавкой в виде органомодифицированного сепиолита в смеси органических растворителей и аминный или феноламинный отвердитель.
В преимущественном варианте реализации грунт-эмаль содержит эпоксидную смолу типа, смесь органических растворителей, органомодифицированный селиолит, наполнитель, пигменты, пластификатор, ингибитор коррозии и аминный или феноламинный отвердитель, при следующем преимущественном соотношении, масс.ч:
эпоксидная смола
100-110
органомодифицированный селиолит
1-2
смесь органических растворителей
110-115
пластификатор
22-25
наполнитель
150-160
пигменты
27-35
ингибитор коррозии
2-4
аминный или феноламинный отвердитель
8-12
В частных вариантах реализации грунт-эмаль
в качестве эпоксидной смолы содержит эпоксидную смолу типа Э-40 или Эпикор;
в качестве органомодифицированного сепиолита содержит Pangel В 20;
в качестве аминного или феноламинного отвердителя содержит полиэтиленполиамин или отвердитель АФ-2;
в качестве смеси органических растворителей содержит смесь толула, бутанола и бутилацетата или смесь ксилола, изопропилового спирта и этилацетата в преимущественном массовом соотношении 63:19:18;
содержит наполнитель, например, микротальк типа МТ96 или МТ1080, высокопластинчатый тальк карбонатного типа или слюду мусковит фракционарованную;
2
3
4
2
3
2
3
2
3
4
2
4
2
содержит пигмент, например, диоксид титана Р202, Р203 или Р206, оксид хрома CrO, фосфат хрома CrPO⋅nHO, титанат хрома CrTiO (Т,Х), хромит кобальта СоО⋅CrO (Τ,Χ), оксиды смешанные СоО⋅ZnO⋅CrO, крон свинцовый молибдатный, свинцовый лимонный или стронциевый крон SrCrO, цианамид свинца PbCN, цинковый крон грунтовочный ZnCrO⋅4Zn(OH), крон свинцовый желтый, углерод, красный железоокисный пигмент или фталоцианиновый голубой;
содержит ингибитор коррозии, преимущественно ингибитор коррозии на основе органических кислот, например, ингибитор коррозии типа НМ1;
содержит пластификатор, например типа хлорпарафин марки ХП-470;
Техническая задача решается и требуемый технический результат достигается также тем, что при формировании на изделиях и конструкциях защитного противокоррозионного эпоксидного покрытия, включающем нанесение на защищаемую поверхность композиции, содержащей раствор эпоксидной смолы с добавками в смеси органических растворителей и отвердитель, согласно изобретения используют грунт-эмаль, содержащую раствор эпоксидной смолы с тиксотропной добавкой в виде органомодифицированного сепиолита в смеси органических растворителей и аминный или феноламинный отвердитель описанного выше состава.
При этом грунт-эмаль наносят на защищаемую поверхность посредством аппаратов безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной композиции без их подогрева, кистью или валиком.
Техническая задача решается и требуемый технический результат достигается также тем, что в изделии с защитным противокоррозионным эпоксидным покрытием, согласно изобретения защитное противокоррозионное эпоксидное покрытие получено из грунт-эмали, содержащей раствор эпоксидной смолы с тиксотропной добавкой в виде органомодифицированного сепиолита в смеси органических растворителей и аминный или феноламинный отвердитель описанного выше состава.
При этом изделие с защитным противокоррозионным эпоксидным покрытием может быть изготовлено в виде металлического, бетонного или железобетонного изделий или металлической, бетонной или железобетонной конструкции, в виде емкости хранения нефти и нефтепродуктов различной степени агрессивности, технической воды, водных растворов солей, топливной или топливно-балластных цистерны, днища судна, трубы для транспортировки нефти, нефтепродуктов, сжиженного газа, изделия и конструкции, эксплуатируемых в морской и пресной воде и в условиях промышленной атмосферы, или подвергаемых воздействию паров агрессивных газов, обливу щелочами, кислотами, нефтью и нефтепродуктами,
Осуществление изобретения
Предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из основы, состоящей из раствора эпоксидной смолы с тиксотропной добавкой в виде органомодифицированного сепиолита в смеси органических растворителей с возможными различными добавками в виде пигментов, наполнителей, пластификаторов и ингибиторов коррозии, и отвердителя аминного или феноламинный типа.
Предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали производится и поставляется в комплекте: основа грунт-эмали и отвердитель аминного или феноламинного типа, которые перед формированием защитного покрытия смешивают и в смеси наносят на защищаемую поверхность преимущественно распространенными и технологичными аппаратами безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер, с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной композиции без их подогрева, с возможностью получения толстослойного покрытие на основе предлагаемой грунт-эмали с толщиной одного слоя в сухом состоянии до 500 мкм, устойчиво к воздействию морской и пресной воды, нефти, нефтепродуктов, агрессивных газов, кратковременному воздействию щелочей и кислот.
Защитное покрытие из предлагаемой грунт-эмали обладает высокой механической прочностью, стойкостью к истиранию, а также к перепадам температуры от минус 60°C до плюс 80°C.
При нанесении на металлическую или железобетонную поверхность с остатками ржавчины толщиной до 80 мкм грунт-эмаль образует покрытие, обладающее высокими защитными свойствами, и препятствует распространению ржавчины по поверхности и вглубь металла.
При нанесении на изделия и конструкции, эксплуатируемых в морской воде, покрытие может перекрываться противообрастающими эмалями любого типа.
Характерной особенностью предлагаемой грунт-эмаль является то, что она может применяться как самостоятельное покрытие, так и в качестве грунтовочного покрытия.
Самостоятельное однослойное покрытие, толщиной в сухом сотоянии до 500 мкм, обеспечивает защиту от коррозии при эксплуатации в морской воде (ОМ по ГОСТ 1550) не менее 10 лет. Данное покрытие может перекрываться эмалями на полиуретановой, виниловой, винилово-эпоксидной, акриловой и иных основах.
Грунт-эмаль может производиться красно-коричневого, черного, зеленого и серого ли иных цветов.
Предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали для образования противокоррозионного однослойного покрытия толщиной в сухом сстоянии от 100 до 500 мкм для защиты очищенных или прокорродировавших бетонных, железобетонных и металлических изделий и конструкций с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм в обязательном варианте содержит эпоксидную смолу с органомодифицированным сепиолитом в смеси органических растворителей и аминный или феноламинный отвердитель.
В преимущественном, но не обязательном варианте предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали содержит эпоксидную смолу с добавкой органомодифицированного селиолита в смеси органических растворителей с добавками наполнителя, пигментов, пластификатора и ингибитор коррозии, и аминный или феноламинный отвердитель при следующем преимущественном соотношении, масс.ч:
эпоксидная смола
100-110
органомодифицированный селиолит
1-2
смесь органических растворителей
110-115
пластификатор
22-25
наполнитель
150-160
пигменты
27-35
ингибитор коррозии
2-4
аминный или феноламинный отвердитель
8-12
Приведенные количественные показатели компонентов эпоксидной композиции грунт-эмали являются преимущественными, но не обязательными и на практике могут колебаться в пределах указанных значений, а в качестве отдельных компонентов могут использоваться и другие аналогичные по свойствам эквивалентные вещества и компоненты, обладающие аналогичными свойствами, выполняющие аналогичные функции, позволяющие получить требуемый технический результат.
Тиксотропные свойства предлагаемой эпоксидной композиции низкой вязкостью в моменты нанесения эпоксидной композиции на окрашиваемую поверхность и высокой вязкостью после нанесения эпоксидной композиции на окрашиваемую поверхность обеспечивают возможность нанесения эпоксидной композиции на окрашиваемую поверхность посредством распространенных, малогабаритных, технологичных и несложных в эксплуатации аппаратов безвоздушного распыления (БВР) в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер с предварительным смешением основы и отвердителя эпоксидной композиции без их подогрева с получением однослойных противокоррозионных эпоксидных покрытий толщиной до 500 мкм, в том числе на вертикальных металлических конструкциях с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм, применяемых в качестве самостоятельного покрытия с высокими защитными свойствами по отношению к воздействию пресной и морской воды, нефти, в том числе с высокой степенью обводнения, нефтепродуктов, растворов солей, разбавленных кислот и щелочей, а также с получения эпоксидных покрытий с толщиной 100-250 мкм в качестве грунтовочного покрытия, обладающего повышенной адгезионной прочностью к очищенному и прокорродированному металлу с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм и хорошей сочетаемостью с покрытиями на основе акриловых, виниловых, винилово-эпоксидных, эпоксидных и полиуретановых эмалей.
В исходном состоянии основа композиции эпоксидной грунт-эмали представляет собой суспензию одной или нескольких добавок в растворе эпоксидной смолы в смеси органических растворителей с условной вязкостью, не превышающей 90 сек по вискозиметру В3-246.
Тиксотропная добавка - органомодифицированный сепиолит Pangel В 20, входящий в состав основы, придает ей седиментационную устойчивость, предотвращая появление осадка, а также в совокупности с линейным короткоцепным аминным или феноламинным отвердителем придает эпоксидной композиции уникальные реологические свойства, а именно к потере текучести в состоянии покоя и седиментационной устойчивости с предотвращением появления осадка и сохранением формы в результате структурирования композиции и резким увеличением текучести при механических воздействиях в моменты перемешивания нанесения на окрашиваемую поверхность формирования слоя защитного покрытия с быстрым восстановлением структурирования в нанесенном слое покрытия с сохранением формы защитного слоя в мокром состоянии при толщине от 200 до 700 мкм.
Это можно объяснить межмолекулярными взаимодействиям активных групп Pangel В 20 и аминного или феноламинного отвердителя, которые приводит к образованию трехмерного каркаса, придающего композиции некоторые свойства твердых тел - значительную потерю текучести и способность сохранять определенную форму в состоянии покоя, но появлении у композиции свойств жидкости при приложении механических усилий.
Экспериментально установлено, что такой ярко выраженный эффект структурирования/расжижения предлагаемой композиции эпоксидной грунт-эмали проявляется только при взаимодействии тиксотропной добавки в виде органомодифицированного сепиолита и линейного короткоцепного аминного или феноламинного отвердителя.
Замена в композиции тиксотропной добавки органомодифицированного сепиолита (пангеля) В20 на наиболее часто применяемых в эпоксидных красках бентонитом или аэросилом при использовании этого же аминного или феноламинного отвердителя, например полиэтилен-полиамина или АФ-2, не приводит к подобному структурирования/расжижения. Как следствие при нанесении таких композиций на вертикальные поверхности наблюдается стекание мокрого слоя, что приводит к образованию потеков и неравномерного покрытия при толщине защитного слоя, превышающего 300 мкм.
К аналогичным неудовлетворительным результатам приводит также замена линейных отвердителей полиэтилен-полиамина или АФ-2 на разветвленные отвердители типа ДТБ-2 (ТУ2494-632-11131395-2007) или импортные его аналоги, анкамины.
При механическом воздействии на структурированную систему эпоксидной композиции предлагаемой грунт-эмали, например при перемешивании, наблюдается резкое разрушение пространственного каркаса, при этом композиция быстро азжижается, становится текучей, приобретая свойства жидкости.
Разрушение структуры и расжижение предлагаемой эпоксидной композиции грунт-эмали наблюдается также при нанесении структурированной композиции аппаратами безвоздушного распыления за счет сдвига микрослоев композиции при воздействии на нее высокого давления, а также в результате трения аэрозольных частиц композиции грунт-эмали при их вылете из сопла аппарата.
При достижении окрашиваемой поверхности аэрозольные частицы предлагаемой грунт-эмали в состоянии покоя сразу образуют нетекучую структуру, обеспечивающую образование нестекающего мокрого слоя толщиной от 150 до 700 мкм с последующим образованием сухого слоя толщиной от 100 до 500 мкм.
Для снижения трудоемкости подготовки поверхности металлических изделий под окрашивание в состав предлагаемой грунт-эмали могут быть введены ингибиторы коррозии на основе органических кислот, преимущественно типа НМ-1 - высокомолекулярного аддукта жирных кислот.
Ингибитор коррозии НМ-1 обычно применяется в качестве антикоррозионного средства от атмосферно и микробиологической коррозии для изделий и конструкций из черных и цветных металлов на период их межоперационного хранения, консервации и транспортировки в различных климатических условиях (континентальных, морских, тропических, арктических).
Защите с применением ингибитора атмосферной коррозии НМ-1 также подлежат цинк, никель, хром, чугун, сталь, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы.
За счет введения в состав композиции грунт-эмали ингибитора коррозии НМ-1 на основе органических кислот с числом углеродных атомов порядка 10-18, способных образовывать на поверхности полимолекулярные адсорбционные слои, тормозится диффузионный процесс подвода кислорода к металлу. Это обеспечивает сохранность металла под слоем покрытия и позволяет наносить композицию как на чистый металл, так и на металлы с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм.
Предлагаемую эпоксидную композицию грунт-эмали по изобретению исследовали в промышленных условиях при получении защитного покрытия с толщиной одного слоя в сухом состоянии до 500 мкм с высокими защитными свойствами в различных агрессивных средах.
Пример I. На вагоноремонтном заводе была произведена опытная окрашивание внутренней поверхности вагона-минераловоза композицией грунт-эмали зеленого цвета. В соответствии с установленными требованиями к толщине покрытия толщина одного слоя - 200 мкм. Нанесение производилось аппаратами безвоздушного распыления. Вагон-минераловоз пробыл в эксплуатации 11 месяцев, перевозимый груз - аммиачная селитра, суперфосфат, карбамид, хлористый калий. Покрытие в течение срока эксплуатации (11 месяцев) сохранило защитные свойства, дефектов покрытия не наблюдалось, отмечено незначительное изменение цвета в виде посветления.
Пример 2. На испытательном стенде предприятия осуществляющего перевозки минеральных удобрений с целью определения возможности применения композиции для защиты внутренней поверхности подвижного состава были проведены ускоренные испытания композиции в насыщенных растворах следующих удобрений: карбамид, аммиачная селитра, нитроаммофоска, хлористый калий (сырье для производства удобрений). Композиция наносилась на металлические образцы, размером 200×150×2 мм. Толщина покрытия 170-200 мкм. Образцы устанавливались в стаканы с исследуемым раствором на % погруженными в раствор, стакан перекрывался полиэтиленовой пленкой для исключения испарения раствора. Через 5 месяцев испытаний покрытие полностью сохранило защитные свойства, внешний вид покрытия сохранился на уровне контрольного образца без видимых изменений и дефектов.
Пример 3. Лабораторные испытания образцов на стойкость к различным средам производились на металлических образцах размером 200×150×2 мкм. Толщина покрытия 120 мкм. Образцы испытывались в следующих средах:
- дистиллированная вода - в течение 1 месяца, покрытие без изменений;
- 3% раствор NaCl в воде при 20°С - в течение 2 месяцев, покрытие без изменений;
--5% раствор NaOH в воде при 20°С - в течение 2 месяцев, покрытие без изменений;
- 10% раствор NaOH в воде при 20°С - в течение 2 месяцев, покрытие без изменений;
- бензин - в течение 2 месяцев, покрытие без изменений;
- минеральное масло - в течение 2 месяцев, покрытие без изменений;
Пример 4. В сертификационном центре морских испытаний были проведены исследования ингибирующей способности композиции. Композиция наносилась на стальные образцы из стали Г-2 размером 200×150×2 мм. Толщина покрытия 300 мкм. На покрытии делался крестообразный надрез до металла с длиной стороны надреза 20 мм. Образцы опускались в 3% водный раствор NaCl. Через 200 часов испытаний проверялась ширина распространения коррозии (возникновение ржавчины) от линии надреза. Результаты испытаний показали, что за указанное время ржавчина появилась только на линии надреза, а окружающая надрез поверхность металла сохранилась без признаков коррозии. Это подтверждает высокие ингибирующие свойства композиции.
Пример 5. На стальных листах размером 1000×800×2 мм определялась технология нанесения композиции аппаратом безвоздушного распыления, а также максимальная толщина нестекающего мокрого слоя и сухого слоя покрытия. Перед употреблением основа композиции тщательно перемешивалась в таре механической мешалкой, затем в основу добавлялся отвердитель в требуемом количестве и смесь перемешивалась в течение 5-10 минут. Готовая смесь сохраняет жизнеспособность в течение 8 часов при температуре 20°C. Из тары смесь поступала через шланг в аппарат безвоздушного распыления с рабочим давлением 230 атм. Пистолетом наносилась на пластину, расстояние от сопла пистолета до окрашиваемой поверхности составляло 300-350 мм. Композиция наносилась без признаков отекания с поверхности толщиной мокрого слоя 800-900 мкм. Толщина мокрого слоя измерялась «гребенкой». Время сушки нанесенной композиции составляло 24 часа при температуре 20°C. Толщина сухого слоя, измеренная элкометром составляла 490-530 мкм. Поверхность покрытия полуглянцевая, гладкая, отсутствовала шагрень, кратеры, оспины и другие видимые дефекты.
Композиция предлагаемой грунт-эмали в преимущественном варианте изготавливается по следующей технологии:
В дисольвер, оснащенный скоростной мешалкой, загружают рецептурное количество растворителя, смолы Э-40, пластификатора (хлорпарафина), после размешивания в течение 3-х минут загружают пигменты, наполнители, загуститель (ограномодифицированный сепиолит). Перемешивание производятв течение 30-40 минут до получения однородной дисперсии. Дисперсию (замес) насосом-дозатором подают в бисерную мельницу.
Диспергирование основы композиции грунт-эмали производят в течение 15-40 мин до достижения степени перетира 50 мкм по прибору «клин».
Перед сливом основы композиции грунт-эмали в тару проверяют соответствие композиции грунт-эмали основным показателям - массовой доли нелетучих веществ, степени перетира, вязкости.
Основные характеристики предлагаемой эпоксидной композиции грунт-эмали приведены в таблице 1.
При подготовке защищаемой поверхности перед нанесением грунт-эмали ее обезжиривают до первой степени по ГОСТ 9.402, очищают от пыли, окалины, ржавчины и следов старой краски абразивоструйным методом или механизированным и ручным инструментом.
Допускается наличие на поверхности плотно держащихся остатков старых покрытий и ржавчины, толщиной до 80 мкм;
Перед применением основу грунт-эмали выдерживают при температуре от плюс 15°С до плюс 25°С в течение 24 ч (в случае их хранения при пониженных температурах), тщательно перемешивают и смешивают с отвердителем в требуемом соотношении.
При необходимости готовый материал разбавляют до рабочей вязкости растворителями Bi-Solv 1204, Bi-Solv 1201, Bi-Solv 1203 или Bi-Solv 1202 в количестве не более 5% от массы.
Готовую композицию выдерживают перед нанесением 15- 20 мин.
Грунт-эмаль наносят при температуре от минус 10°С до 35°С. Относительная влажность воздуха не более 85%.
Грунт-эмаль наносят методами безвоздушного распыления, кистью или валиком.
В качестве самостоятельного покрытия грунт-эмаль рекомендуется наносить в 1-2 слоя общей толщиной сухой пленки до 500 мкм.
При отрицательных температурах от 0°С до минус 10°С грунт-эмаль рекомендуется наносить в 2-3 слоя, толщина одного слоя сухой пленки не должна превышать 100 мкм.
2
Теоретический расход грунт-эмали на один слой при толщине сухой пленки 100-500 мкм составляет 200-850 г/м.
Жизнеспособность грунт-эмали при температуре (20±2)°С - 8 ч, при температуре не ниже минус 10°С - 10 ч.
Время выдержки системы покрытий до кантования и транспортирования 24 ч при температуре (20±2)°C, 36 ч при температуре не ниже минус 10°C. Выдержка покрытия до начала эксплуатации в агрессивных средах не менее 7 суток при температуре от плюс 15°C до плюс 22°C.
Требования безопасности, охраны окружающей среды, правил приемки, методов испытаний, упаковки, маркировки, хранения и эксплуатации аналогичны обычным требованиям и условиям, предъявляемым к эпоксидным композициям с органическими растворителями.
Во всем остальном при производстве и использовании предлагаемой эпоксидной композиции грунт-эмали используются обычные для лакокрасочной промышленности материалы, технологии и оборудование.
Экспериментальными исследованиями доказана возможность достижения требуемого технического результата, а именно
повышение времени жизнестойкости смеси основы грунт-эмали и растворителя при 20°C до 8 часов,
снижение времени высыхания до твердого состояний при 20°C до 6 часов,
получение противокоррозионной эпоксидной композиции, обладающей высокой тиксотропностью и позволяющей получить однослойное покрытие толщиной до 500 мкм, применяемых:
- с толщиной до 500 мкм в качестве самостоятельного покрытия с высокими защитными свойствами по отношению к воздействию нефти, в том числе с высокой степенью обводнения, нефтепродуктов, растворов солей, разбавленных кислот и щелочей;
- с толщиной 100-250 мкм в качестве грунтовочного покрытия, обладающего повышенной адгизионной прочностью к очищенному и прокорродированному металлу и хорошей сочетаемостью с покрытиями на основе акриловых, виниловых, винилово-эпоксидных и полиамидных эмалей;
обеспечивающих возможность нанесения композиций технологичными малогабаритными аппаратами безвоздушного распыления в диапазоне рабочего давления 150-250 атмосфер с предварительным смешением основы и отвердителя без их подогрева;
обеспечивающих защиту прокорродировавшего металла с толщиной остаточной ржавчины до 80 мкм.
Представленные детальное раскрытие предлагаемого изобретения доказывает уверенное новое и оригинальное решение поставленной задачи, достижение требуемых технических результатов и возможность промышленной реализации изобретения.
Решение единой задачи и достижение единого технического результата доказывает наличие единого изобретательского замысла и возможность объединения группы изобретений в одну заявку, так как предлагаемая грунт-эмаль предназначения для изготовления предлагаемым способом изделий с защитным противокоррозионным эпоксидным покрытием с толщиной защитного слоя до 500 мкм, способ формирования защитного противокоррозионного эпоксидного покрытия.