АНТИКОРРОЗИОННАЯ ОГНЕСТОЙКАЯ КРАСКА
ANTICORROSION FIRE-PROOF PAINT

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности и касается применяемой в качестве покрытия краски, обладающей огнестойкими и антикоррозионными свойствами. Такая краска может быть использована в несрте-, газодобывающей, нефтехимической промышленности, коммунальном хозяйстве и других областях, где требуется защита поверхностей конструкций и деталей из различных материалов (в том числе металла, бетона, дерева) от коррозии, в том числе при использовании их в условиях высоких температур.
Высококачественное покрытие для ряда конструкций и деталей (например, при решении задач обеспечения стойкой защиты труб от внешней коррозии), в том числе строительных, имеет первостепенное значение, поскольку именно оно является главным фактором, определяющим время их эксплуатации.
Покрытия, которые обладали бы высокими огнестойкими (способность ограничивать распространение огня, а также сохранять необходимые эксплуатационные качества при высоких температурах) свойствами и одновременно служили бы хорошей защитой поверхностей от коррозии (разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной)средой), заявителю неизвестны.
Известны огнезащитные покрытия, производимые Торгово-промышленной компанией (ООО) «ИНФРАХИМ», г.Ярославль:
- Огнезащитное покрытие "ДЕВИСПРЕЙ" по ТУ 5767-003-20942052-02, повышающее предел огнестойкости стальных строительных конструкций до 180 мин.
- Огнезащитное покрытие "НЕОСПРЕЙ" по ТУ 5767-011-20942052-05, предназначенное для конструктивной огнезащиты железобетонных, стальных несущих и ограждающих строительных конструкций на всех объектах гражданского и промышленного строительства.
- Огнезащитный состав АПМ-2 по ТУ 2312-017-27696171-05 для огнезащиты металлических конструкций по 2-ой группе огнезащитной эффективности.
- Огнезащитный состав "ОЗС-МВ" по ТУ 5775-008-17297211-02, предназначенный для защиты стальных строительных конструкций и воздуховодов, каналов дымоудаления, систем кондиционирования.
Вышеперечисленные известные покрытия не обладают антикоррозионными свойствами ввиду отсутствия в их составе ингибиторов коррозии.
Известна краска по металлу английской компании Hammerite (Хаммерайт) - долговечное, однокомпонентное коррозионно-стойкое финишное покрытие для наружных и внутренних работ по черным и цветным металлам. Однако, эта краска не содержит компонентов, повышающих ее огнестойкость.
Известна (патент RU №2220990, публикация 10.01.2004) самозатухающая полимерная композиция, включающая эпоксидную смолу в качестве связующего, полые стеклянные микросферы в качестве наполнителя и добавки, в том числе антикоррозионный пигмент виде аммония фосфорнокислого.
Однако данная композиция не обеспечивает необходимых огнестойких свойств в виду отсутствия в ее составе специальных огнезащитных добавок и используется не в качестве покрытия, а для заполнения участков сотовых конструкций в авиационной технике.
Известно (RU №93052300 А, публикация 20.07.1996) вещество для теплоизоляционного покрытия трубопроводов, включающее эпоксидное связующее (смола ЭД-20), отвердитель - полиэтиленполиамин (8-10), стеклянные микросферы диаметром 200-300 микрон (25-35) в качестве наполнителя и пластификатор полиизобутилен (3-5).
Данное покрытие имеет высокую механическую прочность и водонепроницаемость, но не является антикоррозионным и выполняет только теплоизоляционные функции. Огнестойкие свойства покрытия невысоки (до 150°С) по той причине, что эпоксидное связующее имеет недостаточно высокую температуру стеклования.
Известна (SU патент №869561, публикация 30.09.1981) полимерная композиция, используемая, в том числе, в качестве покрытия, включающая в качестве связующего в частном случае исполнения - кремнийорганические смолы, отвердитель, полые микросферы из силиката или органического полимера с диаметром 20-500 мк в качестве наполнителя, а также различные вспомогательные целевые добавки (растворители, которые применяются вследствие набухания и/или размягчения физически отверждаемых систем для реактивации сухих пленок; ускорители реакции для отверждения компонентов; консервирующие средства, придающие гидрофобность; замедлители и/или ускорители схватывающих масс.
Композиция является тиксотропной, обладает повышенной жизнеспособностью, но не предназначена для использования в качестве покрытия, обладающего высокими огнестойкими, теплоизоляционными и антикоррозионными свойствами, т.к. в ее составе отсутствуют антикоррозионные пигменты и огнестойкие добавки.
Известен (RU патент №2194066, опубликован 10.12.2002 г.) защитный антикоррозионный материал, содержащий, мас.%: связующее в виде твердых нефтяных углеводородов (битум или петролатум, или церезин) - 30-40, порошкообразный диоксид кремния - 0,1-1,0, ингибитор коррозии (1-6) с загустителем (канифольное мыло) в частном случае исполнения и органический растворитель (остальное до 100).
Однако данный материал может использоваться в рабочем температурном диапазоне от +5 до +40°С, что совершенно недостаточно для России, где зимние температуры могут достигать -60°С, а летние (в условиях солнечного освещения) превышать +40°С. Кроме того, известный состав имеет низкую стойкость в агрессивных средах: так стойкость покрытия к статическому воздействию 0,5 N раствора хлористого натрия при комнатной температуре составляет 48 часов.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является взятая за прототип известная (RU 2310670, 20.11.2007) тепловлагозащитная краска-покрытие, включающая связующее (20-30) (кремнийорганические смолы, или акриловые (со)полимеры, или полиуретан), наполнитель (10-30) (в виде керамических или стеклянных полых микрошариков с размером 20-150 мкм), органический растворитель (остальное до 100%) и дополнительно диоксид титана (2-5) и и антипиреновую добавку (5-25).
Известная краска-покрытие имеет огневую усадку, недостаточную для защиты конструкции при пожаре термо-огне-химическую стойкость (стойкость к горению и коррозии). Входящая в состав краски антипиреновая добавка, вспучиваясь при пожаре и уменьшая тем самым теплоотдачу, предохраняет конструкцию от разрушения, но не от горения.
В связи с отсутствием в составе краски антикоррозионных компонентов, она не обладает антикоррозионными свойствами.
Задачей заявленного изобретения является создание высококачественных покрытий.
Технический результат, получаемый в результате осуществления настоящего изобретения, заключается в повышении огнестойкости покрытия и расширении его функциональности за счет придания ему антикоррозионных свойств.
Указанный технический результат достигается за счет того, что краска, включающая в качестве связующего кремнийорганическую смолу в количестве 20-30% от массы композиции, органический растворитель, наполнитель и добавки, содержит в качестве растворителя ксилол или сольвент, тальк и каолин с микроволластонитом - в качестве наполнителя и дополнительно ингибитор коррозии в виде фосфата цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов, а также целевые добавки: эмульсию минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов, раствор щелочной жидкости с силанолом и раствор диуретана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кремнииорганическая смола
20-30
ксилол или сольвент
18-25
тальк и каолин с микроволластонитом
20-30
фосфат цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов
12-18
эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов
0,4-0,8
раствор щелочной жидкости с силанолом
0,5-1,0
раствор диуретана
0,5-1,0
Краска-покрытие имеет высокую степень огнестойкости (до 650°С) в первую очередь за счет применения в ее составе в качестве связующего кремнийорганической смолы (например, полиметилфенилксилоксановая, кремнииорганическая смола 134-276, кремнииорганическая смола 139-297 и др.) которая по сравнению с другими смолами имеет высокую температуру стеклования, обладает высокой атмосфере-, влаго- и холодостойкостью в условиях влажного тропического климата и холодного Севера в течение 10-15 лет, а также высокой стойкостью к агрессивным средам, что позволяет применять содержащие ее в составе краски для покрытия промышленного оборудования и сохраняет высокую эластичность в широком диапазоне температур, т.е. не охрупчивается. Заявленный количественный интервал связующего (20-30% от массы композиции) определяется необходимыми консистентностью и вязкостью краски.
Применяемые в качестве органического растворителя ксилол или сольвент помогают довести краску до нужной консистенции.
Увеличение огнестойкости заявляемого покрытия по сравнению с прототипом происходит за счет включения в состав композиции такого компонента, как тальк и каолин с микроволластонитом (каолин модифицированный микроволостонитом), причем соотношение талька и (каолин с микроволостонитом) составляет 1:7, при этом соотношение между каолином и микроволостонитом составляет 1:1. Указанный компонент несет двойную функцию: не только выполняет функцию наполнителя, но и усиливает огнестойкие свойства покрытия. Границы количественного интервала компонента определяются тиксотропностью (вязкостью) краски, при которой краску можно наносить толстыми слоями, не опасаясь подтеков.
Фосфат цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов (например, Армасил, СПМ, Ифхан) является ингибитором коррозии (антикоррозионный пигмент) и придает краске высокую антикоррозионную стойкость: вступая в реакцию с ржавчиной, образует оксидную пленку, которая не позволяет влаге поступать к конструкции и тем самым приостанавливает процесс коррозии.
Ниже указано назначение используемых в композиции целевых добавок:
1) эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов (например, Byk серии 030 и 033 фирмы BYK-Chemie) применяется в качестве пеногасителя;
3) раствор (концентрация компонентов 0,5%-1%) щелочной жидкости с силанолом (например, аппреты (силаны) серии ПЕНТА-60, ПЕНТА-66) используется в качестве стабилизатора вязкости; раствор диуретана в ксилоле используют в качестве отвердителя (например, ДИУР или ДИУР-Экстра).
В частных случаях исполнения заявленная краска может дополнительно содержать в количествах 0,3-0,5% каждый от массы композиции: бетолин для устранения образования на поверхности краски кратеров и/или сиккатив для улучшения образования пленки (пленкообразователь).
Одной из известных марок бетолина является Betolin A11 (производитель: WOELLNER-WERKE) - бесцветная смешивающаяся с водой щелочная жидкость, содержащая силанолы и сложные стабилизаторы. Основные свойства Betolin A11:
- улучшает стабильность продукта, предотвращая преждевременную коагуляцию силикатного связующего;
- снижает вязкость;
- усиливает сопротивляемость связующего вещества электролитам;
- облегчает дисперсию пигментов и наполнителей;
- пассивирует реакционноспособные многовалентные ионы металлов;
- оказывает гидрофобное воздействие и этим улучшает водостойкость;
- повышает жизнеспособность краски;
- снижает загрязнение цветных покрытий.
Примеры возможных к использованию пленкообразователей:
поливинилацетат, полибутилметакрилат, полистирол, ацетобутират целлюлозы. Правильный выбор пленкообразовательных веществ обеспечивает высокую скорость генерирования свободных радикалов.
Основные свойства рекомендуемых марок сиккативов:
- Сиккатив Zr - сиккатив "глубокого" отверждения, в сочетании с СО и СА образует активный сиккатив, оптимальный для большинства ЛКМ, не токсичен.
- Сиккатив ЖК-1 - сиккатив осажденной марки, применяется для ускорения высыхания в процессе производства ЛКМ.
- Сиккатив СКСЦ-1 - обеспечивает объемное высыхание и повышенную твердость покрытия.
- Сиккатив СМКС - высококачественный сиккатив, предназначен для систем с повышенными требованиями к твердости и времени высыхания при хранении ЛКМ, обеспечивает высыхание в толстых слоях пленки.
Краску получают путем диспергирования всех компонентов в специальном смесителе (дисольвере). При этом получается высокая однородность получаемой на выходе краски.
Краска наносится на различные поверхности с помощью кистей или краскопультом.
Используемое сочетание конкретных компонентов краски, взятых в указанных количественных интервалах, позволяет получить краску-покрытие с требуемыми огнестойкими и антикоррозионными свойствами.
Технические характеристики краски указаны в таблице, которая является поясняющим сущность изобретения материалом.
В качестве доказательства осуществления заявленного изобретения с достижением вышеуказанного технического результата приводятся конкретные примеры возможного состава заявленной краски-покрытия:
Пример 1.
Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:
полиметилфенилксилоксановая смола
25,0
ксилол
25,0
тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7
30,0
фосфат цинка с добавкой Ифхан (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов) в соотношении 1:1
17,2
Byk серии 030 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов),
0,8
раствор (1%) щелочной жидкости с ПЕНТА-60 (силан)
1,0
0,5% раствор диуретана
1,0
Пример 2.
Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:
кремнийорганическая смола 134-276
25,0
сольвент
25,0
тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7
30,0
фосфат цинка (70%) с добавкой (30%) Армасил (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов)
16.7
Byk серии 033 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов),
0,8
раствор (0,8%) щелочной жидкости с ПЕНТА-60 (силан)
1,0
2% раствор диуретана
1,0
Betolin11
0,5
Пример 3.
Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:
кремнийорганическая смола 139-297
25,0
ксилол
25,0
тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7
30,0
фосфат цинка с добавкой Ифхан (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов) в соотношении 1:1
16,7
Byk серии 030 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов),
0,8
раствор (0,5%) щелочной жидкости с ПЕНТА-66 (силан)
1,0
2,5% раствор диуретана
1,0
Сиккатив Zr
0,5
Таблица
Наименование показателя
Норма
Методы контроля
1
2
3
Внешний вид краски
однородная жидкость без посторонних включений
5.2
Цвет получаемого покрытия
в соответствии с 1.2.2 и утвержденными образцами-эталонами (каталогом цветности)
ГОСТ 29319, ГОСТ Р 52662
Внешний вид получаемого покрытия
ровная гладкая однородная структура в соответствии с контрольным образцом-эталоном, на поверхности которой не допускаются дефекты согласно 1.2.7 настоящих технических условий; допускаются отдельные, мелкие, точечные посторонние включения и шагрень
ГОСТ 9.407. ГОСТ 9.302 и (или) 5.2
Время высыхания до степени 3, ч, не более, при температуре (20,0±2)°С
2
ГОСТ 19007
Фактура образуемой пленки:
матовая, полуматовая
ГОСТ 896, ГОСТ Р 52663, ГОСТ 9.401 (метод В) и (или) 5.2
- блеск по блескомеру ФБ-2, под углом 60°С, %, не менее*
37
- снижение блеска после воздействия ультрафиолетового излучения и повышенных температур, %, не более
60
Вязкость:
ГОСТ 8420, ГОСТ 25271
- условная по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20,0±0,5)°С, с
не менее 25**
- кажущаяся по Брукфильду, Па·с
не менее 2000
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее:
ГОСТ Р 52487 и 5.10
- с допустимым отклонением
40
±5
Адгезия к стали и междуслойная, балл, не более
1 (для трубопроводов и инженерных сооружений, при температурах плюс 20 и 80°С), 2 (при ином назначении)***
ГОСТ 15140, метод решетчатого надреза, 5.11
Стойкость покрытия:
ГОСТ Р 52491, ГОСТ 27037
- к действию мороза при температуре минус (40±2)°С, циклы, не менее;
10
- к действию переменных температур;
- термостойкость
10
не менее 3 ч при (600±5)°С
Прочность и герметичность упаковки
упаковка должна быть герметичной; крышка должна обеспечивать плотное закрывание емкостей и не допускать вытекание краски; при падении упаковка с краской не должна деформироваться и терять герметичность
5.6
Температура вспышки в закрытом тигле, °С
не ниже 23°С
ГОСТ 12.1.044, ГОСТ 19433
Условная светостойкость (изменение коэффициента диффузионного отражения), ч, не хуже
2*
ГОСТ 9.045 и ГОСТ 21903
Коррозионная стойкость (общие нормы - по ГОСТ 9.905 методы оценки - по ГОСТ 9.311)*
при полном отверждении не проявляется признаков коррозии после 5000 часов при испытании в камере с соляным туманом
СНиП 2.03.11, ГОСТ 9.401 (метод Б) и 5.13
Стойкость покрытия к статическому воздействию жидкостей при температуре (20±2)°С, ч, не менее:
- воды;
- раствора хлористого натрия с массовой долей 3%;
48 (для инженерных систем), 24 (для иного назначения)
ГОСТ 9.403, метод А, ГОСТ 12020 и 5.14. 5.15,5.16
- нефтепродуктов (бензин);
48 (8)
- минерального масла;
48
- растворов кислот и щелочей
48
24 (2)
Водопоглощение покрытия, мас.%, не более*
3
ГОСТ 21513, ГОСТ 4650
- через 1000 ч при температуре 20°С, %, не более
5
Укрывистость высушенной пленки, г/м<sup>2</sup>
55
ГОСТ 8784,
метод 1
Качество получаемого покрытия, не ниже*
IV
ГОСТ 9.032, ГОСТ 9.302, ГОСТ 6572 и ГОСТ 31365
Степень разбавления растворителем, %, не более*
в соответствии с эксплуатационной документацией
5.3
Эластичность пленки при изгибе, мм, не более
3
ГОСТ 6806
Прочность покрытия при ударе:
ГОСТ 4765, ГОСТ Р 51164
- по прибору типа У-1, см, не менее;
- при температуре от минус 40 до плюс 40°С, Дж, не менее
40
для труб диаметром до 273 мм включительно;
для труб диаметром до 530 мм включительно;
свыше 530 до 820 включительно;
1020 и более;
4,0
- для подземных сооружений при температуре от минус 15 до плюс 40°С, Дж, не менее
6,0
8,0
10,0
8,0
Твердость пленки, время уменьшения амплитуды колебаний маятника, с, не менее
75
ГОСТ Р 52166, ГОСТ 5233 и 5.17
- по маятниковому прибору ТМЛ (маятник А), усл.ед.
0,40
Степень перетира, мкм, не более
50
ГОСТ Р 52753
Толщина наносимого покрытия, мм, не менее
ГОСТ Р 51694
для труб диаметром до 273 мм включительно;
для труб диаметром свыше 273 мм и не более 1420 мм
1,5
2,0
Относительное удлинение при разрыве при температуре 20°С, %, не менее
20
ГОСТ 18299
Адгезия к стали после выдержки в воде 1000 часов, балл
не более 1 (при температурах плюс 20 и 50°С)
ГОСТ 15140
Грибостойкость, балл, не менее
2 (ПГ<sub>123</sub>)
ГОСТ 9.048, ГОСТ 9.049, ГОСТ 9.050
Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации, см<sup>2</sup>, не более, при температуре
ГОСТ Р 51164/ГОСТ 9.602
- плюс (20±3)°С;
- плюс (40±3)°С;
не более 4,0
- плюс (80±3)°С
не более 8,0
не более 8,0
Переходное сопротивление покрытия в 3%-ном растворе NaCl при температуре 20°С, Ом·м<sup>2</sup>, не менее
- исходное;
10<sup>8</sup>
- через 100 сут выдержки
10<sup>7</sup>
Сопротивление изоляции на законченных строительством и засыпанных участках трубопровода при температуре выше 0°С, Ом·м<sup>2</sup>, не менее
3·10<sup>5</sup>
ГОСТ Р 51164/ГОСТ 9.602
Сопротивление пенетрации (вдавливанию), мм, не более, при температуре до 20°С и менее
0,2
Диэлектрическая сплошность образуемого покрытия
отсутствие пробоя при электрическом напряжении 1 кВ на толщину покрытия
5.18.5.19
- при окрашивании инженерных сооружений;
отсутствие пробоя при электрическом напряжении 5 кВ на 1 мм толщины покрытия
- при окрашивании подземных сооружений
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
1,4…1,6
ГОСТ 18995.1
Коэффициент соотношения емкостей при частотах 2000 и 20000 Гц, не менее***
0,8
ГОСТ 9.409
Примечания:1 Приведенные в таблице 1 физико-химические характеристики краски могут быть дополнены и уточнены в соответствии с технологической документацией.2 * Указанные параметры определяются при необходимости, применительно к условиям эксплуатации конкретной партии краски.3 ** В процессе хранения краски допускается увеличение условной вязкости, если после тщательного перемешивания и разбавления растворителем до вязкости согласно настоящей таблице получаемое покрытие отвечает техническим требованиям настоящих технических условий.4 *** Адгезионные свойства краски, коэффициент соотношения емкостей и защитно-декоративные свойства согласно ГОСТ 9.407 должны сохраняться после воздействия агрессивных сред и перепада температур по 9, 14 таблицы 1. Адгезионные свойства после испытания на морозостойкость и действие ультрафиолетового излучения - не более 3 баллов.