Антикоррозионная лакокрасочная система на алкидных связующих с эффектом преобразования ржавчины
ANTICORROSIVE PAINT AND COATINGS SYSTEM ON ALKYD BINDERS WITH RUST CONVERSION EFFECT

Изобретение относится к лакокрасочным материалам (ЛКМ), предназначенным для защиты металлоконструкций, и может быть использовано в машиностроении, строительной отрасли, транспорте и в других областях, где требуется защита стальных поверхностей от коррозии.
Задачей настоящего изобретения является разработка лакокрасочного материла на алкидных пленкообразователях (связующих), который обладает следующими качественными показателями:
массовая доля нелетучих веществ в композиции в диапазоне 70-75%;
скорость отверждения лакокрасочного покрытия толщиной 80-100 мкм при Т=25°С - не более 30 минут до отлипа и не более 2,5 часов до перекрытия следующим слоем;
стойкость в камере соляного тумана до коррозии по надрезу не менее 240 часов.
Данная задача достигается за счет комбинации различных компонентов, входящих в состав лакокрасочного материала, а также их количества.
Анализ патентных источников показывает, что рецептуры современных органорастворимых алкидных материалов представляют собой системы, состоящие из алкидного пленкообразующего на основе растительных масел, модифицированные различными компонентами: фенолформальдегидной смолой [RU 2304602], хлорированный каучуком [RU 2378305] и [RU 2430130], полиаминоамидной смолы [RU 2139311], винильными стирольные и/или (мет) акрилатными сополимерами [RU 2389749], [US 6946509], [RU 2246512], [RU 96104917], уретанами [RU 2374283], сополимером винилхлорида [RU 2012120332] и [RU 2012120898].
По патентным данным в состав алкидных композиции помимо перечисленных компонентов входят: пигменты, наполнители, реологические добавки, диспергаторы, антипленочные добавки.
В качестве пигментов наиболее часто применяют: оксид цинка [RU 2304602], [RU 2430130], слюдистое железо [RU 2430130], оксид железа [RU 2395550], [RU 2384599], [CN 109337536], [CN 109321103], диоксид титана [US 5539032] и [CN 109439154].
В качестве антикоррозионных наполнителей широко используют следующие компоненты: цинк-барий фосфат [US 5539032], фосфат цинка [RU 2012120332], [RU 99127026], [CN 109321103], [CN 109054602] и [US 5089551], молибдат цинка, цинкат бензойной кислоты [US 5089551].
Для ускорения отверждения алкидных пленкообразователей в подавляющей части патентов использовались сиккативы - соли переходных металлов в незначительных количествах.
В качестве наполнителей и загустителей применяют: лецитин и органофильный бентонит [RU 2304602] и [RU 2012120898], микротальк - силикат магния и карбонат кальция [RU 2436820], [RU 2430130], [RU 2012120332], [CN 108610916], гидроксид алюминия [CN 109054602], сульфата бария [CN 109021796].
Можно сделать вывод, что для создания современной органорастворимой антикоррозионной алкидной системы можно использовать модификацию алкидной смолы дополнительным пленкообразователем, например, сополимером винилхлорида и винилизобутилового эфира. В качестве антикоррозионной добавки можно использовать или цинковый порошок, или наиболее распространенный фосфат цинка, или производные фосфорной кислоты. Необходимо использовать различные сиккативы. Дополнительно можно использовать наполнители типа талька, карбонат кальция и сульфата бария. Можно использовать широко распространение пигменты оксида железа и диоксида титана (для придания укрывистости), а также любые другие пигменты для придания цветового оттенка. В состав композиции обязательно должных входить реологические добавки. В качестве растворителей применяются: уайт-спирт, ксилол, бутанол.
Технический результат решается путем создания лакокрасочной композиции включающей: сополимер винилхлорида и винилизобутилового эфира Laroflex MP 35 (производство фирмы BASF), алкидный лак полуфабрикатный ПФ-053 (ТУ 6-10-612-76) или аналоги; пластификатор хлорпарафин ХП-470 (ТУ 2493-339-05763458-2003), фосфат цинка марки А (ТУ 20.30.21-022-88737636-2017), пигмент диоксид титана Р (ГОСТ 9808-84), наполнители - мел СТМ-10 (ГОСТ 12085-88), тальк МИТАЛ 10-80 (ГОСТ 19284-79) и микрокальцит МК-5 (ГОСТ Р 56775-2015); загуститель марки PANGEL В20 (производство фирмы Tolsa); сиккатив октоат циркония; и органические растворители: бутанол (ГОСТ 5208-81), орто-ксилол (ГОСТ 9410-78) и уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) при следующем соотношении компонентов, указанном в Таблице 1:
Методика получения композиции
1. Приготовление раствора Laroflex MP 35
Сополимер винилхлорида и винилизобутилового эфира Laroflex MP 35 (п.1) при перемешивании растворяется в органическом растворителе орто-ксилоле (п.13) в соотношении 20:80 по массе в течение 0,5 часа при комнатной температуре при перемешивании мешалкой с оборотами 20-120 об/мин. Контроль качества растворения - визуальный, по отсутствию не растворившихся комков. Отбор проб производится при выключенной мешалке смесителя. В случае необходимости процесс растворения увеличивают на 20 минут.
2. Смешение и диспергирование
Смешивание пленкообразователей в следующей последовательности: раствор Laroflex MP 35 (п. 1) смешивается с алкидным лаком ПФ-053 (п. 2) в пропорциях 1:1,6 по массе.
Перемешивание продолжают 30 минут при помощи мешалки при комнатной температуре, после чего контролируют равномерность перемешивания, что проверяется наливом пробы на стекло. Налив пробы на стекле должен быть однородным.
В полученный раствор поочередно загружаются компоненты в соотношениях, указанных в Таблице 2: пигмент диоксид титана (п. 5), фосфат цинка (п. 4), наполнители - мел (п. 6), тальк (п. 7), микрокальцит (п. 8), пластификатор хлорпарафин ХП-470 (п. 3), октоат циркония (п. 10), и проводят процесс диспергирования в бисерной мельнице любого типа в течение 60-80 минут.
В процессе диспергирования осуществляется контроль за температурой, которая не должна быть выше 50°С. Контроль качества диспергирования композиции осуществляется при помощи гриндометра (по ГОСТ 31973-2013). Через каждые 10 минут отбираются пробы и контролируется степень перетира, которая должна составлять 30 мкм. В случае необходимости процесс диспергирования увеличивают на 20 минут.
3. Фильтрация и проверка качества
Полученную композицию фильтруют через полипропиленовый фильтр типа Кюно с диаметром пор 100 мкм.
Проверяются следующие показатели композиции, указанные в Таблице 3. При отклонении вязкости в сторону уменьшения от указанных параметров производят добавку загустителя марки PANGEL В20 (п. 9). При отклонении вязкости в сторону увеличения производят добавку орто-ксилола (п. 13). При отклонении массовой доли нелетучих веществ в сторону уменьшения производят добавку алкидного лака ПФ-053 (п. 2). При отклонении массовой доли нелетучих веществ в сторону увеличения производят добавление орто-ксилола (п. 13).
Указанные в заявке оптимальные соотношения компонентов в антикоррозионной лакокрасочной системе на алкидных связующих с эффектом преобразования ржавчины подтверждаются данными испытаний, указанными в Таблицах 3,5,7. За результат испытания принимается средний результат, полученный при испытании не менее трех параллельных образцов.
Из таблицы 3 видно, что по показателям вязкости относительной и массовой доли нелетучих веществ подходят композиции с составом №2 и 3.
Для определения оптимального содержания сиккатива октоата циркония была измерена скорость отверждения лакокрасочного покрытия толщиной 80-100 мкм, из композиций, составы которых приведены в Таблице 4 (в масс. %).
Покрытия получались на стальных пластинах размером 150×70×3 мм, которые перед нанесением ЛКП были подготовлены дробеструйной очисткой до степени подготовки Sa  по ISO 8501-1, шероховатость соответствует среднему (G) профилю по ISO 8503-1, и обезжирены ветошью, смоченной растворителем 646 с последующей протиркой насухо чистой ветошью в соответствии с требованиями ГОСТ 9.402-2004 (схема №1 ГОСТ 9.402-2004).
Нанесение покрытия производилось методом пневматического распыления окрасочным пистолетом Walcom HVLP с дюзой 1,3 мм. на горизонтальную подложку с толщиной покрытия 130±10 мкм (по мокрому слою) с формированием сухой пленки толщиной 80-100 мкм. Контроль толщины покрытия производится с помощью калиброванных гребенок по ГОСТ Р51694-2000 (ИСО 2808-97) и магнитного толщиномера.
Результаты измерения скорости отверждения покрытий представлены в таблице №5.
Из таблицы 5 видно, что требуемым параметрам удовлетворяет композиции 6 и 7 с содержанием сиккатива октоата циркония не менее 0,2 масс %. По показателям экономической целесообразности имеет смысл использовать меньшее количество дорогого сиккатива, т.е. композиция 6 более предпочтительнее.
Для выявления эффекта преобразования ржавчины и определения степени антикоррозионной защиты были получены композиции с различным содержанием фосфата цинка, указанные в Таблице 6. Покрытия получались на заржавленных стальных пластинах размером 150×70×3 мм со степенью окисления «С» по ГОСТ Р ИСО 8501, которые были предварительно очищенны дробеструйной очисткой до степени подготовки Sa 1 по ISO 8501-1. На поверхности оставались следы плотно сцепленной ржавчины в количестве до 30% от общей площади пластины. Также сравнение проводилось с композицией без добавки фосфата цинка (композиция 11).
Нанесение покрытия производилось методом пневматического распыления окрасочным пистолетом Walcom HVLP с дюзой 1,3 мм. на горизонтальную подложку с толщиной покрытия 130±10 мкм. (по мокрому слою) с формированием сухой пленки толщиной 80-100 мкм. Контроль толщины покрытия производится с помощью калиброванных гребенок по ГОСТ Р51694-2000 (ИСО 2808-97) и магнитного толщиномера. Перед испытаниями образцы выдерживали в течение 7 дней в лабораторных условиях при температуре (20±2)°С и относительной влажности воздуха не более 65±5% без прямого попадания света.
3
Для испытаний в камере соляного тумана использовали камеру марки Q-FOG тип SSP 600 (производства фирмы «Intelegent» (Germany). Образцы помещали в камеру под углом 45° и выдерживали 240 часов при воздействии соляного тумана, получаемого распылением раствора с концентрацией хлористого натрия (50±5) г/дм при температуре (35±2)°С. Значение рН соляного раствора 6,8-7,2. Результаты испытания представлены в Таблице 7.
Из таблицы 7 видно, что по наилучшие показатели по антикоррозионным свойствам показали образцы 9 и 10. По показателям экономической целесообразности имеет смысл использовать меньшее количество дорогого фосфата цинка марки А, т.е. композиция 9 более предпочтительнее.
Таким образом, композиция с рецептурой №9 содержащая сополимер винилхлорида и винилизобутилового эфира Laroflex MP 35 в количестве 10 мас. %„ алкидный лак полуфабрикатный ПФ-053 (ТУ 6-10-612-76) в количестве 25 мас. %; пластификатор хлорпарафин ХП-470 в количестве 1 мас. %, фосфат цинка в количестве 5 мас. %, пигмент диоксид титана рутильный (ГОСТ 9808-84) в количестве 17 мас. %„ наполнители – мел (ГОСТ 12085-88) в количестве 5 мас. %, тальк (ГОСТ 19284-79) в количестве 6 мас. %, микрокальцит (ГОСТ Р 56775-2015) в количестве 10 мас. %),; загуститель марки PANGEL В20 (фирм Tolsa) в количестве 0,8 мас. %; сиккатив октоат циркония в количестве 0,2 мас. %; органические растворители: бутанол (ГОСТ 5208-81) в количестве 2 мас. %„ уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) в количестве 1 мас. % и орто-ксилол (ГОСТ 9410-78) остальное до 100, является оригинальным лакокрасочным материалом на алкидных пленкообразователях (связующих), который обладает одновременно следующими качественными показателями:
массовая доля нелетучих веществ 70-75%;
скорость отверждения лакокрасочного покрытия толщиной 80-100 мкм при Т=25°С - не более 30 минут до отлипа и не более 2,5 часов до перекрытия следующим слоем ЛКМ;
коррозионная стойкость в камере соляного тумана до коррозии по надрезу не менее 240 часов.