АНТИКОРРОЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ЕЕ ОСНОВЕ
ANTICORROSIVE COMPOSITION AND METHOD OF PRODUCING COATINGS BASED THEREON

Изобретение относится к разработке антикоррозионных покрытий на основе бутадиен-стирольного термопласта и может быть использовано при получении светоотверждаемых антикоррозионных покрытий для емкостного оборудования, металлических и железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве.
Известна композиция, представляющая собой раствор бутадиен-стирольного термоэластопласта ДСТ-30, инден-кумароновой смолы, наполнителя и аэросила в бутилацетате. Данная композиция производится по ТУ 38 105626-03 под маркой герметик 51-Г-10. Состав отличается технологичностью и рекомендован к применению в качестве материала для защиты емкостного химического оборудования внутренних поверхностей от воздействия агрессивных сред кислотного и щелочного характера (Сафрончик В.И. Защита от коррозии строительных конструкций и технологического оборудования. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1988, с.90-91). Вместе с тем, применение данного герметика ограничено ввиду низкой теплостойкости бутадиен-стирольного термоэластопласта, так как уже при 50°С наблюдается резкое падение прочности, а при более высоких температурах композиция проявляет текучесть.
Получение теплостойких покрытий на основе бутадиен-стирольного термоэластопласта достижимо, в частности, введением в композицию вулканизующего агента в сочетании с активаторами и ускорителями вулканизации. Присутствие в составе таких добавок обеспечивает протекание реакций структурирования с участием двойных связей полибутадиеновых блоков полимера-основы и образование трехмерно сшитой сетки в сформированном покрытии. В изобретении, описанном в патенте РФ №2315075 (МГТС С08К 3/10, опубл. 20.01.2008), указанный способ реализуется введением в герметик 51-Г10 серы и жидкого тиокола в качестве вулканизующих соагентов, активирующей системы, состоящей из оксида цинка или магния и стеариновой или олеиновой кислоты, и ускорителей вулканизации - дифенилгуанидина и дитиокарбамата цинка. Такой состав обеспечивает протекание вулканизации при нормальных условиях. Покрытия, полученные из растворов по данному изобретению, характеризуются повышенной теплостойкостью. Среди недостатков указанных составов - длительность технологического процесса приготовления состава (готовый раствор требует выдержки в течение недели), ограниченная жизнеспособность готовой к применению композиции, формирование покрытия после нанесения протекает 7-10 суток с момента нанесения последнего слоя, время межслойной сушки составляет от 2 до 12 часов.
Известны фотополимеризующиеся композиции (патент РФ №2088963, G03F 7/004, 1997; патент РФ №2114454, G03F 7/004, 1998), содержащие бутадиен-стирольный термоэластопласт, соединение (мет)акриловой природы и фотоинициатор. Введение в состав фотоинициатора - соединения, способного под действием света определенной длины волны к образованию активных радикалов, - позволяет существенно сократить время формирования сетчатой структуры материала. С другой стороны, фоточувствительный компонент стабилен в отсутствие освещения, что обеспечивает возможность длительного хранения готовой композиции. При указанных достоинствах композиция по патенту РФ №2088963 не пригодна для получения защитных покрытий, так как ее нанесение нереализуемо методами нанесения лакокрасочных материалов: описываемый состав готовится в экструдере при температуре 150-180°С, а получаемый после экструзии лист калибруют на каландре. Композиция по патенту РФ №2114454 готовится растворением термоэластопласта в метиленхлориде при комнатной температуре в течение 2-3 часов, после этого раствор нагревают до 40-50°С и растворяют в нем остальные ингредиенты, перемешивают 30 минут с последующей фильтрацией и деаэрацией при 50°С в течение 5-6 часов. Помимо длительности процесса приготовления композиции, необходимости фильтрации и деаэрации, производство состава сопряжено с работой при температуре выше температуры кипения растворителя (для метиленхлорида температура кипения составляет 40°С) и, соответственно, его интенсивным испарением.
Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение, описанное в патенте РФ №2430941 (C09D 5/08, опубл. 10.10.2011), в соответствии с которым используют герметик 51-Г 10 и дополнительно ингредиенты (оксид цинка или магния, стеариновую или олеиновую кислоту, серу, полисульфидный олигомер, дитиокарбамат цинка, дифенилгуанидин, циклогексанон), обеспечивающие сшивание макромолекул ДСТ-30-01 после нанесения.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании композиции, выбранной за прототип, относятся следующие.
Приготовление состава после последовательного растворения всех компонентов в герметике-основе включает выдержку при 20°С в течение 24 часов. Готовая композиция содержит в себе все компоненты вулканизующей системы (вулканизующие соагенты, активаторы и ускорители вулканизации), обеспечивающей сшивание макромолекул термоэластопласта при комнатной температуре. Таким образом, уже при выдержке готового раствора в нем протекают химические взаимодействия, а время жизни состава перед нанесением ограничено.
Главный недостаток заключается в том, что для полноценного формирования антикоррозионного покрытия требуется не менее 24 часов с момента нанесения последнего слоя, помимо этого, при многослойном нанесении состава время межслойной сушки составляет от 2 до 12 часов.
Техническим результатом предлагаемого решения является сокращение времени приготовления растворной композиции и времени формирования непосредственно антикоррозионного покрытия.
Указанный технический результат по п.1 формулы изобретения достигается при использовании антикоррозионной композиции для покрытий, включающей бутадиен-стирольный термоэластопласт марки ДСТ-30-01, олигомер и растворитель, отличающейся тем, что в качестве олигомера используют триэтиленгликоля диметакрилат, в качестве растворителя - толуол и дополнительно содержащей фотоинициатор 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанон при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Бутадиен-стирольный термоэластопласт марки ДСТ-30-01 - 20-40;
Триэтиленгликоля диметакрилат - 5-10;
2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанон - 3-5;
Толуол - остальное.
По п.2 формулы изобретения технический результат достигается в способе получения антикоррозионного покрытия из композиции на основе бутадиен-стирольного термоэластопласта марки ДСТ-30-01 путем растворения в толуоле олигомера триэтиленгликоля диметакрилата, фотоинициатора 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона и термоэластопласта ДСТ-30-01, нанесения состава на поверхность и последующего формирования покрытия при воздействии на композицию источником УФ-излучения в течение 15-20 минут.
Сущность изобретения заключается в использовании такой растворной светочувствительной композиции, которую можно наносить высокопроизводительными методами нанесения лакокрасочных материалов, а ее состав обеспечивает ускоренное формирование высокопрочных защитных и гидроизоляционных материалов и получение антикоррозионных покрытий варьируемой в достаточно широких пределах толщины.
Применение толуола в качестве растворителя в составе заявляемой композиции обусловлено его термодинамическим сродством с бутадиен-стирольным термоэластопластом, содержащим в цепи макромолекул винилароматические (полистирольные) блоки. Наличие последних позволяет сократить время растворения ДСТ-30-01 до 1-2 часов при комнатной температуре.
Введение в композицию триэтиленгликоля диметакрилата (ТГМ-3) приводит к ускорению процесса образования сетки химических связей и, как следствие, высокопрочного полимерного композита. Помимо этого, ТГМ-3 в заявленном составе является промотором адгезии за счет наличия в нем сильнополярных сложноэфирных групп, при этом эластический компонент оказывается химически связанным с адгезионным агентом. Кроме того, ТГМ-3 в заявляемых составах выполняет роль тиксотропной добавки, что позволяет формировать более толстые слои покрытия, не стекающего с наклонной подложки.
Использование 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона обосновано необходимостью быстрого получения (15-20 минут) химически сшитого покрытия толщиной 60-600 мкм за одну технологическую операцию. 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанон при поглощении света определенной длины волны продуцирует высокоактивный бензоил-радикал с нелокализованным неспаренным электроном. Как результат, он эффективно инициирует радикальную полимеризацию. Второй образующийся радикал (эфирный) достаточно стабилен, и он также может инициировать радикальную полимеризацию. Это обеспечивает высокую светочувствительность композиции и, как следствие, позволяет обеспечить формирование трехмерносшитого композита за 15-20 минут.
Применение в качестве источника УФ-излучения устройства, имеющего в спектре излучения интенсивных полос в интервале 254-335 нм, обусловлено тем, что применяемый в качестве фотоинициатора 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанон способен к поглощению света в указанном диапазоне длин волн. Кроме того, тепловое излучение источника позволяет за время формирования покрытия обеспечить практически полное удаление растворителя, что способствует получению бездефектной пленки и исключить необходимость межслойной сушки в случае необходимости получения многослойного покрытия.
Заявляемая фотополимеризующаяся композиция в исходном виде представляет собой одноупаковочный состав с определенной вязкостью, который обладает длительным сроком хранения в светозащищенных условиях. При разовом нанесении на подложку и последующем УФ-облучении в течение 15-20 минут происходит образование адгезионно связанного с ней полимерного покрытия. При необходимости аналогичным способом реализуемо получение материалов в виде свободных пленок толщиной до 0,5 мм.
Таким образом, время приготовления композиции и время формирования из нее антикоррозионного покрытия значительно сокращаются, исключается необходимость специальной стадии удаления растворителя. В целом вышеизложенное и определяет сущность технического решения, которое в сравнении с прототипом по достигаемому результату более эффективно.
Для реализации технического решения используется бутадиен-стирольный термоэластопласт марки ДСТ-30-01. Заявляемые интервалы по соотношению ДСТ к толуолу обусловлены возможностью получения растворов с определенной вязкостью, обеспечивающей требуемую технологичность составов. При содержании ДСТ менее 20 масс.ч. композиции низковязки и, по этой причине, склонны к стеканию с наклонных поверхностей. При использовании бутадиен-стирольного термоэластопласта в большем, чем заявляемое, количестве составы очень высоковязки и формирование покрытий из них практически неосуществимо.
Количественные интервалы содержания фотоинициатора обеспечивают возможность получения бездефектного покрытия за приемлемое время.
Экспериментально установлено, что оптимальная концентрация фотоинициатора находится в области 4 масс.ч. При содержании диметилбензилкеталя в количестве менее 3 масс.ч. фотоиндуцированное пленкообразование протекает медленно. Процесс формирования покрытия длится более 40 мин, материал характеризуется поверхностной липкостью. При превышении содержания инициатора относительно заявляемых пределов скорость фотополимеризации в верхних слоях покрытия столь высока, что вследствие неравномерных усадочных процессов конечный продукт характеризуется наличием множественных дефектов на поверхности и не представляет технической ценности.
Рецептуры предлагаемых и контрольных композиций, а также по прототипу приведены в таблице.
Компоненты композиций
Составы композиций по примерам, масс.ч.
Предлагаемые
Контрольные
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Бутадиен-стирольный термоэластопласт
25
35
20
45
15
25
25
25
25
-
Триэтиленгликоля диметакрилат
10
5
9
10
10
15
2
10
10
-
2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанон
5
3
4
5
5
5
5
7
2
-
Толуол
60
57
67
40
70
55
68
58
63
-
Герметик51-Г10
100
Оксид цинка или магния
2
Стеариновая или олеиновая кислота
0,01
Сера
5
Полисульфидный олигомер
0,01
Дитиокарбамат цинка
0,1
Дифенилгуанидин
0,5
Циклогексанон
0,5
Время, необходимое для формирования покрытия из готового раствора, мин
15
20
15
-
-
15
20
<5
125
7 сут
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Используют соотношения композиции 1 (предпочтительная рецептура, см. таблицу). Для этого в 60 г толуола растворяют при перемешивании 10 г триэтиленгликоля диметакрилата, 5 г фотоинициатора 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона и 25 г термоэластопласта ДСТ-30-01. Растворение при постоянном перемешивании происходит за 1-2 часа при комнатной температуре.
Нанесение композиции на защищаемую поверхность реализуется методами нанесения лакокрасочных материалов, кистью или валиком, методами воздушного и безвоздушного распыления, маканием, поливом; толщина слоя от 60 до 600 мкм. Нанесенный раствор освещают источником УФ-излучения в течение 15 мин (время, необходимое для формирования покрытия из готового раствора) (см. таблицу). Последующие слои при необходимости допускается наносить через 10 минут после формирования предыдущего слоя.
Примеры 2-3. Используют соотношения композиций 2 и 3 соответственно (предпочтительные рецептуры). Приготовление, отверждение и испытания аналогичны примеру 1.
Пример 4. Используют соотношения композиции 4 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используют дозировку термоэластопласта большую, чем рекомендуемая. Полученный раствор обладает высокой вязкостью и непригоден для формирования покрытий свободнолитьевым методом или методами лакокрасочной промышленности.
Пример 5. Используют соотношения композиции 5 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используется дозировка ДСТ-30-01 меньшая, чем рекомендуемая. Состав обладает низкой вязкостью и склонен к стеканию с поверхности.
Пример 6. Используют соотношения композиции 6 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используется дозировка триэтиленгликоля диметакрилата большая, чем рекомендуемая. Получаемые покрытия склонны к трещинообразованию и обладают повышенной хрупкостью.
Пример 7. Используют соотношения композиции 7 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используется дозировка триэтиленгликоля диметакрилата меньшая, чем рекомендуемая. Состав склонен к отеканию с поверхности, применение состава по назначению невозможно.
Пример 8. Используют соотношения композиции 8 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используется дозировка 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона большая, чем рекомендуемая. Полученный композит имеет поверхностные дефекты, связанные с неравномерностью усадки в процессе отверждения. Ввиду множественных дефектов на поверхности образца применение состава по назначению невозможно.
Пример 9. Используют соотношения композиции 9 (контрольная рецептура) аналогично примеру 1.
Используется дозировка 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона меньшая, чем рекомендуемая. Время формирования покрытий из таких составов увеличивается до двух часов, образцы обладают поверхностной липкостью.
Таким образом, из таблицы и приведенных примеров видно, что обоснованная замена компонентов приводит к существенному увеличению скорости формирования защитных покрытий.
Сочетание адгезионно-активного олигомера триэтиленгликоля диметакрилата, способного в процессе формирования покрытий к образованию химических связей с термоэластопластом, и фоточувствительного 2,2-диметокси-1,2-(дифенил)этанона, инициирующего реакцию сшивания ДСТ-30-01, обеспечивает технический результат - ускоренное получение антикоррозионных покрытий.
Таким образом, заявленная композиция предназначена для использования в производстве защитных покрытий и свободных пленок на основе растворов бутадиен-стирольного термоэластопласта в толуоле с добавлением ТГМ-3 и фотоинициатора путем фотоиндуцированной полимеризации. Для заявляемого технического решения подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.