ПОЛИМОЧЕВИННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ СТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
POLYUREA COMPOSITION FOR ANTI-CORROSION PROTECTIVE COATING OF STEEL SURFACES

Изобретение относится к полимочевинной композиции для покрытий на поверхность металла, получаемых методом безвоздушного нанесения, а именно к рецептурам полимочевинных эластомеров, перерабатываемых методом безвоздушного нанесения.
Надежная антикоррозионная защита сооружений нефтяной и газовой промышленности является одной из главных проблем, определяющих их долговечность.
Разрушение поверхностей под влиянием атмосферных воздействий и агрессивных химических сред приводит к потере качеств конструкции и делает невозможной ее дальнейшую эксплуатацию.
В нефтегазовой промышленности полимерные композиции на основе полимочевины благодаря улучшенным свойствам постепенно вытесняют с рынка покрытий традиционные их виды. Разнообразные по составу полимочевинные композиции используются для покрытий буровых платформ, наружной и внутренней защиты трубопроводов, резервуаров, конструкционных элементов скважин и других сооружений, особенно эксплуатируемых в агрессивных средах. Проблема предотвращения коррозии особенно важна для объектов нефтяной и газовой промышленности, так как выход их из строя нередко влечет за собой аварии, взрывы, иногда с человеческими жертвами, наносит ущерб экологии, приводит к значительным финансовым потерям. Правильно подобранные покрытия позволяют обеспечить защиту от коррозионного разрушения в агрессивных средах, повышают герметичность разъемных неподвижных соединений, являющихся наиболее уязвимыми местами любого оборудования. Полимочевинные покрытия снижают трудоемкость ремонтных и восстановительных работ благодаря технологической простоте процессов формирования полимочевинных пленок. Использование именно полимочевинных покрытий в нефтяной и газовой промышленности обусловлено возможностью их применения в самых разнообразных, нередко очень тяжелых условиях эксплуатации, в средах с повышенными концентрациями коррозионно-активных компонентов при полном сохранении функциональности.
Полимочевиной называется эластомер, получаемый в результате взаимодействия изоцианатного преполимера (компонент Б) с полиэфираминами (компонент А) в присутствии удлинителя цепи. Полимочевинные связи обеспечивают полимеру высокие физико-механические свойства, а также высокую стойкость к воздействию различных агрессивных веществ.
К достоинствам этих материалов относятся:
- наиболее высокий уровень физико-механических показателей и химстойкости среди лакокрасочных покрытий;
- технологичность и удобство применения (мобильная промышленная установка, которую можно легко транспортировать и быстро установить на любом объекте);
- высокая скорость окрасочных работ и возможность ввода объекта в эксплуатацию уже через несколько часов после нанесения покрытия;
- при нанесении - невысокие трудозатраты и минимальное количество персонала;
- хорошая способность покрытия к ремонту. Брак и дефекты легко устраняются с сохранением сплошности покрытия и всех свойств полимера.
Двухкомпонентные полимочевинные композиции состоят из основного компонента (компонент А), смеси полиэфиров и полиолов и отвердителя - модифицированного изоцианата (компонент Б) с соотношением основа : отвердитель 1:1 (по объему) с 100% содержанием сухого остатка.
Известна двухкомпонентная композиция, содержащая полиизоцианатный преполимер, имеющий полиэфирные группы, связанные через аллофанатные группы, и смесь полиаминов, в которой по меньшей мере 75 мол. % всех NH-групп образовано из амино-функционального полиаспартатного эфира и не более 25 мол. % всех NH-групп образовано из циклоалифатического диамина или ароматического диамина, (заявка США US 2011070387, BAYER MATERIALSCIENCE)
Известна двухкомпонентная композиция, содержащая первый отверждаемый компонент, включающий полиэфирный функциональный полиамин, полиамин, содержащий аспартатный эфир функционального полиамина и/или разветвленный амин, алифатический вторичный полиамин и второй компонент полиизоцианат с вязкостью ≤2000 сП при температуре ≥7°C, при этом композиция затвердевает сразу после смешения компонентов при температуре окружающей среды. (международная заявка WO 2011031671, PPG INDUSTRIES).
Известно антикоррозионное защитное покрытие стальных поверхностей, включающее тонкослойное грунтовочное покрытие и толстослойное наружное полимочевинуретановое покрытие. Антикоррозионное защитное покрытие состоит из первого элемента - однокомпонентной влагоотверждаемой изоцианатной грунтовки, содержащей не менее 75 мас. % нелетучего остатка и 68 мас. % изоцианатных групп. Вторым элементом является толстослойное наружное покрытие, для получения которого используют двухкомпонентную полимочевинуретановую мастику, включающую изоцианатный форполимер на основе дифенилметандиизоцианата с массовой долей NCO-групп 15 17% и динамической вязкостью при температуре (20±3)°C - 3 10 Па⋅с, и отверждаемый им компонент с активными атомами водорода с гидроксильным числом 95105 мг КОН/г, массовой долей общего титруемого азота 4,2 4,5%, содержащей смесь простого или сложного полиэфирдиола с молекулярной массой 800 1000 у.е., пространственно затрудненного диамина с аминным числом 12 16,7%, оксипропилированного этилендиамина с гидроксильным числом 640 800 мг КОН/г и жирорастворимых органических пигментов, при соотношении изоцианатный форполимер: компонент с активными атомами водорода, обеспечивающем отверждение толстослойного наружного покрытия до получения требуемого уровня эксплуатационных характеристик. (Патент РФ на изобретение №2428443, дата приоритета 16.03.2010, ООО "Кронос СПб") (принято за прототип)
Несмотря на улучшенные по сравнению с другими типами покрытий свойствами полимочевинные композиции с использованием стандартных полиэфираминов не обеспечивают необходимых значений по водопоглощению и физикомеханике, катодному отслаиванию и т.п.
Задачей заявляемого технического решения является получение полимочевинной композиции для покрытий на поверхность металла с улучшенными физико-механическими свойствами покрытия, а также упрощение нанесения покрытия.
Технический результат заключается в улучшении следующих характеристик: адгезия покрытия к стали, даже в условиях длительного воздействия влаги, получение качественного покрытия.
Технический результат достигается тем, что полимочевинная композиция для антикоррозионного защитного покрытия стальных поверхностей состоит из двух компонентов, один из которых - изоцианатный преполимер на основе дифенилметандиизоцианата и второй отверждаемый компонент с активными атомами водорода аминогрупп, при этом первый компонент дополнительно содержит гексаметилендиизоцианат, а второй отверждаемый компонент содержит полиэфирамин молекулярной массы 2000-3000, полиэфирамин молекулярной массы 400, диэтилтолуилендиамин, 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан и полисульфидный полимер с содержанием тиольных групп не менее 3%, при этом изоцианатный преполимер имеет массовую долю изоцианатных групп 18-20% и динамическую вязкость 0,8-2,0 Па⋅с при 25±0,1°C, а второй компонент с активными атомами водорода имеет аминное число 20-60 мг КОН/г при следующем соотношении компонентов, мас. ч:
Модифицированный эпоксидом полиэфирамин
молекулярной массы 2000-3000
40-50
полисульфидный полимер с содержанием тиольных групп
не менее 3%
4-15
диэтилтолуилендиамин
25-35
3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан
5-10
полиэфирамин молекулярной массы 400
10-20
технический углерод или иной пигмент
0,5
тонкодисперсный диоксид титана
1,0
тримеризованного изоцианата HDI
40-60
преполимера на основе MDI
40-50
Полученный из данной композиции эластомер обладает высокими физико-механическими свойствами, полученное покрытие позволяет эксплуатировать изделия, им защищенные, в условиях агрессивной среды, при большом перепаде температур и в условиях высокой абразивной нагрузки. Покрытие может применяться без предварительного грунтования металла газовых труб.
Изобретение относится к рецептурам полимочевинных эластомеров, перерабатываемых методом безвоздушного нанесения.
Получение полимочевинной композиции осуществляется следующим образом:
Процесс изготовления компонента А состоит из двух стадий:
1. Первая стадия - изготовление модифицированного эпоксидом полиэфирамина молекулярной массой 2000-3000.
В реактор загружают расчетное количество полиэфирамина молекулярной массы 2000-3000, нагревают до температуры 100°C, при перемешивании загружают глицидиловый эфир и перемешивают 2 часа при температуре не менее 100°C. Затем добавляют расчетное количество диглицидилового эфира Бисфенола А с эквивалентным весом 160-180 и перемешивают 4 часа при температуре не менее 100°C. Смесь охлаждают до 70°C подачей воды в рубашку реактора, перемешивают при температуре 60-70°C в течение 4 часов и сливают полученный продукт в тару.
2. Вторая стадия.
В реактор загружают продукт, полученный на предыдущей стадии, подогревают до температуры 80°C и последовательно загружают: полисульфидный полимер с содержанием тиольных не менее 3%, диэтилтолуилендиамин, 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан, полиэфирамин молекулярной массой 400, перемешивают 1 час при температуре 80°C и затем загружают пигментную пасту, состоящую из полиэфирамина молекулярной массой 400, диоксида титана и технического углерода, перемешивают 1 час при температуре 80°C с последующим сливом продукта в тару.
Изготовление компонента Б.
Продукт нарабатывается в одну стадию. В сухой, заполненный аргоном реактор помещают расчетные количества HDI преполимера с содержанием изоцианатных групп 22-24%, MDI преполимера с содержанием изоцианатных групп 14-17%. Смесь перемешивают в течение 1 часа при температуре 30-40°C с последующим сливом в металлические бочки, заполненные аргоном.
Для нанесения композиции используют установки безвоздушного напыления типа GRACO Н-ХР3, Е-ХР2, Н-ХР2 и другие подобные. Установки обеспечивают автоматическое дозирование смешиваемых компонентов (А:Б) в объемном соотношении 100:100; их нагрев до заданной температуры (70°C) и безвоздушное распыление. Смешивание компонентов производится в передней части выходного сопла распылительного пистолета.
С момента начала смешения компонентов А и Б в распылительном пистолете начинается автокаталитическая реакция образования полимочевины, сопровождаемая переходом системы из жидкого состояния в нетекучее гелеобразное, а затем и в твердое состояние. Высокая реакционная способность компонентов полимочевины обеспечивает полимеризацию в отсутствие катализаторов. Следствием автокаталитической реакции являются стабильность свойств системы в процессе ее хранения и воспроизводимость результатов в различных условиях применения, а также при переходе от одной партии сырья к другой. Повышению надежности технологического процесса напыления полимочевины способствует также ее относительно низкая чувствительность к влажности и температуре, например, в сравнении с полиуретановыми покрытиями аналогичного назначения.
Примеры осуществления заявляемой полимочевинной композиции для антикоррозионного защитного покрытия стальных поверхностей, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Характеристики получаемого покрытия представлены в таблице 3:
При создании полимочевинных покрытий часто используют грунтовочные средства, способствующие улучшению адгезии полимочевинного эластомера к бетонной или металлической поверхности. Неоспоримым преимуществом является то, что заявляемая полимочевинная композиция для нанесения покрытий на поверхность металла позволила исключить операцию грунтовки благодаря своему компонентному составу. При этом материал покрытия показывает превосходные параметры адгезии как при нормальных условиях эксплуатации, так и в условиях повышенной влажности.
Также важным параметром получаемого покрытия является сопротивление пенетрации (вдавливанию), обуславливающим качество покрытия и его антикоррозионные характеристики.
Получаемое покрытие выдерживает высокие ударные нагрузки и обеспечивает надежную защиту поверхностей резервуаров, трубопроводов и другого нефтегазового оборудования.
Кроме того, полимочевинная композиция позволяет защитить оборудование от электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами.
Таким образом, как видно из приведенных данных в таблице 3, заявляемая полимочевинная композиция для покрытий на поверхность металла, полученная методом безвоздушного нанесения, позволила обеспечить более высокий уровень адгезии и ее сохранение при воздействии влаги при сохранении высокого уровня физико-механических показателей и эксплуатационных характеристик.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна», так как из доступных источников информации не выявлены технические решения с такими же существенными признаками.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как является неочевидным для специалиста.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть получено из известных средств и известными методами.