АНТИКОРРОЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
ANTICORROSION COATING COMPOSITION

Изобретение относится к антикоррозионным лакокрасочным материалам, содержащим цинковый порошок, и может быть использовано для защиты от коррозии стальных конструкций, изделий и оборудования в атмосферных условиях и водных средах.
В настоящее время в технике довольно широко известны способы антикоррозионной обработки строительных металлоконструкций и оборудования, заключающихся в нанесении на предварительно подготовленную поверхность антикоррозионных покрытий, сформированных из высоконаполненных цинксодержащих композиций на органоразбавляемом связующем.
Известна цинксодержащая композиция, для защиты от коррозии строительных металлоконструкций и оборудования, включающая термопластичную смолу - отход поливинилхлорида или акрилонитрил-бутадиенстирольного пластика (7,0-15,6)%; цинковый порошок марки ПЦ-2 или ПЦ-3 (31,2-61,4)%; эпоксидную диановую смолу (1,8-3,0)%; отвердитель аминного типа (1,8-3,0)%; 5-аминосалициловую кислоту (0,15-0,30)% и органический растворитель (27,7-47,05)% (Авторское свидетельство СССР №1657518, C09D 127/06, 5/10, 1991 г.).
Известная композиция имеет следующие недостатки:
- использование цинка, являющегося координационно ненасыщенным металлом, в композициях и покрытиях на основе поливинилхлорида, приводит к дегидрохлорированию последнего и выделению НСl, вызывающего коррозию металла;
3
- использование поливинилхлорида часто нежелательно с точки зрения экологии из-за его токсичности, которая проявляется как при приготовлении данной композиции, так и при эксплуатации покрытий на ее основе: ПДК поливинилхлорида в воздухе рабочей зоны - 6 мг/м; при контакте покрытия с водой в нее будет переходить поливинилхлорид; при воспламенении покрытия будут образовываться диоксины.
Покрытие на основе известной композиции не обеспечивает протекторной (катодной) защиты стали, вследствие чего в дефектных местах покрытия - порах, царапинах, сколах происходит коррозия основного металла.
Кроме того, недостатком известной композиции является также ее двухупаковочность, т. е. часть компонентов, входящих в композицию - отвердитель и часть органического растворителя вводятся непосредственно перед покраской, что создает неудобства в работе и ограничения в применении, а в ряде случаев - непроизводительные потери материала из-за неправильной оценки необходимого количества краски для работы.
Известен состав антикоррозионной композиции, содержащий связующее на основе эпоксидной смолы/полиизоцианата, эпоксидной смолы/полиамина или отвержденный под воздействием влаги высокомолекулярный полиизоцианат, мелкодисперсный цинковый порошок и растворитель (DE 3531370, МКИ С09D 5/08, 1987 г.). Антикоррозионная обработка осуществляется с использованием покрывного слоя, содержащего связующее на основе акрилатполиола и сложноэфирполиола/полиизоцианата и растворителя. Антикоррозионную обработку ведут путем предварительной подготовки поверхности, нанесением грунтовочного слоя с последующим нанесением покрывного слоя при температуре 120±20°С.
Известный состав грунтовочного слоя обеспечивает получение покрытия с достаточно хорошей коррозионной стойкостью и эластичностью, что обеспечивает длительную эксплуатацию изделий в средах с повышенной агрессивностью. Однако при нанесении известной композиции на поверхность трудно добиться равномерного по толщине слоя, а из-за неоднородности и рыхлости покрытия, на отдельных, наиболее "слабых" участках возникают очаги язвенной коррозии. Кроме того, известная композиция при формировании покрытия не обеспечивает высокой его адгезии к металлу, что является необходимым условием для предотвращения подслойной коррозии, а сама композиция является двухупаковочной, что создает определенные неудобства при ее использовании.
Известна антикоррозионная композиция (Патент РФ №2155784, МПК C09D 5/08, C09D 5/10, 2000 г.), используемая в качестве грунтовочного слоя в составе комплексных антикоррозионных систем, содержащая, мас.%:
Высокодисперсный порошок цинка
50-78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком
2,5-7,5
Органический растворитель
остальное.
Для достижения требуемой антикоррозионной защиты в средах со средней и высокой коррозионной активностью, известная композиция, как правило, применяется с использованием покрывных слоев на основе алюмосодержащих материалов в среде полимерного связующего и растворителя. Дополнительное нанесение покрывных слоев нивелирует повышенную пористость грунтовочного слоя и обеспечивает дополнительную коррозионную стойкость покрытия. Использование многослойных антикоррозионных покрытий обеспечивает довольно эффективную защиту от коррозии в средах со средней и высокой коррозионной активностью, однако является довольно трудоемким и затратным процессом.
Наиболее близкой к предлагаемой является антикоррозионная композиция (Патент РФ №2141984, МПК 6 C09D 5/08, 1999 г.), предназначенная для использования в качестве самостоятельного антикоррозионного покрытия для защиты металлической поверхности, в состав которой входят, мас.%:
высокодисперсный цинковый порошок,
полученный методом физического осаждения из
паровой фазы, с массовой долей частиц
от 4 до 12 мкм - не менее 55 мас.%,
массовой долей частиц с размером более 20 мкм -
не более 15 мас.%,
47,0-87,0
высокомолекулярный полимер полистирол и/или
сополимер стирола с каучуком
1,3-5,1
органический растворитель
остальное
Использование в качестве пленкообразователя высокомолекулярного полимера полистирола и сополимера стирола с каучуком позволило получить одноупаковочную композицию, упростить технологию изготовления композиции за счет снижения температуры процесса, исключить нежелательные процессы деструкции полимера с образованием веществ, приводящих к коррозии металлической поверхности. Заявляемый полимер недорог, экологически безопасен. Кроме того, применение в композиции в качестве полимера полистирола и сополимера стирола с каучуком позволило повысить степень наполнения покрытия цинком (свыше 92%) и обеспечить высокие протекторные свойства покрытия.
Вместе с тем, практическое использование известной композиции выявило следующие недостатки;
- недостаточно высокие физико-механические свойства покрытий на ее основе, такие как адгезия, прочность при ударе, устойчивость к механическим повреждениям при транспортировке и монтаже конструкций;
- недостаточно высокие защитные свойства в средах со средней и высокой коррозионной активностью, например, таких как промышленная и приморская атмосфера;
- низкие защитные свойства при содержании в композиции цинка менее 47,0% цинка, в то время как уменьшение цинка в композиции актуально, во-первых, из-за постоянного роста цен на этот металл; во-вторых, из-за снижения плотности материала и, как следствие, возможности уменьшения расхода при нанесении;
- достаточно высокое объемное содержание летучих веществ (растворителей), что приводит, во-первых, к появлению пористости покрытия в процессе нанесения при высыхании; во-вторых, к высоким значениям расхода композиции на 1 единицу площади окрашиваемой поверхности, а следовательно, и к достаточно высокой стоимости покрытия;
- нестабильность композиции при хранении, проявляющаяся в ряде случаев вследствие неконтролируемого содержания остаточной влаги в сырьевых компонентах и воздухе рабочей зоны при изготовлении композиции. Нестабильность проявляется, во -первых, в виде значительной деформации тары («вздутие» или «бомбаж» упаковки с композицией), которая представляет опасность для людей и материальных ценностей при транспортировке, хранении и использовании; во-вторых, в изменении реологических свойств материала (увеличение вязкости или образование плотных трудно размешиваемых осадков). В результате указанных явлений заявляемый гарантийный срок хранения композиции - 1 год, существенно уменьшается;
- сравнительно низкая вязкость композиции, не позволяющая набирать достаточно высокую толщину покрытия при окраске в 1 слой без получения дефектов в виде наплывов или потеков.
Задачей изобретения является повышение физико-механических и защитных свойств покрытий на основе композиции, уменьшение дефектности покрытия при нанесении, снижение расхода композиции при сохранении протекторных свойств, увеличение стабильности при хранении и повышение срока хранения.
Поставленная задача решается за счет того, что в антикоррозионную композицию для покрытий, содержащую высокодисперсный цинковый порошок, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком, органический растворитель и реологическую добавку, дополнительно введены в качестве связующего полиизоцианатный преполимер, в качестве которого используют ароматический полиизоцианатный преполимер на основе дифенилметандиизоцианата, влагопоглощающие добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошок цинка
30,0-83,0
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком
2,2-9,2
Ароматический полиизоцианатный преполимер
на основе дифенилметандиизоцианата
0,6-4,9
Влагопоглощающие добавки
0,1-0,8
Реологическая добавка
0,1-1,0
Органический растворитель
остальное
2
В качестве цинкового порошка используют высокодисперсный порошок цинка, выпускаемый в промышленности, например, под марками ПЦВД по ТУ 1721-002-12288779-2006, получаемый методом физического осаждения из паровой фазы и имеющий частицы сферической формы со следующим гранулометрическим составом: частиц фракции 4-12 мкм - не менее 55 мас.%, частиц фракции более 20 мкм - не более 15 мас.% и с удельной поверхностью более 0,15 м/г.
В качестве полистирола используют полистирол общетехнического назначения по ГОСТ 20282-86 (марки ПСМ-115, ПСМ-111, ПСМ-118 и др.), получаемый полимеризацией в массе (молекулярная масса 70000-200000) или его технологические отходы (облой, брак по формированию); сополимер стирола с каучуком по ГОСТ 28250-89 "Полистирол ударопрочный" (марки УПС-1002, УПС-0803, УПС-0801, УПМ-0508 и др.) или технологические отходы его переработки (облой, брак по формированию и др.), или смесь вышеуказанного полистирола с сополимером стирола и каучука.

В качестве полиизоцианатного преполимера используют ароматический полиизоцианатный преполимер на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ). Полиизоцианатный преполимер получают в промышленности взаимодействием МДИ (дифенилметан-4,4'-диизоцианат и/или дифенилметан-2,4'-диизоцианат) с простым или сложным полиолом. Содержание изоцианатных групп (NCO) - в пределах от 14 до 18% на сухой остаток. Отечественной промышленностью полиизоцианатный преполимер выпускается по ТУ 2311-035-12288779-2002 под торговым названием - лак ПУЛАК с содержанием нелетучих веществ - более 60 мас.%.
В качестве влагопоглощающих добавок используют реактивный монофункциональный изоцианат низкой вязкости - тозилизоцианат (4-толуол-сульфанил-изоцианат) и/или порошкообразные молекулярные сита - микронизированный высокопористый кристаллический алюмосиликат, выпускаемые, например, под торговыми марками Additive TI и Sylosiv A3, соответственно.
В качестве органического растворителя используют ароматические углеводороды, алифатические углеводороды или сложные эфиры, например, сольвент нефтяной, ксилол, уайт-спирит, бутилацетат или их смеси.
В качестве реологических добавок используют бентонит, или монтмориллонит, или окись цинка, или каолин, или слюду, или иные известные реологические добавки для лакокрасочных материалов. Эти добавки позволяют регулировать вязкость композиций, уменьшить скорость осаждения частиц цинка в емкостях при нанесении композиции, устраняют образование плотных трудно размешиваемых осадков при длительном хранении краски.
Сравнение предлагаемой композиции с известной позволяет сделать вывод о новом качественном составе композиции, характеризующейся определенным количественным соотношением ее ингредиентов. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «Новизна».
Ранее в науке и технике было известно применение полиизоцианатов в качестве составной части связующего в составе цинксодержащих антикоррозионных композиций. Вместе с тем, в науке неизвестно, а в технике ранее не практиковалось совместное использование в составе лакокрасочных цинксодержащих композиций смеси термореактивного полимера (полиизоцианата) с ароматическим термопластичным полимером (полистирол). По нашему мнению, это связано с тем, что полистирол или сополимер стирола с каучуком при взаимодействии с полиизоцианатом в присутствии высокодисперсного цинка приводит к образованию желеобразной структуры, которая не может быть использована в качестве лакокрасочного материала. Как показали наши исследования, указанное явление может быть устранено путем введения в указанную смесь связующих влагопоглощающих добавок в заявляемых количествах.
Совместное использование в антикоррозионных цинкнаполненных лакокрасочных составах в качестве пленкообразующих полимерных веществ полистирола и/или сополимера стирола с каучуком и полиизоцианата позволило:
- улучшить физико-механические и защитные свойства покрытия на основе композиции;
- обеспечить высокие защитные свойства покрытий при более низком содержании цинка в композиции;
- расширить области применения покрытий на основе композиции за счет возможности ее применения в более агрессивных средах по сравнению с известной композицией;
- повысить объемное содержание нелетучих веществ в композиции, тем самым уменьшив ее расход при нанесении покрытий;
- повысить вязкость композиции, улучшив ее технологические свойства и уменьшив вероятность образования дефектов при нанесении.
Добавка к полистиролу и/или сополимеру стирола с каучуком полиизоцианата позволяет качественно изменить свойства покрытия на основе композиции за счет изменения его структуры и природы связи с металлической основой.
Так, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком является термопластичным полимером, он инертен, не имеет активных функциональных групп. Этим обусловлена его недостаточно высокая адгезия к стали, которая обусловлена только физической адсорбцией полимера. При использовании полистирола в качестве пленкообразующего вещества формирование покрытия происходит только за счет испарения растворителя. Поскольку молекулы полистирола имеют большую молекулярную массу и линейное строение, покрытия на их основе имеют достаточно рыхлую структуру. Это обеспечивает высокую активность цинка в цинкнаполненных покрытиях и их высокие протекторные свойства, но в то же время приводит к слишком быстрому окислению и растворению цинка в агрессивных средах, а в результате - к сокращению срока службы, к ограничению области применения и к невозможности снижения содержания цинка без существенного ухудшения защитных свойств (содержание цинка в покрытии - не менее 92% по известному изобретению).
Полиизоцианатные преполимеры относятся к термореактивным пленкообразующим полимерам. Формирование покрытий на их основе происходит как за счет испарения растворителя (при его наличии), так и за счет химической реакции групп NCO с мономерами различной химической природы, содержащих активный атом водорода. В заявляемом случае таким веществом является вода, содержащаяся в воздухе, т.е. покрытие отверждается влагой воздуха. При протекании такой реакции выделяется углекислый газ и образуется полиуретановое покрытие с трехмерной сшитой структурой. Гетерогенная природа уретановых связей и трехмерная структура покрытий предопределяют высокий уровень их защитных и физико-механических свойств. Эти покрытия сочетают устойчивость к воздействию климатических факторов и различных химических сред, эластичность, твердость, устойчивость к износу и удару.
Покрытия на основе полиуретановых преполимеров отличает и более высокая прочность сцепления со стальной основой (адгезия) за счет взаимодействия свободных групп NCO с поверхностью металла. В отличие от полистирола, где адгезия определяется физической адсорбцией, в данном случае происходит необратимая химическая адсорбция, что и приводит к качественному улучшению адгезии покрытия.
При совместном использовании в качестве пленкообразующих веществ полистирола и/или сополимера стирола с каучуком и полиизоцианатного преполимера образуются покрытия с комбинированной структурой: уретановая трехмерная решетка встраивается в существующую полистирольную матрицу, укрепляя ее и придавая ей новые свойства. В эту же структуру встраиваются и частицы цинка, их поверхность лучше смачивается пленкообразующим веществом, в результате удается снизить высокую активность цинка в покрытии, повышаются защитные и физико-механические характеристики покрытия (прочность сцепления со сталью (адгезия), эластичность при изгибе, прочность при ударе и механических воздействиях, твердость) при одновременном сохранении высоких протекторных свойств.
Совместное использование полистирола и/или сополимера стирола с каучуком и полиизоцианатного преполимера обеспечивает высокие защитные свойства в средах со средней и высокой коррозионной активностью (промышленная и морская атмосфера, соляной туман, растворы солей и др.). Поскольку защитные свойства увеличиваются за счет более высокой защитной способности комбинированного пленкообразующего полимера, становится возможным уменьшить содержание цинка в композиции без ущерба для защитных свойств покрытия в целом. Учитывая значительный рост стоимости цинка, это позволяет снизить стоимость покрытия.
Количество органического растворителя в растворе полистирола, используемого при изготовлении известной композиции, превышает 84%. При более низком содержании растворителя длинноцепочечные молекулы полистирола с высокой молекулярной массой плохо растворяются, они находятся в растворе в виде надмолекулярных структур: клубков, глобул и т.д. В результате пленкообразующие свойства такого раствора ухудшаются. Поэтому для получения лакокрасочных композиций, как правило, используют растворы высокомолекулярных полимеров с низкими концентрациями. Однако вязкость таких растворов невелика, а соответственно, невелика и вязкость композиций на их основе. Большое количество растворителя и низкая вязкость композиций могут вызывать появление таких дефектов покрытия при нанесении, как наплывы, потеки и пористость.
Совместное использование полистирола и/или сополимера стирола с каучуком и полиизоцианатного преполимера в заявляемых количествах обеспечивает создание оптимального значения текучести и пластичности композиции, а следовательно, обеспечивается стабильная возможность ее нанесения принятыми в промышленности способами и оборудованием. Добавка полиизоцианатного преполимера позволяет увеличить пластичность композиции и объемное содержание нелетучих веществ, что снижает вероятность появления дефектов при нанесении (потеки, наплывы, пористость), а также снизить расход материала на единицу окрашиваемой поверхности. Это связано с тем, что полиизоцианатные преполимеры не содержат растворителя, или количество последнего невелико и не превышает 40%, а следовательно, их дополнительное введение увеличивает вязкость композиции.
В целом, заявляемая композиция позволяет сочетать преимущества полистирола/сополимера стирола с каучуком (относительная дешевизна, доступность и простота использования при изготовлении и применении композиции, возможность обеспечения высоких протекторных свойств покрытия) с преимуществами полиизоцианатного преполимера (высокая прочность сцепления со сталью, высокие защитные свойства в средах с высокой и средней агрессивностью, низкое содержание летучих веществ в растворе).
Добавка в композицию веществ, поглощающих влагу, позволила устранить явление желатинизации, проявляющееся при добавлении полиизоцианатов в поилистирол и/или сополимер стирола с каучуком в присутствии цинка, а также повысить жизнеспособность композиции при ее хранении, устранить негативное влияние неконтролируемого содержания влаги в сырьевых компонентах и воздухе, а также влаги, попадающей в композицию в процессе ее изготовления.
Микронизированный высокопористый кристаллический алюмосиликат обеспечивает поглощение остаточной влаги, находящейся в растворителях, и влаги, адсорбированной из воздуха при диспергировании порошка цинка, по принципу молекулярного сита.
Тозилизоцианат реагирует с остаточной влагой с протеканием химической реакции и дополнительно может удалять влагу, адсорбированную на поверхности порошка цинка. Комплексное применение этих влагопоглощающих добавок повышает эффективность обезвоживания.
В результате удается устранить такое нежелательное явление, как значительная деформация тары из-за «вздутия» или «бомбажа» упаковки с композицией. Оно представляет опасность для людей и материальных ценностей при транспортировке, хранении и использовании, т.к. может привести к падению штабелей с тарой, взрывам упаковки и получению травм. Кроме того, стабилизируются реологические свойства композиции при хранении, такие как вязкость и свойства осадка. Соблюдается гарантийный срок хранения композиции - 1 год.
Заявляемый состав, содержащий высокодисперсный цинковый порошок, высокомолекулярный полимер полистирол и/или сополимер стирола с каучуком, полиизоцианатный преполимер, влагопоглощающие добавки и органический растворитель в заявляемых соотношениях, позволяет получить антикоррозионную композицию и покрытие на ее основе, характеризующиеся новыми свойствами по сравнению с прототипом, а именно:
- улучшенными физико-механическими свойствами и защитными свойствами в средах с высокой коррозионной активностью;
- хорошими протекторными и защитными свойствами при пониженном содержании цинка;
- более высоким объемным содержанием нелетучих веществ, а следовательно, более низким значениям расхода композиции при нанесении и экологической безопасностью при использовании, отсутствием дефектов в виде пористости;
- стабильностью при хранении, проявляющейся в безопасности при транспортировке и хранении, стабильностью вязкости и осадка и, как следствие, более высоким сроком хранения;
- более высокой вязкостью, возможностью получать бездефектные покрытия более высокой толщины, уменьшить трудоемкость окраски.
Введение реологических добавок в заявляемую композицию позволяет корректировать ее вязкость для достижения требуемых технологических показателей и возможности нанесения известными в технике оборудованием и способами.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что, несмотря на то, что сами по себе полиизоцианат и полистирол и/или сополимер стирола с каучуком были ранее известны в качестве связующих для цинксодержащих композиций, однако от их совместного использования получен новый технический результат, который не является очевидным и прямо не следует из ранее известных свойств, а следовательно, сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию «изобретательский уровень».
В заявляемой композиции общее содержание пленкообразующих полимеров выше, чем в прототипе (максимально до 14,1 мас.%), однако, снижена минимальная и максимальная граница содержания порошка цинка (минимально - до 30 мас.%). Таким образом, в предлагаемой композиции по сравнению с прототипом соотношение высокодисперсный порошок цинка: пленкообразователь смещено в пользу пленкообразователя. В заявленных количественных значениях ингредиентов, пространство между частицами цинка значительно лучше заполнено полимерами, а сами частицы лучше смочены и связаны полимерами. Поскольку оба используемых полимера, особенно образующийся при отверждении полиизоцианатного преполимера полиуретан, отличаются высокой химической стойкостью, существенно повышаются и защитные свойства самого покрытия в средах со средней и высокой коррозионной активностью. Кроме того, повышение содержания пленкообразующего полимера по сравнению с порошком цинка привело к улучшению физико-механических свойств покрытия: усилилась прочность сцепления со сталью; повысилась твердость покрытия, т.к. цинк - это мягкий и пластичный металл; улучшилась эластичность покрытия, выросла прочность при ударе.
3
При общем содержании полимеров менее 2,8 мас.% (или цинка более 83 мас.%) ухудшаются технологические, физико-механические и защитные свойства композиции. Ухудшение технологических характеристик связано с тем, что значительно увеличивается плотность композиции (более 3 г/см), консистенция композиции приближается к пастообразной, что затрудняет ее нанесение, особенно методами распыления. Уменьшение содержания полимера ниже 2,8 мас.% при высоком содержании растворителя приводит также к низким значениям вязкости, к появлению потеков на покрытии при нанесении, к необходимости многократного нанесения композиции для получения заданной толщины покрытия. У композиций с низкой вязкостью повышается склонность к образованию плотных трудно размешиваемых осадков при хранении, что связано с высокой плотностью порошка цинка и его склонностью к быстрому оседанию.
При значениях полимерной составляющей менее 2,8 мас.% (суммарно), физико-механические и защитные свойства покрытий ухудшаются потому, что пленкообразующего вещества недостаточно для связывания частиц цинка. Ухудшается адгезия к стали, снижается эластичность, покрытие становится склонным к выкрашиванию частиц цинка из него, даже при незначительных механических воздействиях, образованию трещин, покрытие легко царапается, не держит удар. Цинк в покрытии легко контактирует с агрессивной средой, быстро окисляется и расходуется, следовательно, не реализуется протекторный механизм защиты и срок службы покрытия сокращается.
При общем содержании полимерной составляющей более 14,1 мас.% (суммарно) и содержании высокодисперсного порошка цинка менее 30 мас.%, частицы цинка в покрытии полностью изолированы друг от друга полимерными оболочками. Электрический контакт между частицами цинка нарушается. Это приводит к тому, что электрохимический потенциал стали с покрытием смещается в положительную сторону по сравнению с цинком. Протекторные свойства цинкнаполненного покрытия ухудшаются или практически исчезают, защита стали по катодному механизму не осуществляется.
Увеличение содержания полимерной составляющей в композиции выше 13,0 мас.% (суммарно) также приводит к значительному увеличению ее вязкости. В сочетании с низким содержанием растворителя ее консистенция приближается к пастообразной, что затрудняет ее использование без предварительного разбавления. Кроме того, композиции с высоким содержанием полимера отличаются нестабильными реологическими характеристиками при хранении.
Содержание полиизоцианатного преполимера составляет примерно 20-30 мас.% от общего содержания полимерной составляющей, остальное - полистирол и/или сополимер стирола с каучуком. При содержании полиизоцианата меньшем, чем заявленное количество, его влияние на защитные и физико-механические свойства покрытий становится незначительным. При его содержании более заявленного количества, что составляет более чем примерно 30% от общего количества полимерной составляющей, происходит ухудшение таких характеристик, как:
- срок хранения вследствие реакции уретанообразования в композиции, которая сопровождается значительным повышением вязкости вплоть до «желеобразования», потерей однородности (образование сгустков и пленок в объеме композиции) или образованием плотных не размешиваемых осадков. Устранение этих недостатков возможно при усложнении рецептуры и введении в нее дополнительных дорогостоящих компонентов.
Содержание влагопоглощающих добавок в заявляемой композиции определено экспериментально. При их содержании в композиции менее 0,1 мас.% эффект от введения указанных добавок практически не проявляется, а при содержании более 0,8 мас.%, значительно возрастает себестоимость, может произойти нежелательное увеличение текучести и образование потеков при нанесении композиции.
При длительном хранении композиции в отсутствие реологических добавок, может происходить осаждение цинка и образование плотных трудно размешиваемых осадков, а при нанесении композиции могут возникнуть технологические сложности, связанные с использованием безвоздушных методов нанесения.
Превышение содержания реологических добавок выше указанного предела ухудшает защитные свойства покрытий и увеличивают себестоимость.
Таким образом, новый качественный и количественный состав заявляемой композиции обеспечивает новые свойства покрытий на их основе.
Заявляемую композицию по примерам №1-№8 готовят следующим образом.
Необходимое количество органического растворителя и полистирола и/или сополимера стирола с каучуком в виде гранул или дисперсных отходов перемешивают до полной гомогенизации смеси при температурах 20-50°С. Затем в часть (20-50%) от требуемого количества полученного раствора полимера загружают порошок цинка. Вместе с первыми порциями порошка цинка могут быть введены реологические добавки. Последовательность ввода в композицию влагопоглощающей добавки зависит от типа добавки. Тозилизоцианат вводят в раствор полистирола и/или сополимера стирола с каучуком до введения порошка цинка, алюмосиликат - вместе с последними партиями порошка цинка.
Диспергирование смеси проводят при температурах 30-50°С до получения однородной вязкой пасты в течение 20-60 минут. В полученную пасту добавляют оставшуюся часть раствора полимера и полиизоцианатный преполимер и перемешивают в течение 15-60 минут часов до полного усреднения композиции.
Для получения композиции использовали следующее исходное сырье.
2
В качестве порошка цинка использован высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД-0 по ТУ 1721-002-12288779-2006, получаемый методом физического осаждения из паровой фазы и имеющий частицы сферической формы со следующим гранулометрическим составом: частиц фракции 4-12 мкм - не менее 55 мас.%, частиц фракции более 20 мкм - не более 15 мас.% и с удельной поверхностью более 0,15 м/г.
В качестве полимерного пленкообразователя использован высокомолекулярный термопластичный полимер - полистирол общетехнического назначения по ГОСТ 20282-86 марки ПСМ-115, сополимер стирола с каучуком по ГОСТ 28250-89 «Полистирол ударопрочный» марки УПС-1002, смесь вышеуказанного полистирола с сополимером стирола и каучука.
В качестве органического растворителя использованы сольвент нефтяной, или ксилол, или бутилацетат, или метоксипропилацетат, или уайт-спирит, или их смеси.
В качестве влагопоглощающей добавки использованы тозилизоцианат (4-толуол-сульфанил-изоцианат) и микронизированный высокопористый кристаллический алюмосиликат при их массовом соотношении 1:1.
В качестве ароматического полиизоцианатного преполимера использован лак «ПУЛЛАК», содержащий 14-18 мас.% изоцианатных групп (NCO) на сухой остаток.
В качестве реологической добавки использован Бентонит и Монтмориллонит.
Антикоррозионную обработку стандартного стального образца размером 150×100×2 мм проводили путем пневматического распыления заявляемых (примеры №1-№8), контрольных (примеры №9-№12) композиций и композиций по прототипу (примеры №13-№15) на сухую металлическую поверхность, которую предварительно обезжирили, очистили от ржавчины и окалины методом абразивоструйной обработки.
Данные по составам заявляемых композиций (примеры №1-№8 - по изобретению) приведены в таблице 1. Физико-химические и технологические свойства композиций, а также физико-механические и защитные свойства покрытий, полученных с использованием заявленных составов, исследовали по утвержденным методикам. Полученные данные приведены в таблице 2.
Аналогично были изготовлены контрольные составы (примеры №9-№12) и составы по прототипу (№13-№15). Данные приведены в таблице 3. Исследование физико-химических и технологических свойств контрольных композиций, а также покрытий, полученных с их использованием, проведены аналогично примерам по изобретению №1-№8. Полученные данные приведены в таблице 4.
Проведенные промышленные испытания покрытия, полученного с использованием заявленных составов (примеры №1-№8), показали, что оно имеет высокие физико-механические и защитные свойства покрытий:
адгезия методом решетчатых надрезов
менее 2 баллов
прочность при ударе
не менее 100 см
эластичность при изгибе
не более 3 мм
начальный стационарный потенциал
не выше -0.84 В
относительно хлорсеребряного электрода
испытания в камере соляного тумана
выдерживает более 2400 часов
без коррозионных поражений
стали
срок хранения при 20°С в закрытой емкости
более 12 месяцев
Как видно из сопоставительного анализа данных, приведенных в таблицах 2 и 4, повышение содержания полиизоцианатного преполимера сверх заявленного интервала (пример №10) приводит к значительному увеличению вязкости композиции и потере ее однородности, и, как следствие, к плохой растекаемости композиции при нанесении ее на обрабатываемую поверхность, увеличению толщины одного слоя и снижению срока хранения (жизнеспособности) в 4-5 раз. Кроме того, протекторные свойства покрытий снижаются почти в 1,5 раза.
Уменьшение содержания полиизоцианатного преполимера ниже заявленного количества (пример №12) приводит к существенному уменьшению физико-механических и защитных свойств покрытий - адгезия снижается в 1,5 раза, прочность при ударе - на 20%, а стойкость в соляном тумане сокращается примерно в 1,8 раза.
При увеличении количества влагопоглощающих добавок против заявленного количества (пример №9), возрастает вязкость композиции, которая меняет свои показатели в процессе хранения, при нанесении на обрабатываемую поверхность композиция плохо растекается, уменьшается адгезия к металлу, прочность при ударе, эластичность и значительно сокращается стойкость в соляном тумане по сравнению с составом по изобретению (пример №4), содержащим аналогичное количество порошка цинка.
При уменьшении количества влагопоглощающих добавок ниже нижнего предела (пример №11), заявленного по изобретению, жизнеспособность композиции сокращается в 3-4 раза, наблюдается вздутие тары, снижается стойкость в соляном тумане по сравнению с составом по изобретению (пример №6), содержащим аналогичное количество порошка цинка.
При выходе за пределы заявленного количества порошка цинка, наблюдается утрата протекторных свойств (ниже нижнего предела) или получение состава, который не может быть равномерно нанесен на обрабатываемую поверхность (выше верхнего предела).
Таким образом, при выходе за заявленные количественные пределы заявленных ингредиентов, равно как отсутствие в составе композиции какого-либо из заявленных ингредиентов, не приводит к достижению заявленного технического результата.
Наоборот, при изготовлении композиций, составленных согласно формуле изобретения, технологические свойства получаемых композиций, их жизнеспособность и стабильность свойств при хранении обеспечивают приемлемый расход при формировании покрытия требуемой толщины, обеспечиваются высокие адгезионные свойства получаемых покрытий, а также прочность при ударе, эластичность при изгибе, стойкость в соляном тумане и протекторные свойства.
Таблица 1Рецептуры заявляемых композиций
Компонент
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
8
Порошок цинка ПЦВД-0
30,0
39,0
42,0
50,0
60,0
70,0
80,0
83,0
Полистирол ПСМ 115
3,6
0,0
7,2
3,0
4,0
0,0
1,3
2,2
Сополимер стирола с каучуком УПС-1002
3,6
9,2
0,0
3,0
0,0
3,4
1,3
0,0
Полиизоцианатный преполимер
2,0
2,3
4,9
3,0
1,6
2,0
1,0
0,6
Тозилизоцианат
0,0
0,4
0,4
0,5
0,4
0,0
0,2
0,4
Алюмосиликат
0,3
0,0
0,2
0,3
0,4
0,1
0,2
0,2
Бентонит
1,0
0.5
0,8
0,0
0,9
0,7
0,3
0,1
Монтмориллонит
0,0
0,0
0,0
0,8
0,0
0,0
0,0
0,0
Сольвент нефтяной
38,0
0,0
44,5
0,0
0,0
0,0
15,7
0,0
Уайт-спирит
0,0
23,9
0,0
10,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Бутилацетат
21,5
24,7
0,0
0,0
32,7
23,8
0,0
13,5
Метоксипропилацетат
0,0
0,0
0,0
29,4
0,0
0,0
0,0
0,0
ИТОГО:
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
Таблица 3Рецептуры контрольных композиций
Компонент
Примеры
9
10
11
12
13
14
15
Порошок цинка ПЦВД-0
50,0
60,0
70,0
80,0
47,0
59,0
70,0
Полистирол ПСМ 115
3,0
6,0
0,0
1,3
4,0
5,1
2,8
Сополимер стирола с каучуком УПС-1002
3,0
0,0
3,4
1,3
0,0
0,0
0,0
Полиизоцианатный преполимер
3,0
7,0
2,0
0,2
0,0
0,0
0.0
Тозилизоцианат
0,7
0,0
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
Алюмосиликат
0,5
0,4
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
Бентонит
0,8
0,4
0,7
0,3
0,0
0,0
3,0
Монтмориллонит
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Сольвент нефтяной
0,0
0,0
0,0
8,5
49,0
35,9
24,2
Уайт-спирит
10,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Бутилацетат
0,0
26,2
23,9
8,0
0,0
0,0
0,0
Метоксипропилацетат
29,0
0,0
0,0
0.0
0,0
0,0
0,0
ИТОГО:
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0