АНТИКОРРОЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ANTI-CORROSION COMPOSITION

Изобретение относится к антикоррозионным композициям и может быть использовано для защиты от коррозии магистральных трубопроводов различного назначения, а также для защиты стальных поверхностей, эксплуатирующихся в условиях воздействия нефтепродуктов, пресной и морской воды.
Антикоррозионные композиции готовят на основе природных или синтетических пленкообразующих, пигментов и наполнителей. Антикоррозионные составы, предназначенные для защиты металлических труб от воздействия агрессивных сред с целью обеспечения высокой адгезии к металлу, готовят на основе пленкообразующих, обладающих клеевыми свойствами. Кроме того, в последнее время появилась тенденция к использованию наполнителей, которые повышают не только механические характеристики покрытий, но и придают композиции специальные свойства, например, повышают стойкость к истиранию и адгезию пленки к металлу.
Известна полимерная антикоррозионная композиция [1], содержащая в составе эпоксидно-диановую смолу (6,0-9,1 масс.%), олигомерный карбоксилатный каучук (35,0-38,0 мас.%), полиэтиленполиамин (7,0-8,0 мас.%), наполнитель (2,0-4,0 мас.%), оксиэтилированное производное олеиновой кислоты (14,0-20,0 мас.%), вода остальное.
Недостатком этой композиции является слабая адгезия и высокое водопоглощение из-за наличия в составе композиции остаточной воды.
Известна также композиция для защитного покрытия, содержащая эпоксидно-диановую смолу, модифицированную кремний органическим олигомером [2]. Данная композиция имеет следующий состав, мас.%:
Эпоксидно-диановая смола
19-23
Кремнийорганический олигомер
8,5-12
Карбоксилсодержащий отвердитель
18-21
Алюминиевая пудра
5-7
Этилцеллюлоза
18-21
Толуол
19,5-28
Недостаток этой композиции заключается в том, что ее использование требует специальной подготовки защищаемой поверхности. Кроме того, композиция имеет низкую температуру хрупкости, вследствие чего даже при +5°С на защитном покрытии образуются трещины.
В качестве ближайшего аналога выбрана композиция [3], которая включает, мас.ч.:
эпоксидно-диановую смолу
30,0-60,0
аминосодержащую акриловую смолу
60,0-120,0
полиаминный отвердитель
15,0-15,3
пигменты (диоксид титана, углерод технический и т.д.)
22,0-136,0
наполнители (тальк, микротальк, слюда молотая, волластонит)
57,0-150,0
органический растворитель
580,0-900,0
и может дополнительно содержать пластификатор - смесь дибутилфталата и триклезилфосфата в количестве 4,4-8,1 мас.ч.
Указанная композиция обеспечивает получение покрытий с высокой адгезией, твердостью, эластичностью, устойчивостью к задиру, влагостойкостью, стойкостью к перепаду температур.
Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа исключением триклезилфосфата из состава пластификатора, использованием диоктилфталата вместо дибутилфталалата при сохранении указанного в прототипе технического результата.
Волластонит прекрасно диспергируется в полярных и неполярных составах и благодаря своей морфологии и другим свойствам поверхности способствует лучшему распределению остальных компонентов наполненной системы. Кроме того, введение волластонита придает износостойкость и упрочнение материалам. Волластонит является синергистом по взаимодействию с антикоррозионными пигментами и неканцерогенной альтернативой асбесту [4]. Использование волластонита в определенном сочетании с техническим углеродом и микрокальцитом приводит к повышению прочности, износостойкости, также улучшаются термоизоляционные, огнеупорные и технологические свойства.
Применение в качестве модификатора для эпоксидной смолы акрилового сополимера приводит к образованию двухфазной композиции, которая характеризуется высокой стойкостью при циклическом нагружении и, как следствие, улучшенными деформационно-прочностными свойствами.
Компоненты состава имеют следующее соотношение, мас.%
Эпоксидно-диановая смола ЭД-20
31,5-35,5
Акриловый сополимер
15,5-17,5
Диоктилфталат
2,5-3,5
Волластонит
7-9
Технический углерод
7-9
Микрокальцит
7-9
Полиэтиленполиамин
2-3
Растворитель
остальное
Материалы, используемые в составе предложенной композиции, легко доступны: выпускаются в промышленном масштабе и регламентированы нормативными документами.
Деформационно-прочностные свойства покрытий проверялись методом неравномерного отслаивания их от стальной подложки из стали Ст 3 на разрывной машине Р-5. Предел прочности композиции при отрыве осуществляли следующим образом: два металлических «грибка» склеивали между собой с помощью испытуемого материала и выдерживали до полного высыхания. Затем образец растягивали со скоростью 10 мм/мин до разрыва плоскостей. Предел прочности при отрыве рассчитывали делением максимальной нагрузки на площадь контакта образцов.
Определение предела прочности при сдвиге проводили следующим образом: на две прямоугольные металлические пластинки наносили грунтовку и их склеивали, затем образец закрепляли в захваты и растягивали при скорости 10 мм/мин. Предел прочности при сдвиге рассчитывали делением максимальной нагрузки на площадь контакта образцов.
Модификация эпоксидной смолы акриловым сополимером в соотношении 2:1 приводит к увеличению прочности на разрыв в два раза по сравнению с немодифицированной эпоксидной смолой (предел прочности при отрыве составляет 24 Н/см). Введение волластонита приводит к большему увеличению предела прочности при отрыве до 100 Н/см, при этом предел прочности при сдвиге возрастает с 53 Н/см (для немодифицированной ненаполненной смолы) до 180 Н/см.
Способ получения антикоррозионного материала приводится на примерах 1-3.
Пример 1
Смешение осуществлялось в лабораторном смесителе емкостью 0,5 л, снабженном мешалкой. Число оборотов мешалки регулировалось с помощью реостата. С целью достижения требуемой степени перетира пигментов и наполнителей вводили бисер - стеклянные шарики диаметром 1 мм.
На первом этапе в смеситель заливали 26,5 мас.% растворителя, затем загружали 15,5% от массы образца акрилового сополимера, включали мешалку и порциями добавляли эпоксидную смолу в количестве 33,5% от массы образца. Перемешивали в течение 15 минут, после растворения загруженных компонентов поочередно порциями добавляли пигмент -технический углерод в количестве 7% от массы образца и наполнители волластонит в количестве 7% от массы образца и микрокальцит в количестве 7% от массы образца. Содержимое перемешивали в течение 15-20 минут и затем засыпали бисер и диспергировали в течение 3-4 часов. За 30 минут до окончания диспергирования добавляли пластификатор дибутилфталат в количестве 10% от массы эпоксидной смолы. После чего грунтовку отфильтровывали от бисера и, непосредственно, перед анализом в грунтовку добавляли полиэталенполиамин в количестве 2 мас.%. Оценивали качество как самой грунтовки, так и покрытий, полученных на ее основе.
Примеры 2 и 3 имеют технологию изготовления аналогичную примеру 1.
В таблице 1 приведены примеры составов эпоксидной композиции для покрытий, дополнительно приведен состав покрытия по прототипу. В таблице 2 приведены результаты испытаний свойств покрытий из композиций, приведенных в таблице 1.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый антикоррозионный материал (примеры 1-3) имеет более высокую адгезию к металлической поверхности, чем у прототипа, и следовательно, имеет более высокую прочность. Кроме того, предлагаемый антикоррозионный состав характеризуется тем, что в его состав входит экологически чистый наполнитель, что удовлетворяет современным требованиям по экологической безопасности.
Таблица 1
Составы эпоксидной композиции для антикоррозионных покрытий и количество ингредиентов
Наименование ингредиентов
Содержание ингредиентов, мас.%
№ состава
1
2
3
Эпоксидно-диановая смола ЭД-20
33,5
31,5
35.5
Акриловый сополимер БМС-86
16,5
15,5
17,5
Диоктилфталат
3,5
2,5
3,5
Волластонит
9
8
7
Технический углерод
7
9
7
Микрокальцит
7
9
8
Полиэтиленполиамин
2
3
3
Толуол
21,5
21,5
18,5
Таблица 2
Результаты испытания покрытий
Наименование показателей
По примерам
1
2
3
Требования стандарта [5]
Жизнеспособность, час
7
7,5
7,5
Не менее 1
Полное отверждение при 20°С, сут
5
5
5
Не более 7
Адгезия к металлической поверхности, определенная методом нормального отрыва, Н/см
97
99
93
Не менее 50
Прочность покрытия при сдвиге, Н/см
186
189
183
Не менее 35
Водопоглощение при 20°С, %
1,75
2
1,9
Не более 5
Источники информации
1. Авт. свид. CCCPN 1348364.
2. Авт. свид. СССР N 1682370.
3. Патент РФ RU 2335521 C1, 10.10.2008, 7 с.
4. Назаренко В.В. Анизотропные силикатные наполнители: специальные свойства в ЛКМ и покрытиях. // Лакокрасочные материалы и их применение, №1-2, 2008-с.25-33.
5. ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.