Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия
POLYMER COMPOSITION FOR AN ANTICORROSIVE COATING

Изобретение относится к композициям, в частности, к двухкомпонентным на основе эпоксидных смол и отвердителя, предназначенных дляполучения антикоррозийных покрытий трубопроводов. Заявленная композиция может быть использована для покрытия внутренней поверхности различных трубопроводов (том числе водопроводов) и емкостей, а также запорно-регулирующей арматуры, подвергающихся воздействию коррозионно-активной среды. Композиция предназначена для нанесения на металлические, керамические и чугунные поверхности с целью защиты их от коррозии.
Композиция должна обеспечивать время рабочего цикла покрытия с момента смешивания компонентов «А» и «Б» до начала момента застывания в том числе, при низких температурах и иметь вязкость, необходимую для прохождения через распылительную головку специализированной установки, осуществляющей нанесение покрытия на внутреннюю поверхность трубопроводов.
Известно, что в противокоррозионной защите внутренней поверхности трубопроводов различного назначения большое внимание уделяется выбору лакокрасочных покрытий. Успех эффективной защиты металла трубопровода зависит от правильного выбора системы лакокрасочного покрытия, подготовки поверхности, условий эксплуатации и других факторов. Покрытия, применяемые для защиты трубопроводных систем, должны обладать высокой адгезией к защищаемой поверхности, водостойкостью, высокими физико-механическими характеристиками, устойчивостью к воздействию агрессивных сред.
Известна антикоррозионная композиция для защиты металлических конструкций, оборудования и сооружений, описанная в пат. RU №2174136 (Кл. С09D 5/08, 163/02, 2001). Данная композиция содержит связующее - эпоксидную смолу, модификатор - тиокол марки 1, отвердитель - АСОТ-2 и наполнитель - мелкочешуйчатый альфа-оксид железа. Покрытия, полученные из этой композиции, являются долговечными (до 15 лет) и износостойкими в условиях действия химических реагентов, влаги, перепада температур, превышающих 100°С. Однако наряду с вышеперечисленными достоинствами эти покрытия имеют и существенные недостатки. Так, например, в присутствии альфа-оксида железа при повышенных температурах увеличивается скорость деструкции полярных связей в полимере, что приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств покрытий в процессе их эксплуатации, недостаточной эластичности и водостойкости, особенно в горячей воде. Последнее требование является особенно важным при защите крупногабаритных гидротехнических сооружений, а также нефтехранилищ, где периодически для промывки используют горячую воду или водяной пар. Еще одним существенным недостатком известной композиции является ее низкая тиксотропность.
Известны композиции, содержащие в своем составе связующее, в частности, смолы, на отверждение которых требуется длительное время и повышенная температура, что значительно ограничивает сферу применения подобных композиций. В частности, подобные композиции раскрыты в заявке на изобретение РФ №2002131703 (МПК C09D 127/24, C09D 5/08, C09D 127/24, C09D 167/08, C09D 163/02, опубл. 10.07.2004), в патенте РФ на изобретение № 2669840 (МПК C09D 163/00, C09J 163/00, C08G 59/18, B01J 13/02, опубл. 16.10.2018), в патенте РФ на изобретение №2378304 (МПК C09D 5/08, C09D 5/10, опубл. 10.01.2010).
Известна композиция для антикоррозийного покрытия по патенту РФ на изобретение № 2739767 (МПК C09D 5/08, C09D 7/00, C09D 163/00, опубл. Опубликовано: 28.12.2020). Известная композиция для антикоррозийного покрытия включающая основу, содержащую связующее, смесь растворителей, смесь пигментов, содержащую, как минимум, один антикоррозийный пигмент и ингибитор коррозии, наполнитель, пластификатор, загуститель и диспергатор, отличающаяся тем, что связующее представляет собой смесь поливинилхлоридной хлорированной смолы с эпоксидно-диановой смолой, а также дополнительно содержит феналкаминный отвердитель, при следующем соотношении, мас.%: смола поливинилхлоридная хлорированная 7-9, смола эпоксидно-диановая 9-10, пигменты 9-10, наполнитель 5-9, пластификатор 4-5, антикоррозийный пигмент 2-2,5, ингибитор коррозии 1-1,2, загуститель 0,2, диспергатор 0,05, феналкаминный отвердитель 2-2,2, смесь растворителей остальное.
Недостатком композиции является наличие в ее составе компонентов, наличие которых не позволяет применять покрытие для водопроводных труб питьевого назначения.
3
В качестве наиболее близкого аналога выбрано техническое решение «Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия», описанное в патенте на изобретение РФ №2683079 (МПК C09D 5/08, C09D 163/00, C04B 20/10, опубл. 15.05.2018). Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия, содержащая эпоксидную смолу и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы используют прозрачный эпоксидный компаунд Этал-27НТ/12НТ при соотношении компонента А, представляющего собой бесцветную прозрачную низковязкую эпоксидную смолу, к компоненту В, представляющему собой низковязкий отвердитель типа ЭТАЛ, равном 81,6:18,4 мас.ч., а в качестве минерального наполнителя - микрокальцит с содержанием карбоната кальция СаСОне менее 97% с частицами фракции 0,5-1 мм и фракции менее 0,2 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: прозрачный эпоксидный компаунд Этал-27НТ/12НТ 100, микрокальцит с частицами фракции 0,5-1 мм 72-100, микрокальцит с частицами фракции менее 0,2 мм 112-80.
Недостатком данной композиции, представляющей собой двухкомпонентный состав, образованный компонентом А (бесцветная, прозрачная низковязкая эпоксидная смола) и компонентом Б (низковязкий отвердитель типа ЭТАЛ) при их соотношении 1:0,225, является низкая тиксотропность, а также преимущественное содержание дорогостоящего компонента.
Имеется потребность в создании композиции для антикоррозионного покрытия, которая может наносится специальной установкой. Установка имеет два симметричных контура для подачи компонентов: по одному поступает компонент «А», а по второму - компонент «Б», которые впоследствии соединяются перед статическим смесителем, в котором происходит смешивание компонентов в пропорции 1:1 и далее готовая смесь через распылительную головку наносится на поверхность трубопровода.
Технический результат заключается в создании композиции для антикоррозионного покрытия, характеризующейся высокими тиксотропными свойствами и возможностью использования установки для одновременного смешивания и нанесения двухкомпонентного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов.
Изобретение позволяет повысить водостойкость, стойкость покрытия к воздействию кислот и щелочей, а также адгезию композиции к металлическим поверхностям.
Заявленный результат достигается тем, что предложен состав композиции, образованной совмещением компонента А, представляющего собой эпоксидную смолу ЭД-20 в виде готового компаунда, и компонента В, представляющего собой отвердитель при их соотношении в мас.%: 59,6-65,4 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 40,4-34,6 отвердителя.
Введение в состав отвердителя загустителя - высокодисперсного, гидрофильного, пирогенного диоксида кремния с весовым содержанием чистого вещества более 98 весовых % (ковелос), - способствует образованию необходимых тиксотропых свойств композиции при совмещении компонента А и компонента В в объёмной пропорции 1:1. Разработанный состав отвердителя содержит при следующем соотношении, мас.%: 28-32 отвердитель - полиэтиленполиамин, 13-16 пластификатор - дибутилфталат, 3-5 диоксид титана, 37-42 минеральный наполнитель - микрокальцит с частицами фракции 2,5 мкм и 10-14 загустителя - диоксида кремния.
В ходе проведения испытаний были испытаны разные сочетания компонентов композиции, включая разные виды смол, растворителей и различных добавок с наполнителями, а также их процентное соотношение. Именно заявленный состав компонентов позволяет получить оптимальные результаты испытаний и создать композицию, которую можно наносить установкой для одновременного смешивания и нанесения смеси компонентов в объёмной пропорции 1:1 на поверхность трубопровода и обеспечить заявленные защитные свойства.
Приготовление и испытания.
Заявленный состав готовят следующим образом. Перемешивание полиэтиленполиамина и дибутилфталата осуществлялось в реакторе в интервале температур 20-25°С в течении 2-3 минут. Продолжая интенсивное перемешивание в смесь последовательно вводились диоксид титана, микрокальцит и диоксид кремния. Полученный отвердитель - компонент В и эпоксидная смола ЭД-20 - компонент А совместили в пропорции 1:1, тщательно перемешивая не менее 10 минут.
Для определения реологических характеристик приготовленных образцов использовался реометр Modular Compact Rheometer MCR52 Anton Paar, Австрия. Измерения проводили в системе «плита-плита» PP50, зазор между плитами - 1 мм. Результаты измерений обрабатывались в программе RheoCompassver. 1.25.
-1
-1
-1
Для определения вязкости исходных компонентов, а также их смеси использовали тест определения вязкости от скорости сдвига Viscosity Curve (1-100 c, 1 точка/1 сек, 20°С). Для оценки тиксотропных свойств образцов использовали трёхинтервальный тест 3ITTOsc-Rot-Osc, в котором имитируется процесс нанесения образца на трубопровод и определяется степень восстановления структуры после снятия нагрузки. Условия проведения: 20°C, интервал 1 и 3 γ=1%, f=1 Hz, интервал 2 - скорость сдвига - 1000 с. Для изучения динамики набора вязкости после смешения компонентов использовали тест Shear Rate, в котором вязкость измерялась при постоянной скорости сдвига 10 с и постоянной температуре 20°C. Наблюдение за набором вязкости вели 60 мин.
В результате исследования тиксотропных свойств были отобраны 4 компонентных состава, из которых заявленный состав показал наилучшие результаты испытаний. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Таблица 1
Композиция
Состав 1,мас. %
Состав 2,мас. %
Состав 3,мас. %
Состав 4,мас. %
Компонент А:ЭД-20Компонент В:ДибутилфталатМикрокальцидДиоксид кремнияПолиэтиленполиаминДиоксид титана
12-1538-4712-1430-354-6
13-1637-4212-1428-323-5
16-2036-4510-1230-354-6
14-1738-4712-1429-333-5
Интервал 1Комплексная вязкость η*, Па⋅с
124,35→131,91
147,24→114,33
138,86→124,46
130,19→125,28
Интервал 2Вязкость η, Па⋅с
3,96→0,60
5,51→1,06
2,85→2,01
4,52→0,90
Интервал 3Комплексная вязкость η*, Па⋅с
18,02→100,60
17,55→136,63
27,76→78,22
17,91→119,71
Восстановление структуры за 60 с, %
40,2
63,0
30,2
52,2
Время восстановления структуры, с
До 25%
29,9
24,9
31,5
27,4
До 50%
96,3
44,2
~ 436
72,1
Физико-механические свойства заявленной композиции определяли на образцах, полученных путем отверждения композиций на поверхности металла при температуре 20 - 25°С в течение 48 часов.
Адгезионная прочность к металлической и бетонной подложке определена по ГОСТ 15140-78 "Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии". Эластичность пленки при изгибе определена по ГОСТ 6806-73 "Материалы лакокрасочные. Метод определения эластичности пленки при изгибе". Водопоглощение покрытия определено по ГОСТ 4650-80 "Пластмассы. Методы определения водопоглощения". Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Физико-механические свойства
№
Наименование характеристик
Предлагаемый состав
1
Адгезия, баллы
1
2
Эластичность пленки при изгибе, мм
1
3
Термостойкость покрытия, °С
230
4
Истираемость
0,04 г/см<sup>2</sup>
5
Водопоглощение, %
0,13
6
Стойкость покрытия
Среда
Масса нач., г
Масса кон., г
Δm, %
HCl, 15%
5,7500
6,8198
+18,6
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, 30%
5,7382
6,5790
+14,7
NH<sub>3</sub>, 25%
5,9381
6,1298
+3,2
Толуол
6,0374
6,0846
+0,8
Вода
5,9551
6,3002
+5,8
Полученная композиция отличается высокими тиксотропными свойствами, повышенной адгезией, коротким временем отверждения, стойкостью к воздействию агрессивных сред. Использование предлагаемой композиции позволит повысить эффективность защиты и сроки службы трубопроводов по сравнению с прототипом.