КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ
ANTICORROSION COATING COMPOSITION

Изобретение относится к защите и восстановлению прокорродировавших металлических поверхностей, работающих в условиях абразивного износа, эксплуатируемых в атмосферных условиях различных климатических зон, в атмосфере воздействия агрессивных сред, например, в энергетике, химической и добывающих промышленностях при ремонте проржавевшего оборудования.
2
2
3
2
3
Известен состав для покрытий, содержащий алкидную смолу, красный железоокисный пигмент, сиккатив, порошковый шлаковый белит двойной сепарации состава, мас.%: СаО 49.5-54.8; SiO 18.0-27.5; MgO 7.8-11.4; АlО 6.3-6.6; СrO 6.5-7.7; примеси и органический растворитель остальное (патент RU №1381962, кл. С09D 163/08, 5/12. Заявл. 17.09.1985 г., заявка №3970485/05. Опубл. 30.11.94. Бюл. №22).
Однако этот состав обеспечивает недостаточную коррозионную стойкость, абразивостойкость, имеет длительное время высыхания, низкую долговечность, требует тщательной подготовки металлической поверхности перед нанесением композиции. Кроме того, в составе используют порошковый шлаковый белит, который получают из шлаков от производств силикотермического феррохрома, силикокальция, ферросплава и лигатур на его основе, путем сложного технологического процесса, что создает зависимость получения белита от конкретного производства. Такая зависимость может привести к тому, что при усовершенствовании технологического процесса производства силикотермического феррохрома, силикокальция, ферросплава отходы в виде шлаков не будут соответствовать требованиям указанного патента.
Известна композиция для антикоррозионных покрытий, содержащая алкидно-стирольную смолу или тощую алкидную смолу, пигменты (фосфат цинка, алюминиевую пудру, красный железоокисный пигмент, углерод технический, тетраоксихромат цинка и др.), наполнители (микротальк, слюду, микробарит и др.), танин, например по ТУ 937327200281074-00 или производные танина, например Корродур и органические растворители. (Патент RU №2246512, кл. С09D 5/08, 167/08. Заявл. 07.05.2003 г., заявка №2003113001/04. Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5).
Однако при таком составе и процентном соотношении компонентов эта композиция обеспечивает недостаточную коррозионную стойкость, абразивостойкость, имеет низкую долговечность, требует тщательной подготовки металлической поверхности перед нанесением композиции.
Наиболее близкой к предлагаемому является композиция для получения антикоррозионного покрытия, включающая порошок цинковый высокодисперсный, сиккатив, модифицированный алкидный пленкообразователь на основе алкида, модифицированного тунговым маслом и фенолформальдегидной смолой, органический растворитель, антиседиментационную добавку, состоящую из смеси окиси цинка, органофильного бентонита и лецитина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный модифицированный алкидный
пленкообразователь
10,0-15,0
Порошок цинковый высокодисперсный
55,0-65,0
Бентонит органофильный SD-1
0,3-0,8
Лецитин
0,3-0,8
Сиккатив
0,1-0,3
Окись цинка
10,0-15,0
Толуол
Остальное
В качестве указанного модифицированного алкидного пленкообразователя используют алкидно-фенольную смолу АФ-033 (ТУ 2311-025-54651722-2002) или алкидно-фенольную смолу AMF 30Х60 (ТУ LVUTN-40003245470) (патент RU №2304602, кл. С09D 5/08, 167/08. Заявл. 29.09.2006 г., заявка №2006111678/04. Опубл. 20.08.2007 Бюл. №23).
Однако эта композиция также обеспечивает недостаточную коррозионную стойкость, абразивостойкость, имеет низкую долговечность и значительное время высыхания, требуется тщательная подготовка металлической поверхности перед нанесением композиции. Кроме того, в состав композиции входит в большом количестве дорогостоящий материал - порошок цинковый высокодисперсный, что приводит к существенному удорожанию композиции.
Технический результат данного предлагаемого изобретения заключается в получении композиции, удовлетворяющей следующим требованиям:
- значительное повышение антикоррозионных свойств,
- повышенная абразивостойкость;
- высокая долговечность;
- незначительное время высыхания;
- низкая стоимость;
- способностью преобразовывать ржавчину и не требовать тщательной подготовки металлической поверхности.
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что известная композиция для антикоррозионного покрытия, включающая модифицированный алкидный пленкообразователь, реологическую добавку, сиккатив, органический растворитель, дополнительно содержит наполнитель, фосфат цинка, преобразователь ржавчины на основе танинов или производных танинов, спекулярит, с высоким содержанием FеO и состоящим из двух фракций, при этом размер частиц первой фракция не менее 63 мкм, размер частиц второй фракции не более 20 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Модифицированный алкидный пленкообразователь
21-35
Спекулярит первой фракции
20-30
Спекулярит второй фракции
6-15
Наполнитель
4-12
Фосфат цинка
5-10
Реологическая добавка
1-2
Преобразователь ржавчины на основе танинов
и производных танинов
1-3
Сиккатив
0.5-1
Органический растворитель
Остальное
В качестве реологической добавки может быть использовано с получением лучшего результата поверхностно-активное вещество на основе жирного амина марки TROYSOL.
Для приготовления композиции для антикоррозионного покрытия используют:
В качестве модифицированного алкидного пленкообразователя - любой модифицированный алкидный пленкообразователь, например:
а) алкидно-фенольную смолу марки AMF 30×60 (ТУ LVUTN-40003245470-10-02), фирмы «Biolar» (Латвия), представляющую собой раствор тощего лака, модифицированного тунговым маслом и фенол-формальдегидной смолой, содержащей 59-61% массовой доли нелетучих веществ;
б) алкидно-фенольную смолу марки АФ-033 ТУ 2311-025-54651722-2002, представляющую собой раствор глифталевой смолы в ксилоле, модифицированной канифолью и фенольной смолой, содержащей 53±2% массовой доли нелетучих веществ;
в) алкидно-уретановую смолу марки «Корундинол УПФТал-55» ТУ 2311-030-72311668-2006, представляющую собой раствор пентафталевой смолы в уайт-спирите, модифицированной жирными кислотами таллового масла и толуилендиизоцианатом, содержащей 49±2% массовой доли нелетучих веществ;
г) алкидно-стирольный лак МС-25 (ТУ 6-10-1403-78), представляющий собой раствор в ксилоле или смеси ксилола со скипидаром алкидной смолы, модифицированной стиролом и смесью высыхающего или полувысыхающего тунгового масла.
В качестве реологической добавки могут быть использованы, например, поверхностно-активное вещество на основе жирного амина марки TROYSOL, ТЕЛАЗ-15 по ТУ2433-061-27991970-04, фирмы «Автоконинвест», представляющая собой аминоамид жирных кислот в растворителе с массовой долей нелетучих веществ: 50%(±2). Предпочтительно использование импортной реологической добавки, идущей под торговым названием TROYSOL фирмы «Troy» (США), например, TROYSOL 98C, представляющей собой поверхностно-активное вещество на основе жирного амина. Кроме того, могут быть использованы другие реологические добавки, например, как в прототипе: органофильный бентонит SD-1, производства Великобритании, соевый лецитин по ТУ 9146-203-00334534-97.
В качестве наполнителя применяют, например, микротальк, омиакарб, микробарит и другие;
В качестве преобразователя ржавчины используют танин и производные танина, например, Алкофор АС фирмы Когнис (Германия) и другие, предпочтительно использование преобразователя ржавчины идущего под торговым названием «Korrodur» фирмы Schwegmann (Германия), представляющего собой раствор смачивающего вещества, содержащего танин и производные танина. В качестве фосфата цинка используют, например:
а) фосфат цинка по ТУ 2329-002-13938162-2004, фирмы ООО «Кронакрил»:
б) фосфат цинка марки НС093, фирмы НСА, Голландия и другие.
В качестве спекулярита первой фракции и спекулярита второй фракции применяют любой спекулярит, выделяя или получая необходимые по предлагаемому изобретению фракции, например:
а) алтайского месторождения «Рудный Лог» с содержанием окислов кремния, алюминия, магния и кальция соответственно не более 2,5; 1,8; 0,2; и 0,3%;
2
3
2
3
2
б) марки Miox фирмы Kämtner Montanindustrie (Австрия), содержащую FeO 85-94%, АlО - 2-3%, MgO - 1-2%, Ca - 0,3%, SiO - 3-6%, Pb<0.1%;
2
3
2
3
2
2
в) марки Nubifer фирмы «Nubiola» (Испания), содержащую FeO 89-94%, АlО - 1,9%, MgO - 0,1%, Ca - 0,4%, SiO - 4,2%, KO 0,2%.
В качестве органических растворителей используют, например, ксилол, уайт-спирит, бутилацетат и другие.
В качестве сиккатива используют, например:
а) сиккатив «Радуга»-3.1 по ТУ 2311-001-59344679-04 с массовой долей металлов: Pb 13,0-17,0%, Zn 2.5-6.5%, Со 0,8-1,2%;
б) сиккатив марки LB-2, фирмы «Biolar», Латвия с массовой долей металлов: Pb 15,0±0,3%, Мn 0,9±0,1%, Со 1,2±0,1%,;
в) сиккатив марки ОктаХим 1,2,3 (Со 0,5; Мn 1,0; Zn 2,0) ТУ 2311-001-79229214-2007 и другие.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое сочетание компонентов с первой фракцией спекулярита с размером частиц не менее 63 мкм серого цвета, пластинчатой структуры и совместно со второй фракцией секуляритита с размером частиц не более 20 мкм красно-коричневого цвета в соответствующем процентном соотношении создают надежный барьер для проникновения влаги и агрессивных сред к металлической поверхности. Если первая фракция спекулярита, в предлагаемом соотношении компонентов, создает защитный барьер за счет пластинчатой структуры, то вторая фракция спекулярита за счет своей мелкодисперсной структуры дополнительно заполняет все промежутки между пластинками спекулярита второй фракции, т.е. цементирует пластинчатую структуру и не дает влаге или агрессивным средам проникнуть под пластинчатую структуру и попасть на металлическую поверхность.
Кроме того, вторая фракция спекулярита повышает абразивостойкость композиции и тем самым повышает прочность к истиранию, а следовательно, и долговечность покрытия.
Вторая фракция спекулярита выполняет одновременно роль пигмента, окрашивая композицию в яркий коричнево-красный цвет.
2
3
Композиция позволяет хорошо преобразовать ржавчину не только за счет введения преобразователя ржавчины, содержащего танины и производные танинов, которые взаимодействуют с ржавчиной, преобразовывая ее в неактивное соединение, но и за счет их взаимодействия с FеO спекулярита первой и второй фракций. Оптимальное процентное соотношение спекулярита первой и второй фракций, совместно с преобразователем ржавчины обеспечивает отличную адгезию композиции к металлической поверхности. Были проведены испытания в камере соляного тумана с воздействием на металлические образцы, покрытые заявленной композицией, коррозионно-активной средой, содержащей хлористый натрий и сернистый газ. Испытание проводились по методу Б ГОСТ 9.401. На испытуемых образцах делали крестообразный надрез для определения стойкости композиции к воздействию соляного тумана и степени распространения. По ГОСТ 9.401 метод Б образец должен простоять в камере не менее 240 ч. Образец с предлагаемой композиций простоял в камере соляного тумана более 1200 часов, и на поврежденной поверхности металла коррозии не обнаружено.
В предполагаемом изобретении большой процент содержания первой и второй фракций спекулярита стал возможен благодаря оптимальному процентному соотношению реологической добавки, преобразователя ржавчины и наполнителя, которые препятствуют осаждению частиц спекулярита первой и второй фракций, а создают из них прочный барьерный щит. Этот барьерный щит позволяет повысить антикоррозионные свойства, абразивостойкость, долговечность покрытия по сравнению с прототипом; снизить себестоимость, заменив дорогостоящий высокодисперсный цинковый порошок на более дешевый спекулярит и обеспечить способность преобразовывать ржавчину без тщательной подготовки металлической поверхности.
Таким образом, предлагаемая композиция, состоящая из алкидно-фенольной смолы, спекулярита первой фракции, спекулярита второй фракции, наполнителя, антикоррозионного пигмента, реологической добавки, преобразователя ржавчины в предлагаемом процентном соотношении компонентов, который установлен опытным путем, в совокупности обеспечивает синергетический эффект, проявляющийся в повышении количественных показателей защитных свойств при себестоимости, низкой в сравнении с прототипом.
Композицию готовят смешением в дисольвере с дальнейшем прогоном через бисерную мельницу типа «Neitsch» в расчетном количестве раствора полимерного пленкообразующего вещества в органическом растворителе, спекулярита двух фракций, наполнителя в течение 45-60 минут до перетира не более 40 мкм по прибору «гриндометр», затем добавляют реологическую добавку, преобразователь ржавчины, сиккатив и состав дополнительно перемешивают в течение 10-15 минут.
Композицию наносят на поверхность металла после удаления только рыхлой части ржавчины металлической щеткой методом пневматического или безвоздушного распыления, кистью, валиком. Толщина одного слоя покрытия составляет 30-40 мкм.
Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице 1. Время высыхания композиции до степени 3 при температуре (20±2)°С не более 30-45 мин, а при температуре (80±5)°С не более 10 мин. Время высыхания определено по ГОСТ 19007.
Для достижения хорошего антикоррозионного эффекта следует наносить не менее двух слоев покрытия, обеспечивая толщину слоя до 80 мкм. Результаты испытаний композиции приведены в таблице 2.
Для испытаний состава композиции используют образцы из листовой стали размером (70×150×0.8)мм, окрашенные предлагаемой композицией. На пластины наносят два слоя композиции. Условную вязкость композиции определяют по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20±2)°С по ГОСТ 8420. Прочность пленки при ударе определяют по прибору У-1 ГОСТ 4765. Эластичность пленки при изгибе определяют по ГОСТ 6806. Адгезию покрытия определяют по ГОСТ 15140, методом решетчатых надрезов. Твердость покрытия определяют по маятниковому прибору типа МЗ ГОСТ 5233. Стойкость покрытия к статическому воздействию жидкостей определяют по ГОСТ 9.403. Испытуемые образцы с нанесенной на них композицией полностью погружают в соответствующие жидкие среды. Ускоренные климатические испытания проводят в соответствии с ГОСТ 9.401 по циклам, имитирующим условия эксплуатации в открытой атмосфере умеренного климата (У 1) по методу 2 и умеренно холодного климата (УХЛ 1) по методу 3.
После испытания оценивают декоративные и защитные свойства композиции по ГОСТ 9.407.
Данные таблицы показывают, что предлагаемая композиция превосходит прототип по времени высыхания, абразивостойкости, защитным свойствам, особенно к воздействию соляного тумана, долговечности.
Более высокие защитные свойства предлагаемой композиции позволяют использовать ее на прокорродировавшем металле в химически агрессивных условиях в зонах с умеренным и умеренно холодным климатом.
Таблица 1
Компоненты, мас.%
Прототип по патенту №2304602
Примеры по изобретению
1
2
3
4
5
6
7
Модифицированный алкидный
пленкообразователь:
а) АФ-033
17,0
-
-
30,0
-
-
-
-
-
б) АМФ 30×60
-
14,0
21.0
-
25,0
35,0
-
35,0
-
в) «Корундинол УПФТал-55»
-
-
-
-
-
35,0
-
-
г) МС-25
-
-
-
-
-
-
-
-
30,0
высокодисперсный цинковый
-
-
-
-
-
-
порошок
60,0
57,3
-
-
-
-
-
-
-
сиккатив:
а)ЖК-12
0,5
-
-
-
-
-
-
-
0,5
б)LB-2
-
0,2
-
-
-
-
0,5
-
-
в) «Радуга»-3.1
-
-
1,0
0,7
1,0
-
-
-
-
г) ОктаХим 1,2,3
-
-
-
-
-
0,5
-
0,5
-
Реологическая добавка:
а) Бентонит органофильный
м.SD-1
1,0
0,5
-
-
-
-
-
1,0
-
Лецитин соевый
1,0
0,5
-
-
-
-
-
-
1,0
б) TROYSOL-98C
-
-
2.0
-
2,0
-
1,0
-
-
в) ТЕЛАЗ-15
-
-
-
2,0
-
1,0
-
-
-
Окись цинка
8,0
13,5
-
-
-
-
-
-
-
Спекулярит первой фракции
а) месторождения «Рудный
Лог»
-
-
-
-
-
30,0
20,0
24,0
-
б) марки Miox
-
-
22,0
25,0
-
-
-
-
-
в) марки Nubifer
-
-
-
-
23,0
-
-
-
21,0
Спекулярит второй фракции
а) месторождения «Рудный
Лог»
-
-
-
12,5
10,0
-
15,0
12,0
-
б) марки Miox
-
-
10,0
-
-
6,0
-
-
-
в) марки Nubifer
-
-
-
-
-
-
-
-
9,0
Наполнители:
-
-
-
-
-
-
-
-
а) Микротальк
-
-
-
-
-
-
12,0
4,0
7,0
б) Омиакарб 2Х-КА
-
-
12,0
8,0
-
4,0
-
-
в) микробарит
-
-
-
-
9,0
-
-
-
8,0
Фосфат цинка
-
-
10,0
6,5
7,0
9,0
5,0
9,0
7,0
Преобразователь ржавчины
Korrodur
-
-
2,0
1,0
1,5
2,0
3,0
2,0
-
Алкофор AC - производное
-
-
-
-
-
-
-
-
1,5
танина
Органический растворитель:
а) толуол
12,5
14,0
-
14.3
-
-
-
4,5
-
б) ксилол
-
-
16,0
-
18,0
12,5
-
8,0
-
в) уайт-спирит
-
-
4,0
-
-
-
8,5
-
15,0
г) бутилацетат
-
-
-
3,5
Таблица 2
Результаты испытаний
Наименование показателей
Предлагаемая композиция
Прототип по патенту 2284342
Составы из таблицы 1
1
2
3
4
5
6
7
Условная вязкость композиции, с
55
60
58
62
56
62
50
41,0
39,0
Прочность пленки при ударе, см
50
50
50
50
50
50
50
50,0
50,0
Эластичность пленки при изгибе, мм
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Адгезия покрытия, баллы
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Время высыхания до степени 3, ч при температуре (20±2)°С
45 мин
40 мин
40 мин
35 мин
35 мин
45 мин
45 мин
1
2
Твердость покрытия, усл. ед.
0.45
0.48
0,41
0,40
0,5
0,35
0,37
0.3
0.32
Стойкость покрытия при температуре (20±2)°С к статическому воздействию трансформаторного масла, ч
72
48
72
48
72
72
48
72
60
Стойкость покрытия к воздействию соляного тумана, ч
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
240
240
Стойкость покрытия к истиранию, кварцевый песок, г/м<sup>2</sup>
18,6
15,8
20,1
16,4
20,3
16,4
15,3
40,4
35,6
Долговечность композиции по ГОСТ 9.401-91, лет не менее
8
8
8
8
8
8
8
5
5