СТОЙКИЙ К РАЗРУШЕНИЮ ЭПОКСИДНЫЙ СОСТАВ
FRACTURE-RESISTANT EPOXIDE COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в общем относится к области защитных от коррозии эпоксидных покрытий. В частности, изобретение относится к более гибким и стойким к разрушению эпоксидным покрытиям.
Уровень техники
Оплавленные эпоксидные (ОЭ) (FBE) порошки и жидкие смолы обычно используют для защиты от коррозии стальных трубопроводов и металлов, используемых в нефтяной, газовой и строительной промышленности. Эти покрытия могут наноситься на различные части для защиты от коррозии. Примеры применений включают в себя клапаны, насосы, выпускные фланцы, трубопроводы, хомуты для крепления труб, лестницы, стальная арматура, сетки, кабельный и проволочный трос, двутавровые балки, столбцовые катушки, анкерные пластины, кронштейны и тому подобное.
ОЭ покрытие должно иметь превосходные физические свойства, чтобы минимизировать повреждения во время перевозки, установки и работы. Повреждение в покрытии может привести к более высокой возможной коррозии металлической поверхности, которую защищает покрытие, и, в конечном счете, может привести к уменьшению срока службы. Так как пыль и песок могут проникать в покрытие во время транспортировки, покрытие должно иметь высокую стойкость к проницаемости и истиранию. Кроме того, покрытие должно иметь высокое сопротивление удару от засыпки землей или обращения с оборудованием во время установки. Покрытие подложки зачастую изгибают во время установки, например, для подгонки в контур земли, и оно должно быть достаточно гибким, чтобы предотвратить повреждение в покрытии. Иногда трубы укладывают в почву посредством прямого бурения, и они должны поэтому иметь превосходную стойкость к истиранию. В работе на покрытие может воздействовать вода и другие химикаты, и оно должно быть поэтому стойким к этим химикатам, а также иметь хорошую катодную несвязность.
Предпринято несколько попыток сделать ОЭ покрытия более стойкими к механическому повреждению. Как правило, толщину общего покрытия увеличивают для обеспечения добавочного поглощения удара и истирания. Однако по мере того, как толщина покрытия увеличивается, гибкость покрытия уменьшается. Другим общепринятым подходом к увеличению стойкости к повреждению покрытия является введение наполнителя. Однако аналогично проблеме с толстыми покрытиями более высокое введение наполнителя может значительно уменьшить гибкость ОЭ покрытия. Как упомянуто ранее, гибкость покрытия очень важна во время установки, и покрытие должно быть стойким к изгибанию. Стойкие к ударам покрытия, доступные в настоящее время, требуют компромисса между жесткостью и гибкостью.
Сущность изобретения
В первом примерном варианте осуществления настоящего изобретения композиция включает в себя сшиваемую эпоксидную смолу, тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата и заполнитель. Тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата имеет отношение концентраций от примерно 1:1:1 до примерно 1:1:1,5.
В другом варианте осуществления способ защиты изделия включает в себя покрытие изделия композицией и отверждение композиции при нанесении на изделие. Композиция включает в себя сшиваемую эпоксидную смолу, тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата и заполнитель. Тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата предпочтительно имеет отношение концентраций от примерно 1:1:1 до примерно 1:1:1,5.
В еще одном варианте осуществления изделие включает в себя подложку с внешней поверхностью и покрытие, расположенное на по меньшей мере части этой внешней поверхности. Покрытие включает в себя тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата с отношением концентраций от примерно 1:1:1 до примерно 1:1:1,5. Покрытие соответствует тесту на гибкость CSA Z245.20-02-12.11 при -30°С.
Эти и другие объекты настоящего приложения будут очевидны из подробного описания изобретения ниже. Ни в коем случае, однако, вышеупомянутая сущность не должна толковаться как ограничения на заявленный предмет, каковой предмет определен исключительно приложенной формулой изобретения, которая может быть заменена в процессе рассмотрения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является видом в перспективе покрытия, расположенного в трубной подложке, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает изображение, сравнивающее покрытие, аналогичное по составу с традиционным стойким к повреждению покрытием, и покрытие, сформированное в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Хотя чертежи излагают вариант осуществления изобретения, предусматриваются также и другие варианты осуществления, как отмечено в обсуждении. Во всех случаях данное раскрытие представляет изобретение посредством представления, а не ограничения. Должно быть понятно, что другие многочисленные изменения и варианты осуществления, которые попадают в объем и сущность принципов изобретения, могут быть разработаны специалистами. Чертежи могут быть изображены не в масштабе.
Подробное описание
Фиг.1 является видом в перспективе покрытия 10 по настоящему изобретению при использовании с подложкой, например, трубой 12. Покрытие 10 получено из композиции по настоящему изобретению, которое увеличивает способность удлинения покрытия 10 без отрицательного влияния на другие свойства покрытия, такие как температура стеклования покрытия 10. Способность удлинения покрытия 10 дает в результате гибкое покрытие, которое является стойким к повреждениям. Покрытие 10 может быть одинарным или многослойным термоотверждаемым эпоксидным покрытием и может иметь высокую стойкость к ударам и истиранию, что делает покрытие 10 долговечным и противостоящим обычному износу и истиранию, связанным с транспортировкой и использованием трубы 12 или другой подложки. Тем самым, примерный вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает покрытие 10, являющееся более гибким, стойким к повреждениям покрытием, которое сохранят прочность, необходимую в экстремальном окружении, таком как находящийся на открытом воздухе трубопровод и места строительства.
Эти вышеупомянутые характеристики делают покрытие 10 особенно желательным для защиты труб, стальной арматуры и других металлических подложек во время транспортировки и использования в участках для строительства даже в условиях экстремального окружения. Хотя фиг.1 описана в ссылке на трубу как подложку, покрытие 10 может быть применено к любой металлической подложке, в которой стойкость к коррозии является желательной характерной особенностью, в том числе - но не ограничиваясь ими - к стальным трубам, клапанам, насосам, выпускным фланцам, трубопроводам, хомутам для крепления труб, лестницам, стальной арматуре, сеткам, кабельным и проволочным тросам, двутавровым балкам, столбцовым катушкам, анкерным пластинам и кронштейнам.
Композиция покрытия 10 включает в себя сшиваемую эпоксидную смолу, тройной блоксополимер полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата и заполнитель. Покрытие 10, образованное из этой композиции, имеет высокую стойкость к ударам и истиранию, а также увеличенную гибкость. Все концентрации выражены здесь в массовых процентах, если не установлено иное. Подходящие концентрации компонентов в композиции находятся в пределах от примерно 20% до примерно 80% сшиваемой эпоксидной смолы, от примерно 1% до примерно 20% тройного блоксополимера и от примерно 0,001% до примерно 65% заполнителя на основе общей составной массы композиции. Особенно пригодные концентрации компонентов в композиции по настоящему изобретению находятся в пределах от примерно 35% до примерно 70% сшиваемой эпоксидной смолы, от примерно 5% до примерно 15% тройного блоксополимера и от примерно 30% до примерно 60% заполнителя на основе общей составной массы композиции. Специалисты оценят подходящие пределы концентраций компонентов для получения сравнимых физических свойств изготавливаемых изделий.
Например, особенно пригодные концентрации компонентов в композиции для трубной подложки, где могут потребоваться большая стойкость к повреждениям и меньшая гибкость, находятся в пределах от примерно 30% до примерно 70% сшиваемой эпоксидной смолы, от примерно 5% до примерно 15% тройного блоксополимера и от примерно 30% до примерно 60% заполнителя на основе общей составной массы композиции. Кроме того, может быть использовано от примерно 0,69% до примерно 5% отверждающего средства. В другом примере особенно пригодные концентрации компонентов в композиции для подложки в виде стальной арматуры, где могут потребоваться большая гибкость и меньшая стойкость к удару, находятся в пределах от примерно 50% до примерно 80% сшиваемой эпоксидной смолы, от примерно 5% до примерно 15% тройного блоксополимера и от примерно 3% до примерно 30% заполнителя на основе общей составной массы композиции. Кроме того, может быть использовано от примерно 0,69% до примерно 15% отверждающего средства.
В предпочтительных вариантах осуществления тройной блоксополимер имеет отношение концентраций полистирола-полибутадиена-полиметилметакрилата в пределах от примерно 1:1:1 до примерно 1:1:1,5, более предпочтительно примерно 1:1:1.
Примеры подходящих сшиваемых эпоксидных смол включают в себя - но не ограничиваются ими - Bis-A смолы 4-го, 1-го, 7-го и 9-го типов, смолы Novolak и высокотемпературные смолы. Пример особенно подходящей сшиваемой эпоксидной смолы включает в себя - но не ограничивается ими - фенол, 4.4'-(1-метилетилиден)бис-полимер с 2,2'-[(1-метилетилиден)бис(4.1-фенилен оксиметилен)]бис[оксирен] смолами. Коммерчески доступные примеры подходящих сшиваемых эпоксидных Бис-А смол 4-го типа включают в себя - но не ограничиваются ими - Epon 2004 и Epikot 3004, доступные от Hexion Specialty Chemicals, Incorporated, Хьюстон, Техас; DER 664 UE и DER 664 U, доступные от Dow Chemical Company, Мидлэнд, МИ; Epotec YD 903HE, доступные от Thai Epoxies. Бангкок. Таиланд; NPES-904Н, доступные от Kukdo Chemical Company, Limited, Сеул, Корея; GT-6084, доступные от Huntsman Petrochemical Corporation, Порт Нечес, Техас; 6004, доступные от Pacific Epoxy Polymers, Incorporated. Питтсфилд, Нью-Гемпшир; и XU DT 273, GT-9045 и GT-7074, доступные от Ciba Specialty Chemicals Corporation, Гринсборо, Северная Каролина. Коммерчески доступные примеры подходящих смесей эпоксидных Bis-A смол 1-го типа включают в себя - но не ограничиваются ими - Epon 1001F, доступный от Hexion Specialty Chemicals, Incorporated, DER 661, доступный от Dow Chemical Company, и GT-7071 и GT-9516, доступные от Ciba Specialty Corporation.
Пример особенно пригодного тройного блоксополимера включает в себя - но не ограничивается ими - полистирол-полибутадиен-полиметилметакрилат (SBM). Примеры коммерчески доступного тройного блоксополимера SBM включают в себя - но не ограничиваются ими - Nanostrength SBM Е-20, доступный от Arkema, Inc., Филадельфия, Пенсильвания.
Примеры подходящих заполняющих материалов включают в себя - но не ограничиваются ими - неорганические заполнители, метасиликат кальция, сульфат бария, силикат кальций-натрий-алюминия и карбонат кальция. Примеры коммерчески доступных заполняющих материалов включают в себя - но не ограничиваются ими - Vansil W 20 и W 50, доступные от Vanderbilt R.T. Company, Inc., Норволк, Коннектикут; Minspar 3, 4, 7 и 10, доступные от Kentucky-Tennessee Clay Company, Мэйфилд, Нью-Йорк; Purtalc 6030, доступный от Charles В.Chrystal Co., Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк; Bariace B-30 и В-34, доступные от CIMBAR, Картесвилл, Джорджия; Feldspar G-200, КТ4, КТ7, доступные от Feldspar Corporation, Атланта, Джорджия; и Busan 11-M1, доступный от Buckman Laboratories, Мемфис, Теннесси.
Композиция покрытия 10 может также включать в себя дополнительные вещества в меняющихся концентрациях, как может потребоваться в частных надобностях. Например, композиция может дополнительно включать в себя отвердители или отверждающие вещества, пигменты, катализаторы, способствующие протеканию средства, воск, ожижающие вещества и их комбинации.
Например, покрытие может включать в себя от примерно 0,69% до примерно 15% отвердителя или отверждающего вещества. Примеры подходящих отвердителей включают в себя - но не ограничиваются ими - фенольные отвердители, дициандиамиды, имадазолы и 3',4'-бензофенон тетракарбоксильный диангидрид. Примеры коммерчески доступных отвердителей включают в себя - но не ограничиваются ими - Dicyandiamid AB 04, доступный от Degussa Corporation, Парсиппэни, Нью-Джерси; эпоксидные отверждающие вещества D.E.H. 85 и D.E.H. 87, доступные от Dow Chemical Corporation, Фрипорт, Техас; и Amicure CG, Amicure CG-325, Amicure CG-1200, Amicure CG-1400, Dicyanex 200-X, Dicyanex 325 и Dicyanex 1200, доступные от Pacific Anchor Chemical Corporation, Лос-Анджелес, Калифорния.
Примеры подходящих пигментов включают в себя неорганические и органические пигменты. Примеры подходящих неорганических пигментов включают в себя - но не ограничиваются ими - карбонаты, сульфиды, силикаты, хроматы, молибдаты, металлы, окислы, сульфаты, ферроцианиды, углерод и синтетические вещества. Примеры подходящих органических пигментов включают в себя - но не ограничиваются ими - азо-типа, ват-типа и моноазо. Примеры подходящих коммерчески доступных пигментов включают в себя - но не ограничиваются ими - Titanium Dioxide SMC 1108, доступную от Special Materials Company, Дойлестоун, Пенсильвания, и Ferroxide Brown 4171, доступный от Rockwood pigments, Beltsville, Миссисипи.
Примеры подходящих катализаторов - но не ограничиваются ими - имидазолы, ангидриды, полиамиды, алифатические амины и третичные амины. Примеры особенно подходящих катализаторов включают в себя - но не ограничиваются ими - 2-метилимидазол и 2,4,6-трис диметиламинометил фенол. Примеры подходящего коммерчески доступного катализатора включают в себя - но не ограничиваются ими - Epi-Cure P103, доступный от Hexion Specialty Chemicals, Incorporated, Хьюстон, Техас.
Примеры подходящих помогающих потоку средств включают в себя - но не ограничиваются ими - агенты дегазации или удаления пены, выравниватели и увлажняющие средства. Примеры подходящих коммерчески доступных помогающих потоку средств включают в себя - но не ограничиваются ими - Resiflow PL 200, доступное от Estron Chemical, Incorporated, Кэлвер Сити, Кентукки.
Примеры подходящих восков включают в себя - но не ограничиваются ими - полиэтиленовый воск, синтетический воск и политетрафторэтиленом. Примеры коммерчески доступного полиэтиленового воска включают в себя - но не ограничиваются ими - МРР 620F, доступный от Micro Powders, Inc., Тэрритаун, Нью-Йорк.
Примеры подходящих ожижающих агентов включают в себя - но не ограничиваются ими - пирогенные кремнеземы, такие как гидрофобные и гидрофильные кремнеземы. Примеры коммерчески доступных гидрофобных пирогенных кремнеземов включают в себя - но не ограничиваются ими - N20, Т30, Т40, доступные от Wacker Silicones, Адриан, Мичиган, и М5, HS5, Е5Н и НР60, доступные от Cabot Corporation, Тускола, Иллинойс. Примеры коммерчески доступных гидрофильных пирогенных кремнеземов включают в себя - но не ограничиваются ими - H15 и H18, доступные от Wacker Silicones, Адриан, Мичиган; и СТ1221, доступный от Cabot Corporation, Тускола, Иллинойс.
Композиции покрытия 10 имеют увеличенную гибкость и стойкость к растрескиванию при изгибании. Тройной блоксополимер дает возможность покрытию 10 противостоять растрескиванию при изгибании с изменяющимися градусами на диаметр трубы (°/PD) при изменяющихся температурах. Свойства гибкости композиций покрытия 10 измеряются согласно тесту на гибкость, приведенному ниже в разделе Примеры описания. Как показано ниже, примерные варианты осуществления покрытия 10 совместимы с Тестом на гибкость CSA Z245.20-02-12.11 при -30°С. Кроме того, пример увеличенной гибкости представляет собой наблюдение отсутствия растрескиваний после изгибания образца покрытия с композицией покрытия 10 на 4°/PD при -30°С. Так как композиция покрытия 10 имеет увеличенную гибкость, она менее хрупкая и склонная к повреждению во время транспортировки и при использовании. Покрытие 10, тем самым, является более долговременным и способным противостоять неправильной эксплуатации, такой как изгибание, даже в чрезвычайных условиях, таких как при температуре -30°С.
Например, Фиг.2 показывает изображение покрытия 24 (имеющего тот же состав, что и в Сравнительных Примерах С и D, ниже) и изображение покрытия 20, которое содержит покрытие в соответствии с описанием покрытия 10, описанного выше. Фиг.2 показывает покрытия 24 и 20 после того, как они подверглись 4°/PD тесту на изгибание при -30°С. Как видно из Фиг.2, на покрытии 24 проявляются многочисленные сильные горизонтальные трещины, наблюдаемые человеческим глазом. В противоположность этому, на покрытии 20 не проявляется наблюдаемых сильных трещин.
Композиция покрытия 10 имеет также подходящую стойкость к удару и истиранию. Стойкость к удару и истиранию примерных композиций покрытия 10 измеряется согласно тесту на истирание и тесту на стойкость к удару, предоставленному ниже в секции Примеры в описании. Наблюдалось, что добавление SBM тройного блоксополимера не имеет негативного воздействия ни на стойкость к удару, ни на стойкость к истиранию. В соответствии с примерным вариантом осуществления может быть предусмотрено ОЭ покрытие, где пользователю больше не нужно идти на компромисс между гибкостью и прочностью. Стойкость к механическим повреждениям покрытия 10 так же эффективна, как и стойкость к механическим повреждениям традиционных стойких к повреждению покрытий. Кроме того, покрытие 10 имеет увеличенную гибкость по сравнению с традиционными стойкими к повреждениям покрытиями.
Покрытие 10 может быть изготовлено с помощью процесса смешивания и экструдирования. В одном примерном варианте осуществления смолы, заполнитель и тройной блоксополимер (и для данного примера, отвердители, катализаторы, пигменты и средства управления потоком) смешиваются в мешалке с большими сдвиговыми усилиями (образец Thermo Prism #B21R 9054 STR/2041) при примерно 4000 оборотах в минуту (об/мин). После предварительного смешивания образцы смешиваются в расплаве с помощью двенадцатидюймового вращающегося в одном направлении двойного винтового экструдера образцы #МР-2019 15;1 с формами 17-90 и формами 2-60 в пределах пропускной способности от примерно 50-60 граммов в минуту. Экструдированное вещество затем растирается, и ожижающее вещество, здесь пирогенный кремнезем, добавляется до желательной процентной массы. Конечный состав затем снова смешивается с помощью мешалки с большими сдвиговыми усилиями при 4000 об/мин. После смешивания вещество просеивается с помощью сита № 60.
Сухой эпоксидный порошок затем наносится на предварительно' прогретую на (430°F) отпескоструенную, отделанную почти до белого металла горячекатаную стальную поверхность с помощью псевдоожиженной подложки. Отделка почти до белого металла представляет металлические поверхности, которые обработаны для удаления существенной грязи, окалины, продуктов ржавления, окислов, краски и других инородных веществ. Покрытие затем наносится толщиной примерно 0,02 дюйма. Покрытые полосы затем дополнительно отверждаются за две минуты при 400°F в печи и быстро охлаждаются водой за две минуты.
Таким образом, примерные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают композицию покрытия, которая является более гибкой и стойкой к повреждениям, обеспечивающей стойкость к коррозии для трубы (и стальной арматуры и других подложек).
Процедуры анализа и определения свойств
Различные аналитические методы доступны для характеризации покрытия по настоящему изобретению. Несколько аналитических методов применены здесь. Объяснение этих аналитических методов следует ниже.
ПРИМЕРЫ
Настоящее изобретение более конкретно описано в нижеследующих примерах, которые предназначены только в качестве иллюстраций, так как многочисленные изменения и варианты в объеме настоящего изобретения будут очевидны для специалистов. Если не отмечено иное, все части, проценты и отношения, представленные в нижеследующих примерах, основаны на массе, и все реактивы, использованные в примерах, были получены или доступны от химических поставщиков, описанных ниже, или могут быть синтезированы посредством традиционных методов.
Использованные материалы
EPON 2004 и EPON 1001F: эпоксидные смолы, доступные от Hexion Specialty Company, Хьюстон, Техас.
Дициандиамид AD 04: отверждающий дициандиамид, доступный от Degussa Corporation, Парсиппани, Нью-Джерси.
D.E.H. 85: фенольный отвердитель, доступный от Dow Chemical Co., Фрипот, Техас.
Feldspar G-200: неорганический заполняющий материал, доступный от Kentucky-Tennessee Clay Company, Мэйфиелд, Кентукки.
Vansil W20: неорганический заполняющий материал, доступный от R.T.Vanderbilt Chemicals, Норволк, Коннектикут.
Wollastokup 10012: неорганический заполняющий материал, доступный от NYCO Minerals Inc., Вилсборо, Нью-Йорк.
Huberbrite 10: неорганический заполняющий материал, доступный от J.M.Huber Corporation, Макон, Джорджия.
Zeeospheres G-800, Zeeospheres G-600: заполняющий материал, доступный от Zeelon Industries, Сент-Пол, Миннесота.
Nanostrength SBM Е-20: полимер 1,3-бутадиена, стирола, метил метакрилата, имеющий отношение между приблизительно 1:1:1 и приблизительно 1:1:1,5 стирол: бутадиен: метил метакрилат, доступный от Arkema, Incorporated, Филадельфия, Пенсильвания.
Nanostrength SBM E-40: полимер 1,3-бутадиена, стирола, метил метакрилата, имеющий отношение приблизительно 3:1:2: стирол: бутадиен: метил метакрилат, доступный от Arkema, Incorporated, Филадельфия, Пенсильвания.
Nanostrength BA/MMA М-22: тройной блоксополимер МАМ, имеющий отношение приблизительно 3:2: бутил акрилат: метил метакрилат, доступный от Arkema, Incorporated, Филадельфия, Пенсильвания.
Epi-Cure P103: катализатор, доступный от Hexion Specialty Chemicals, Хьюстон, Техас.
SMC 1108: пигмент, доступный от Special Materials Company, Дойлстоун, Пенсильвания.
Ferroxid Brown 4171: пигмент, доступный от Rockwood Pigments, Белтсвилл, Мэриленд.
Resiflow PL 200, PF 67, Resiflow PH-240, Resiflow PH-241, Resiflow P-65F, Resiflow LFMBE-6, Octoflow St-70: средство управления потоком, доступное от Estron Chemical Incorporated, Калверт Сити, Кентукки.
Modaflow III: средство управления потоком, доступное от Synthron Inc. Ст.Луис, Миссури.
МРР 620F: полиэтиленовый воск, доступный от Micro Powders, Incorporated, Тэрритаун, Нью-Йорк.
М5, MS-5, CT-1111G, CT-1110F, CT-1221, EH-5, TS-720: пирогенные кремнеземы, доступные от Cabot Corp., Тускола, Иллинойс.
Aluminiumoxid С: пирогенный глинозем, доступный от Degussa Corp., Парсиппани, Нью-Джерси.
HDK H-18, HDK Т-30: пирогенные кремнеземы, доступные от Wacker Silicones Corporation, Адриан, Мичиган.
Следующие способы теста использовались для характеризации пленок, представленных в примерах:
Тест на изгиб Канадской ассоциации стандартов (CSA) Z245.20-02.11
Данный тест является измерением способности противостоять деформации во время изменения в размере подложки посредством воздействия изгибаниями до 3 градусов на диаметр трубы (3°/PD). Образцы горячекатаной стали размером 3/8''×1''×8'' были сначала нагреты в печи до 221°С за время между тридцатью минутами и двумя часами. Затем образцы удалили и покрыли толщиной между приблизительно 0,018 дюйма и приблизительно 0,023 дюйма композиции. Полосы затем были дополнительно отверждены в печи за приблизительно две минуты при 204°С. После удаления из печи полосы отверждались на воздухе приблизительно одну минуту и затем поливались водой приблизительно две минуты до достижения комнатной температуры. Когда полосы достигли комнатной температуры, они помещались в морозильник при -30°С на два часа. Полосы затем изгибались с помощью автоматического изгибателя полос при различных градусах на диаметр трубы и наблюдались на растрескивание. Полоса изгибалась так, что операция длилась не более десяти секунд и завершалась в течение тридцати секунд после того, как полоса удалялась из морозильника. Любые трещины, наблюдавшиеся в верхней половине дюйма покрытия, игнорировались.
Тест на выдалбливание
Данный тест является измерением того, насколько глубоко проницаемо покрытие при данной конкретной нагрузке на конкретном расстоянии. Образцы были протестированы при трех температурах: -30°С, 23°С и 60°С. 3М двойному отрезанному стержню позволяли остаться при желательной температуре в течение по меньшей мере 30 минут перед тестированием. Образцы сначала зажимались между нижними захватами прибора Instron 5500R модели 1122, а затем крепились с желательным вращающим моментом в устройстве, содержащем двойной отрезной конический бур. Скорость ползуна установилась на 10 дюймов в минуту, и каждая выемка имела 1 дюйм в длину. Глубина проникновения измерялась в милах (тысячных долях дюйма).
Тест на удар ASTM G14-88
Данный тест является измерением стойкости к удару, проявляемой образцом, покрытым композицией. Фиксированная масса удерживалась в вертикальном положении и падала с изменяющихся высот на образец для выработки энергии удара в точно определенном диапазоне. Смежные тестируемые высоты фиксировались пошагово. Любые трещины в покрытии обнаруживались посредством электрической проверки. Если пленка покрытия пробивалась на первоначальном падении, следующий тест выполнялся на более низкой высоте. Если пленка покрытия не пробивалась на начальном падении, второй тест выполнялся на более высокой высоте. Данная процедура повторялась 20 раз. Стойкость к удару определялась как величина энергии, требуемой для пробивания пленки покрытия.
Пример 1 и Сравнительные примеры А, В и С
Пример 1 является композицией, приготовленной в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, с концентраций компонентов (в масс. процентах) EPON 2004, EPON 1001F, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 1. Сравнительные примеры А и В являются сравнительными композициями с концентрацией компонентов (в масс. процентах) EPON 2004, EPON 1001F, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-40 и M22, соответственно, Epi-cure P103, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 1. Сравнительный пример С является сравнительной композицией с концентрацией компонентов (в масс.процентах) EPON 2004, EPON 1001F, Dicy, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано также в Таблице 1.
Пример 1 и Сравнительные примеры А-С были произведены с помощью процессов смешивания и экструдирования. Образец покрытия был приготовлен посредством сухого смешивания смол, отвердителя, заполнителя, тройного блоксополимера, катализаторов, пигментов и средств управления потоком до точного массового процента в соответствии с Таблицей 1, в смесителе с высоким сдвиговым смещением (Thermo Prism модели # B21R 9054 STR/2041) при примерно 4000 оборотах в минуту (об/мин). В Примере 1 и в Сравнительных примерах А и В тройной блоксополимер был добавлен вместо заполнителя, чтобы сохранить общий состав на 100%. После предварительного смешивания образцы были перемешаны в расплавленном состоянии с помощью двенадцатидюймового вращающегося в одном направлении двойного винтового экструдера модели #МР-2019 15;1 с блоками 17-90 и блоками 2-60 в диапазоне пропускной способности от примерно 50-60 граммов в минуту. Экструдированное вещество было затем размолото, и пирогенный кремнезем был прибавлен до желательного массового процента. Окончательный состав затем снова перемешивался с помощью смесителя с высоким сдвиговым смещением при 4000 об/мин. После смешивания вещество просеивалось с помощью сита номер 60. Сухой порошковый эпоксид затем наносился на предварительно нагретые (430°F), подвергнутые пескоструйной обработке, доведенные до почти белого металла, горячекатаные стальные поверхности с помощью псевдоожиженной подложки. Покрытие затем доводилось до толщины примерно 0,02''. Покрытые полосы затем подвергались дополнительному отверждению в течение двух минут в печи при 400°F и быстро охлаждались водой в течение двух минут.
Образцы, покрытые композициями из Примера 1 и Сравнительных примеров А, В и С, тестировались на изгиб при -30°С. Таблица 1 представляет концентрации композиций и число наблюдавшихся сильных трещин в покрытиях после того, как их подвергли тесту на изгиб до 4 градусов на диаметр трубы (°/PD) (даже дальше, чем верхний конец 3°/PD Теста на изгиб CSA Z245.20-02-12.11), как анализировалось в соответствии с обсужденным выше способом, Примера 1 и Сравнительных примеров А, В и С.
Таблица 1
Пример 1, мас.%
Сравн. пр. А, мас.%
Сравн. пр. В, мас.%
Сравн. пр. С, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]
47
47
47
47
бис[этиленоксид]
Отверждающее вещество
0,69
0,69
0,69
0,69
Алюмосиликат кальция
40
40
40
50
Е-20 (SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
10
0
0
0
И-40 (СМБ) (3:1:2)
0
10
0
0
М-22 ВА/ММА от 3:2 до 2:1 (АВА)
0
0
10
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
1,33
1,33
Средство управления потоком
0,96
0,96
0,96
0,96
Пирогенный кремнезем
0,35
0,35
0,35
0,35
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
0
14,7
21,7
27,3
Данные, представленные в Таблице 1, иллюстрируют улучшение гибкости в Примере 1, вероятно, благодаря добавлению тройного блоксополимера, имеющего отношение концентраций примерно 1:1:1 полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата. В то время как в покрытии по Примеру 1 не наблюдалось никаких сильных трещин, в покрытии по Сравнительным примерам А-С наблюдались многочисленные сильные трещины. В частности, покрытие по Сравнительному примеру А показало 14,7 трещин. Покрытие по Сравнительному примеру В показало 23,7 трещин, а покрытие по Сравнительному Примеру С показало 27,4 трещин. Причина, по которой покрытие Примера 1 не показало никаких сильных трещин после изгибания на приблизительно 4°/PD, может быть частично в наличии Nanostrength SBM Е-20 в композиции, и, в частности, благодаря наличию и количеству бутадиена в Nanostrength SBM E-20.
Различие в композициях по Примеру 1 и Сравнительным примерам А и В было в количестве тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1. Nanostrength SBM E-40 в Сравнительном примере А не обеспечивает увеличенной гибкости вероятно благодаря более низкому отношению полибутадиена и более высокому отношению полистирола в композиции, что можно видеть в Таблице 1. Nanostrength ВА/ММА М-22, присутствующий в Сравнительном примере В, также не обеспечивал увеличенной гибкости вероятно потому, что он содержал в себе только метил метакрилат и не имел бутадиена. Сравнительный пример С не содержал в себе никакого тройного блоксополимера и показал наибольшее число сильных трещин.
Примеры 2 и 3 и Сравнительный пример D
Примеры 2 и 3 представляют собой композиции по настоящему изобретению с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, EPON 1001F, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 2. Сравнительный пример D представляет собой композицию с отношением концентраций (в массовых процентах) EPON 2004, EPON 1001F, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 2.
Примеры 2 и 3 и Сравнительный пример D были приготовлены с помощью того же самого способа, что и в Примере 1, за исключением того, что вместо добавления тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 взамен заполнителя, тройной блоксополимер добавлялся взамен эпоксидной смолы.
Образцы, покрытые композициями по Примерам 2 и 3 и Сравнительному примеру D, тестировались на стойкость к выдалбливанию, гибкость и термический анализ (с помощью теста дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC)). Таблица 2 представляет концентрации композиций и результаты тестов DSC на выдалбливание и гибкость для Примеров 2 и 3 и Сравнительного примера D.
Таблица 2
Пример 2, мас.%
Пример 3, мас.%
Сравн. пр. D, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден) бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]бис[этиленоксид]
42
32
47
Отверждающее вещество
0,62
0,48
0,69
Алюмосиликат кальция
50
60
50
E-20 (SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
5
5
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
1,33
Средство управления потоком
0,96
0,96
0,96
Пирогенный кремнезем
0,35
0,35
0,35
Tg1
56,77
56,81
56,5
Tg2
105,54
105,67
105,83
Глубина выдалбливания при комнатной температуре, мм
8,5
9,5
90
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
0
0
20,3
На температуру стеклования (Tg1) порошка и температуру стеклования Tg2 покрытия не влияло добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций примерно 1:1:1 полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата, что можно видеть из данных в Таблице 2 при сравнении Примеров 2 и 3 и Сравнительного примера D. На глубину выдалбливания также не влияло добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций примерно 1:1:1 полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата. Различия в глубине выдалбливания были относительно незначительны при тестировании при комнатной температуре. На характеристики гибкости покрытий влияло добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций примерно 1:1:1 полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата. Увеличение гибкости наблюдалось от 20 сильных трещин до 0 сильных трещин в Примерах 2 и 3 при добавлении 5% тройного блоксополимера. Таким образом, добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 может увеличивать гибкость покрытий без отрицательного воздействия на другие свойства, такие как температура стеклования и глубина выдалбливания.
Пример 4 и Сравнительный пример Е
Пример 4 представляет собой композицию по настоящему изобретению с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, EPON 1001F, D.E.H. 85, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 3. Сравнительный пример Е представляет собой сравнительную композицию с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, EPON 1001F, D.E.H. 85, Feldspar G-200, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 3. Пример 4 и Сравнительный Пример Е подготовились, используя подобные способы, как обсуждено выше в Примере 1.
Образцы, покрытые композициями по Примеру 4 и Сравнительному примеру Е, тестировались на удар и гибкость. Таблица 3 представляет концентрации веществ в массовых процентах и стойкость к удару покрытий с помощью теста на стойкость к удару ASTM G14-88, как анализировалось в соответствии с обсужденным выше способом, для образцов, покрытых композициями по Примеру 4 и Сравнительному примеру Е.
Таблица 3
Пример 4, мас.%
Сравн. пр. Е, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден) бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]бис[этиленоксид]
37
39
Отверждающее вещество
7,4
8
Алюмосиликат кальция
50
50
E-20 (SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
3
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
Средство управления потоком
1,36
1,36
Пирогенный кремнезем (от общего дробленого вещества)
0,35
0,35
Энергия удара, дюйм·фунт
129
88
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
1,3
21
После того как было определено, что тройной блоксополимер с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 показывал увеличенную гибкость без отрицательного воздействия на стойкость к истиранию при тестах на выдалбливание и температуру стеклования, определялась энергия удара по сравнению с покрытием, аналогичным композиции существующего стойкого к удару покрытия. Как можно видеть из результатов об энергии удара, показанных в Таблице 3, Пример 4 имеет по меньшей мере такую же хорошую или лучшую энергию удара, чем композиция по Сравнительному примеру Е. На энергию удара композиции покрытия по Примеру 4 не оказывалось влияния (или она стала немного лучше) вероятно благодаря добавлению тройного блоксополимера.
Также отмечается, что все примеры 1-4 согласуются с тестами на гибкость CSA Z245.20-02-12.11 (3°/PD при -30°С), хотя некоторые незначительные трещины наблюдались в некоторых примерах при 4°/PD при -30°С.
Примеры 5-14 и Сравнительный пример F
Примеры 5-14 представляют собой композиции по настоящему изобретению с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F, Cabot M5, Cabot MS-5, Cabot CT-1111G, Cabot CT-1110F, Cabot CT-1221, Aluminiumoxid C, EH-5, TS-70, HDK H-18 и Wacker HDK Т30, как показано в Таблице 4, при этом каждый пример имеет ожижающее вещество отличного типа, как показано в Таблице 5. Сравнительный пример F представляет собой сравнительную композицию с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Nanostrength SBM E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Cabot M5, как показано в Таблице 4.
Примеры 5-14 и Сравнительный пример F были приготовлены с помощью того же самого способа, что и в Примере 2, за исключением того, что полосы были предварительно нагреты до температуры 460°F и экспериментальный образец покрывался как двуслойное покрытие по Scotchkote 6233, покрытое до толщины 0,006 дюйма.
Образцы, покрытые композициями по Примерам 5-14 и Сравнительному примеру F, тестировались на гибкость. Таблица 4 представляет концентрации композиций, а Таблица 5 представляет результаты теста на гибкость в Примерах 5-14 и в Сравнительном примере F.
Таблица 4
Примеры 5-14, мас.%
Сравн. пр. Е, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]бис[этиленоксид]
42
47
Отверждающее вещество
0,7
0,69
Алюмосиликат кальция
50
50
E-20 (SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
5
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
Средство управления потоком
0,56
0,56
Ожижающее вещество (от общего дробленого вещества)
0,35
0,35
Таблица 5
Ожижающее вещество (0,35 мас.%)
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
Сравн. пр. F
Cabot M5
20,33
Пример 5
Cabot M5
3,33
Пример 6
MS-5
0,33
Пример 7
CT-1111G
0
Пример 8
CT-1110F
0
Пример 9
CT-1221
0
Пример 10
Aluminiumoxid С
0
Пример 11
EH-5
0,33
Пример 12
TS-720
0
Пример 13
HDKH-18
0
Пример 14
HDK T-30
0
На характеристики гибкости покрытия воздействовало добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1. Увеличение в гибкости наблюдалось от 20 сильных трещин до 0-3 сильных трещин в Примерах 5-14 при добавлении 5% тройного блоксополимера. Таким образом, добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 увеличивает гибкость покрытий. Кроме того, гибкость относительно независима от типа используемого ожижающего вещества.
Примеры 15-20 и Сравнительный пример G
Примеры 15-20 представляют собой композиции по настоящему изобретению с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Vansil W 20, Wollastokup, Huberbrite 10, Zeeospheres G-800, Zeeospheres G-600, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Aluminiumoxid С, как показано в Таблице 6, причем каждый пример имеет разный тип заполнителя, как показано в Таблице 7. Сравнительный пример G представляет собой сравнительную композицию с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Nanostrength SBM E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Aluminiumoxid С, как показано в Таблице 6.
Примеры 15-20 и Сравнительный пример G были получены с помощью того же самого способа, что и в Примерах 5-24. Образцы, покрытые композициями по Примерам 15-20 и Сравнительному примеру G, тестировались на гибкость. Таблица 6 представляет концентрации композиций, а Таблица 7 представляет результаты теста на гибкость для Примеров 15-20 и Сравнительного примера G.
Таблица 6
Примеры 15-20, мас.%
Сравн. пр. G, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]бис[этиленоксид]
42
47
Отверждающее вещество
0,6
0,66
Алюмосиликат кальция
50
50
E-20 (SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
5
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
Средство управления потоком
0,56
0,56
Ожижающее вещество (от общего дробленого вещества)
0,35
0,35
Таблица 7
Заполняющий материал (50% веса)
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
Сравн. пр. G
Feldspar
27
Пример 15
Feldspar
10,33
Пример 16
Vansil W-20
15,66
Пример 17
Wolastokup
14,33
Пример 18
Huberbrite 10
19,33
Пример 19
Zeeospheres G-800
9,66
Пример 20
Zeeospheres G-600
2,66
На характеристики гибкости покрытий воздействовало добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1. Увеличение в гибкости наблюдалось от 27 сильных трещин до 2-20 сильных трещин в Примерах 15-20 при добавлении 5% тройного блоксополимера. Таким образом, добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 может увеличить способность гибкости покрытий при способности использовать различные заполнители.
Примеры 21-28 и Сравнительный пример Н
Примеры 21-28 представляют собой композиции по настоящему изобретению с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1120, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, Modaflow III, BYK 360P, Resiflow PH-240, Resiflow PH-241, Resiflow P-65F, Octoflow St-70, Resiflow LFMBE-6, PF 67, MPP 620F и Aluminiumoxid С, как показано в Таблице 8. Сравнительный пример Н представляет собой сравнительную композицию с концентрациями компонентов (в массовых процентах) EPON 2004, Dicyandiamid AB 04, Feldspar G-200, Nanostrength E-20, Epi-cure P103, SMC 1108, Ferroxide Brown 4171, Resiflow PL-200, MPP 620F и Wacker HDK t-30, как показано в Таблице 8.
Примеры 21-28 и Сравнительный пример Н были получены с помощью того же самого способа, что и в Примерах 5-14. Образцы, покрытые композициями по Примерам 21-28 и Сравнительному Примеру Н, тестировались на гибкость. Таблица 8 представляет концентрации композиций, а Таблица 9 представляет результаты теста на гибкость в Примерах 21-28 и в Сравнительном примере Н.
Таблица 8
Примеры 21-28, мас.%
Сравн. пр. Н, мас.%
Фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-полимер с 2,2'-[(-метилэтилиден)]бис(4,1-фенилен оксиметилен)]бис[этиленоксид]
42
47
Отверждающее вещество
0,6
0,66
Алюмосиликат кальция
50
50
E-20(SBM) от 1:1:1 до 1:1:1,5
5
0
2-Метилимидазол
0,45
0,45
Пигмент
1,33
1,33
Средство управления потоком
0,96
0,96
Ожижающее вещество (от общего дробленого вещества)
0,35
0,35
Таблица 9
Средство управления потоком (0,96 мас.%)
Гибкость 4°/PD при -30°С (среднее число наблюдаемых трещин)
Сравн. пр. Н
PF67
10
Пример 21
PF67
2
Пример 22
Modaflow III
3
Пример 23
Resiflow PH-240
1,66
Пример 24
Resiflow PH-241
3,66
Пример 25
PL-200
2,66
Пример 26
Resiflow P-65F
1
Пример 27
Octoflow St-70
2,66
Пример 28
Resiflow LFMBE-6
1,66
На характеристики гибкости покрытия воздействовало добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1. Увеличение наблюдалось от 10 сильных трещин до 1-4 сильных трещин в Примерах 21-28 при добавлении 5% тройного блоксополимера. Таким образом, добавление тройного блоксополимера с отношением концентраций полистирола: полибутадиена: полиметилметакрилата примерно 1:1:1 может увеличить способность гибкости покрытий при способности использовать различные средства управления потоком.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты поймут, что могут быть сделаны изменения в форме и деталях без отхода от объема изобретения.