ЖИДКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
LIQUID COMPOSITION FOR THE PROTECTION OF METAL PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к композициям для антикоррозионных покрытий на основе кремнийорганических соединений и может быть использовано как эффективное средство защиты металлических поверхностей от разрушения в результате коррозии под действием атмосферной среды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известно специальное антикоррозийное покрытие на основе нанокремниево-углеродного модифицированного графена и способ его получения. Покрытие содержит следующие исходные материалы в процентах по массе: 25-50% полимерной смолы, 1-10% нанокремниево-углеродной модифицированной графеновой суспензии, 1-3% промотора адгезии, 12%-20% пигмента, 3%-9% модификатора смолы, 1%-3% катализатора, 2%-8% вспомогательного вещества, 1%-3% реологического агента, 0,5%-2% диспергатор, 0,1%-1% пеногасителя, 5-10% сорастворителя и 12-25% наполнителя. Покрытие обладает отличной стойкостью к коррозии при высоких температурах и под высоким давлением, выдерживая температуры до 300°С. Слой покрытия обладает сильной адгезией, высокой плотностью сшивки, отличной паростойкостью и очень сильным сопротивлением проникновению в жидкую среду, смазанной поверхностью, хорошей ударопрочностью и стойкостью к истиранию, а также интегрированной грунтовкой и финишным покрытием. Покрытие прост в приготовлении и удобно в строительстве. Покрытие может широко использоваться для защиты от коррозии (WO2021077502, 26.10.2019).
Так же известна пленкообразующая жидкость для обработки, содержащая: соединение кремния, содержащее по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из алкоксисилила, алкоксисилилена и силоксановой связи; металлоорганическое соединение; и воду (US2021102076, 19.07.2017).
Недостатком известных решений является то, что для формирования необходимого защитного слоя требуется большое количество жидкости и длительное время ожидания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в предоставлении новой жидкой композиции с улучшенными химическим свойствами, упрощающими процесс эксплуатации.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении времени образования защитного слоя, образующегося при высыхании жидкой композиции, а также снижении расхода жидкой композиции при использовании.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается жидкая композиция для защиты металлических изделий, содержащая кремнийорганические соединения, спирт и углеводородный растворитель, при этом углеводородный растворитель представляет собой петролейный эфир.
Так же жидкая композиция для защиты металлических изделий может содержать кремнийорганические соединения, представляющие собой соединение метоксидиэтоксиметилсилана и тетраэтоксисилана.
Так же жидкая композиция для защиты металлических изделий может содержать кремнийорганические соединения в количестве не менее 33% от общего объема, спирта не менее 0.5% от общего объема, а остальной объем может составлять растворитель.
Кроме того кремнийорганических соединений для жидкой композиции могут представлять собой смесь тетраэтоксисилана, метоксидиэтоксиметилсилана, изопропоксидиэтоксиметилсилана, триэтоксиметилсилана, диизопропоксиметоксиметилсилана, диизопропоксиэтоксиметилсилана, диметоксидиэтоксисилана, метокситриэтоксисилана и пропокситриметоксисилана.
ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявленная жидкая композиция для защиты металлических изделий в частности предназначена для формирования защитной пленки на латунных поверхностях осветительных приборов, таким образом, основными факторами, защиту от которых обеспечивает жидкая композиция, являются атмосферное воздействие внутри помещения и электромагнитное воздействие, создаваемое при работе осветительного прибора. Учитывая изложенное, основной проблемой является окисление латунных поверхностей.
Настоящим изобретением предложена жидкая композиция для защиты металлических изделий, имеющую низкую вязкость, хорошую смачиваемость поверхности. Примечательно, что данная композиция не содержит полимеров, а защитное покрытие образуется на металлической поверхности в результате химических реакций.
В качестве кремнийорганических соединений рассматривались: изопропоксидиэтоксиметилсилана, триэтоксиметилсилана, диизопропоксиметоксиметилсилана, диизопропоксиэтоксиметилсилана, диметоксидиэтоксисилана, метокситриэтоксисилана и пропокситриметоксисилана.
Известно, что некоторые кремнийорганические соединения, например, алкоксисиланы, при определенных условиях подвергаются превращениям, продуктами которого являются поликремниевая кислота, полиалкилсилоксаны и их смеси. Эти соединения обладают рядом интересных свойств: имеют развитую поверхность и достаточно большое количество полярных силанольных групп (-Si-OH), которые способны к формированию донорно-акцепторным взаимодействий с поверхностью металла. Также необходимо отметить еще одно свойство такого полимера не высокую механическую прочность, однако ввиду высокой дисперсности такого покрытия металлическая поверхность приобретает матовый вид и дает малое количество бликов, что положительно сказывается на внешнем виде изделий. Примечательно, что, ввиду не высокой механической прочности защитного слоя, последний может быть легко удален с поверхности металла для повторного нанесения защитного состава. Однако, защитная пленка из поликремниевой кислоты обладает достаточно высокой гидрофильностью, что теоретически несколько снижает защитные функции. Таким образом в предпочтительном варианте осуществления в качеств кремнийорганических соединений используется смесь: метоксидиэтоксиметилсилана и тетраэтоксисилана.
Метоксидиэтоксиметилсилан имеет низкую токсичность, не имеет резкого неприятного запаха, что особенно важно для применения в быту. В процессе гидролиза и поликонденсации происходит образование на поверхности металла слоя полиметилкремниевой кислоты, которая обладает хорошей адгезией к твердой поверхности. Кроме того, входящие в состав полимера метальные группы обеспечивают гидрофобный эффект на поверхности защитного состава.
Тетраэтоксисилан также имеет низкую токсичность, слабый характерный запах, что положительно сказывается на применении в быту. Данный компонент в процессе гидролиза и поликонденсации образует на поверхности металла поликремниевую кислоту.
В качестве растворителя использовали петролейный эфир, обладающий рядом преимуществ, такими как: низкая вязкость, хорошая смачиваемость металлической поверхности (вследствие малого поверхностного натяжения), хорошая смешиваемость с кремнийорганическими соединениями. Важно отметить низкую токсичность и слабый характерный запах, что положительно влияет на потребительские свойства.
При этом, механизм образования защитного покрытия можно описать следующим образом. При нанесении рабочего раствора на металлическую поверхность происходит испарение растворителя и спирта, в предпочтительном варианте осуществления этанол, в месте испарения понижается температура и конденсируется влага. В присутствии следовых количеств кислоты кремнийорганическое соединение подвергается гидролизу и последующей поликонденсации.
Для определения оптимального состава отвечающего всем критериям для достижения заявленного технического результата было проведено тестирование нескольких композиций с различны процентным содержанием компонентов. Так основными критериями являются: равномерность нанесения композиции на металлическую поверхность, минимальный расход композиции для получения устойчивого защитного покрытия и высокая испаряемость компонентов композиции с поверхности металла.
При этом, вышеуказанные критерии влияют на однородность и толщину образующегося защитного слоя на металлической поверхности и являются ключевыми, так как именно толщина и однородность кремниевого полимера определяет защитные свойства. Тонкий слой может пропускать некоторое количество компонентов окружающей среды и, таким образом, имеет слабую защитную функцию. Чересчур толстый слой тоже имеет недостаток: такое покрытие имеет невысокую когезию, становится более рыхлым, механически менее прочным и при определенном воздействии, например, встряска, звуковая волна, и может осыпаться, то есть имеет низкие эксплуатационные характеристики.
Было установлено, что оптимальное содержание тетраэтоксисилана лежит в диапазоне 5-6%, большее количество приводит к формированию более рыхлого защитного слоя, а меньшее количество снижает адгезию защитного состава к металлической поверхности.
Данные о процентном содержании компонентов в композициях приведены в табл. 1. (представлены составы 7-ми композиций), обладающих сходными защитными свойствами.
Необходимо отметить, что для всех составов наблюдалась высокая скорость высыхания пленки рабочей жидкости с металлической поверхности, это свойство высокой степени определяется летучестью используемого растворителя, однако, толщина и однородность защитного слоя для них различна.
Составы под номером 1-3 образуют неоднородную защитную пленку. Это связано с неравномерностью нанесения рабочего раствора на металлическую поверхность и сравнительно низкой скоростью гидролиза/поликонденсации кремнийорганических компонентов. Расход средства не высокий, однако, защитные свойства так же не высоки.
Оптимальным является состав №4, для него характерны высокая испаряемость с поверхности, низкий расход рабочей жидкости, устойчивая защитная пленка. Для данного состава удалось достичь оптимальных кинетических параметров для реакций гидролиза и последующей конденсации кремнийорганических соединений.
Составы №5-7 образуют слишком рыхлые защитные покрытия ввиду большего содержания тетраэтоксисилана, при этом наблюдается более высокий расход композиции.
Таким образом, заявленная жидкая композиция для защиты металлических изделий способна обеспечить оптимальную защиту металлических поверхностей от факторов окружающей среды, в том числе предотвратить окисление и коррозию латунных поверхностей, которые широко используются в осветительных системах и светильниках.