ЭМАЛЬ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
ENAMEL FOR PROTECTIVE COATING

Заявляемое изобретение относится к области полимерной химии, в частности к лакокрасочным материалам (ЛКМ), и может быть использовано для получения защитных покрытий как внутренних, так и наружных поверхностей оборудования, емкостей, систем трубопроводов из черного металла для хранения и транспортировки воды, нефти, газа и продуктов их переработки.
Известна эмаль для нанесения антикоррозионного пожаробезопасного биостойкого покрытия (RU 2401854, C09D 163/00, C09D 163/02, C09D 5/08, C09D 5/18, C08K 3/34, C08K 3/34, 2010), представляющая собой комплект, содержащий полуфабрикат из эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе, диспергированных в ней минеральных добавок и органического растворителя, отвердитель аминного типа. При этом эмаль содержит раствор эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе ацетон:ксилол:этилцеллозольв, полученной взаимодействием расплава диановой эпоксидной смолы с тетрабромидианом, взятыми в соотношении 3:1, в течение 2-4 часов при температуре 130-150°С до содержания эпоксидных групп в расплаве 8-11 мас.% в присутствии катализатора, с последующим растворением ее в смеси растворителей в присутствии катализатора - ароматически сопряженного гидроксифенилена со степенью конденсации n=0-2, в качестве минеральных добавок полуфабрикат эмали содержит пигмент, наполнитель и реологический агент при следующем соотношении компонентов, мас.%: пигменты - 18,27-25,29, наполнители - 8,52-13,5, реологический агент 1,7-2,7, органический растворитель 5,22-13,50, раствор смолы-основы - остальное. Соотношение ингредиентов в комплекте эмали составляет, масс.ч.: полуфабрикат эмали 100, отвердитель аминного типа 2,0-35,0. В качестве пигментов эмаль может содержать (и/или): красный железоокисный, двуокись титана, крон свинцовый оранжевый, свинцовый лимонный, крон свинцовый желтый, технический углерод, фталоцианиновый голубой, окись хрома пигментную, стронций хромовокислый, черный железоокисный, хромикс. В качестве наполнителей может содержать микротальк, каолин, оксид сурьмы, борат бария, микрослюду. В качестве реологического агента может содержать прокаленный кремнезем (аэросил), бентонит.
Недостатком известной эмали является низкая вязкость эмали. Кроме того, наличие органических растворителей делает невозможным использование известной эмали для создания покрытия изделий из черного металла с последующим отверждением при повышенной температуре. При температурной обработке покрытий из эмали, содержащей растворитель, наблюдается изменение цвета покрытия, его разрушение до полного отслоения. Эксплуатация покрытий на основе известной эмали, содержащей органический растворитель, может оказывать негативное воздействие на здоровье человека, так как при нанесении и последующем отверждении покрытия происходит выделение паров растворителя, которые при значительной концентрации могут вызывать различные заболевания.
Известна эмаль для атмосферостойких коррозионно-стойких радиационно стойких и дезактивируемых покрытий (RU 2307143, C09D 163/00, C08L 63/00, C08G 59/14, C08G 61/00, C08K 3/34, C09D 5/08, 2007), которая выбрана в качестве ближайшего аналога. Эмаль включает полуфабрикат эмали, содержащий раствор эпоксидной смолы основы в органическом растворителе и отвердитель аминного типа. При этом эпоксидная смола получена эпоксидированием ароматически сопряженного гидроксифенилена, имеющего степень поликонденсации n=0-2, полученного из двухатомного фенола или алкилрезорцина. Эпоксидирование проводили в расплаве при температуре 120-165°С в присутствии 2,4,6-трисдиметиламинометилфенола для содержания эпоксидных групп 10,1-11,0. Дополнительно полуфабрикат эмали содержит пигменты, например красный железоокисный, двуокись титана, крон свинцовый молибдатный, свинцовый лимонный, крон свинцовый желтый, углерод, фталоцианиновый голубой, окись хрома пигментная; наполнитель - смесь микроталька, каолина и микрослюды, а также аэросил. В своем составе эмаль содержит органические растворители ацетон и толуол, а также ксилол и этилцеллозольв. В качестве отвердителя эмаль содержит отвердитель аминного типа.
Недостатком ближайшего аналога является то, что эмали, включающие органические растворители, имеют низкие показатели вязкости, дают потеки, требуют нанесения 3-7 слоев для набора необходимой толщины покрытия (120-300 мкм) и требуют длительной сушки. Период отверждения таких эмалей от 24 часов до 20 суток. Это требует от производителя значительных отапливаемых складских помещений для выдержки изделий с покрытием до полного отверждения и набора прочности покрытия до ввода в эксплуатацию. Другой недостаток заключается в невозможности использования известной эмали в качестве покрытия на изделиях из черных металлов с последующим отверждением при повышенной температуре. При температурной обработке такого покрытия наблюдается изменение цвета, осыпание, вздутие до полного отслоения покрытия от подложки, что является результатом деструкции основы эмали и закипания растворителя в составе эмалевого покрытия. Эмаль, включающая органические растворители, негативно воздействует на здоровье человека, так как при нанесении и последующем отверждении происходит выделение паров растворителя.
Технической задачей является повышение эксплуатационных свойств эмали.
Технический результат заключается в сокращении времени нанесения и высыхания эмали и повышении температуры эксплуатации покрытия.
Технический результат достигается тем, что в эмали для нанесения защитных покрытий, содержащей полуфабрикат эмали из эпоксидной смолы-основы и отвердитель, согласно изобретению полуфабрикат эмали содержит пленкообразующую диановую смолу-основу, включающую 48-72% диановой эпоксидной смолы, 10-25% модификатора, 10-30% катализатора, полученного эпоксидированием олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина со степенью поликонденсации n=0-2 при температуре 180-250°С, а также полуфабрикат эмали содержит пигменты, наполнители и реологический агент при следующем соотношении компонентов в масс.%:
пленкообразующая диановая эпоксидная смола-основа
88-92
пигменты, наполнители, реологический агент
8-12,
при этом эмаль содержит ускоритель и отвердитель при соотношении компонентов в составе эмали в масс.ч.:
полуфабрикат эмали
100
отвердитель
50-90
ускоритель
0,1-3,0
Кроме того, согласно изобретению полуфабрикат эмали содержит в качестве модификатора лапроксид.
2
3
4
2
3
2
3
2
3
4
2
4
2
Кроме того, согласно изобретению полуфабрикат эмали в качестве пигментов содержит оксид хрома CrO, и/или фосфат хрома CrPO·nHO, и/или титанат хрома CrTiO (Т,X), и/или хромит кобальта СоО·CrO (Т,Х), и/или оксиды смешанные СоО·ZnO·CrO, и/или крон свинцовый молибдатный, и/или свинцовый лимонный, и/или стронциевый крон SrCrO, и/или цианамид свинца PbCN, и/или цинковый крон грунтовочный ZnCrO·4Zn(OH), и/или крон свинцовый желтый, и/или углерод, и/или красный железоокисный пигмент, и/или фталоцианиновый голубой.
Кроме того, согласно изобретению полуфабрикат эмали содержит в качестве наполнителей высокопластинчатый тальк карбонатного типа и/или слюду мусковит фракционарованную.
Кроме того, согласно изобретению полуфабрикат эмали содержит в качестве реологического агента бентонит кальциевый и/или натриевый.
Кроме того, эмаль, согласно изобретению в качестве отвердителя содержит отвердитель полиамидного типа или изометилтетрагидрофталиевый ангидрит.
Кроме того, эмаль согласно изобретению в качестве ускорителя содержит 2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол.
Технический результат обеспечивается тем, что заявляемая эмаль включает пленкообразующую смолу-основу, не содержащую органических растворителей, с содержанием продукта эпоксидирования олигомера гидроксифенилена, полученного из алкилрезорцина со степенью поликонденсации n=0-2 при температуре 180-250°С. Пленкообразующая смола-основа за счет отсутствия органических растворителей и высокой доли основных нелетучих веществ имеет высокую вязкость, что создает возможность нанесения покрытий толщиной от 200 мкм до 500 мкм за один слой без потеков и неровностей, и высыхает за более короткое время по сравнению с ближайшим аналогом, что улучшает эксплуатационные свойства эмали. Применение в составе эмали реологического агента, в наилучшем варианте бентонита, позволяет контролировать оптимальную вязкость эмали для нанесения ровных слоев. Используемый в качестве отвердителя для горячего отверждения отвердитель полиамидного типа или изометилтетрафталиевый ангидрид (ИМТГФА) позволяет значительно сократить время отверждения покрытий из эмали, получить более стабильную и более полную степень отверждения покрытия до 95%, что улучшает качество получаемого покрытия, повышает его эксплуатационные характеристики, продляет эксплуатационный ресурс в рабочей среде. Оптимальное количество отвердителя полиамидного типа или ИМТГФА подобрано опытным путем в зависимости от массовой доли эпоксидных групп, условий нанесения и формирования покрытий. Кроме того, используемый в составе эмали отвердитель полиамидного типа или ИМТГФА не токсичный, что улучшает условия эксплуатации заявляемого изобретения. Использование в составе заявляемой эмали катализатора - продукта эпоксидирования олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина, полученного при заявляемых условиях, позволяет получить покрытия, эксплуатируемые при повышенной температуре до 230°С не менее 24 часов, выдерживать кратковременный нагрев - 320°С, а также длительно эксплуатировать в перегретой жидкости (например, сырой нефти) до 160°С. Применение модификатора лапроксида снижает хрупкость и повышает трещиностойкость покрытий в условиях сокращения длительности высыхания эмали.
Эмаль получают следующим образом.
Получение эмали начинают с приготовления пленкообразующей смолы-основы.
В вакуумный реактор загружают расчетное количество эпоксидной диановой смолы, модификатора лапроксида и катализатора - продукта эноксидирования олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина, закрывают и включают перемешивающее устройство. Смешение компонентов проводят при температуре 60°С в течение 30-180 минут. Затем содержимое реактора остужают естественным образом. Проводят отбор пробы для определения следующих параметров: вязкости, массовой доли нелетучих веществ, содержания эпоксидных групп, их значения заносят в паспорт на данную партию смолы.
Затем получают полуфабрикат эмали.
В чистую шаровую мельницу загружают расчетное количество пленкообразующей смолы-основы, затем пигменты и смесь наполнителей - талька, слюды, а реологический агент бентонит кальциевый или натриевый загружают в последнюю очередь. Количественное соотношение входящих в состав эмали пигментов, наполнителей, реологического агента в заявляемых пределах может быть различным и не оказывает влияния на технический результат, что отражено в приведенных ниже примерах составов эмали и таблице свойств эмали. Крышку шаровой мельницы закрывают и включают вращающее устройство для проведения процесса перетира компонентов. Процесс перетира ведут до достижения степени измельчения не более 40 мкм в течение 10-24 часов, в зависимости от дисперсности наполнителей и пигментов. После этого переливают содержимое шаровой мельницы в смеситель. Перемешивание содержимого в смесителе продолжают до получения полуфабриката эмали. Затем отбирают пробу на определение вязкости и массовой доли нелетучих веществ и их значения заносят в паспорт на данную партию полуфабриката эмали. Полуфабрикат эмали отфильтровывают и сливают в металлические емкости по 20-200 кг.
Приготовление эмали и нанесение покрытий.
Перед применением полуфабрикат эмали тщательно перемешивают, добавляют расчетное количество отвердителя полиамидного типа или изометилтетрафталиевый ангидрид и ускорителя 2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол, смешивают, выстаивают до исчезновения пузырьков. Затем послойно наносят до необходимой толщины 80-1200 мкм на поверхности изделий из черного металла - емкостей, труб, оборудования, используемого для хранения и транспортировки воды, нефти, газа и т.п. любым известным методом, например с помощью кисти, валика, аппаратов воздушного, безвоздушного распыления, окунания с последующим отверждением покрытия при повышенной температуре. После чего изделие с покрытием подвергают термической обработке. Диапазон температуры для отверждения покрытия от 60°С до 230°С, время отверждения покрытия от 2 минут до 24 часов в зависимости от следующих параметров: источник нагрева, температура, толщина покрытия.
Поверхности с покрытием из заявляемой эмали при эксплуатации для очистки периодически могут подвергаться пропариванию острым паром 140-200°С и промыванию горячей водой до 90° под давлением 9-12 атм. Температура эксплуатации покрытия в диапазоне от -60°С до +230°С. Кратковременный нагрев покрытия до 320°С. Срок эксплуатации покрытия из заявляемой эмали в климатических условиях по ГОСТ 15150-69 составляет не менее 15 лет.
Свойства заявляемой эмали и покрытий из нее (на примере трех составов) по сравнению с ближайшим аналогом приведены в таблице.
№ п/п
Наименование показателя
Показатели заявляемой эмали на примерах составов
Метод испытаний
Показатели ближайшего аналога
Состав 1
Состав 2
Состав 3
1
Условная вязкость при Т=40°С
320-350
300-320
320
По Брукфельду
15-35
2
Массовая доля нелетучих веществ, %
100
100
100
ГОСТ 17537
50-60
3
Время высыхания эмали до степени 3, ч, не более
ГОСТ 19007
при температуре (40±2)°С
24
24
24
72
при температуре (80±2)°С
1
1
1
-
4
Адгезия эмали, балл
1
1
1
ГОСТ 15140
1
5
Твердость покрытия эмали, условные единицы, не менее, по маятниковому прибору типа М-3
0,72
0,68
0,60
ГОСТ 5233
0,50
6
Прочность эмали при
50
45
40
ГОСТ
50
ударе по прибору типа У-1, см, не менее
4765
7
Эластичность пленки эмали при изгибе, мм
1
3
3
ГОСТ 6806
2
8
Температура эксплуатации покрытия, °С в течение 24 ч
230
230
230
ГОСТ 10518
180
Примеры составов эмали
Состав 1
Полуфабрикат смолы содержит, кг:
Смола DER - 330
0,7
Катализатор
0,15
Окись хрома пигментная
0,07
Микротальк
0,02
Каолин
0,02
Микрослюда
0,01
Бентонит
0,004
Модификатор Л-1
0,12
при этом эмаль содержит ускоритель и отвердитель при соотношении компонентов в составе эмали в масс.ч.:
полуфабрикат эмали
100
отвердитель
60
ускоритель
0,15
Состав 2
Полуфабрикат смолы содержит, кг:
Смола DER - 330
0,6
Катализатор
0,15
Окись хрома пигментная
0,06
Микротальк
0,02
Каолин
0,02
Микрослюда
0,01
Бентонит
0,004
Модификатор Л-1
0,15
при этом эмаль содержи г ускоритель и отвердитель при соотношении компонентов в составе эмали в масс.ч.:
полуфабрикат эмали
100
отвердитель
55
ускоритель
0,15.
Состав 3
Полуфабрикат смолы содержит, кг:
Смола DER - 330
0,42
Катализатор
0,25
Окись хрома пигментная
0,05
Микротальк
0,025
Каолин
0,025
Микрослюда
0,01
Бентонит
0,004
Модификатор Л-1
0.2.
при этом эмаль содержит ускоритель и отвердитель при соотношении компонентов в составе эмали в масс.ч.:
полуфабрикат эмали
100
отвердитель
50
ускоритель
1,5
Из таблицы видно, что по сравнению с ближайшим аналогом в предлагаемой эмали значительно увеличивается доля нелетучих веществ, повышается вязкость, за счет чего сокращается время высыхания эмали, повышается температура эксплуатации покрытий при сохранении уровня других свойств эмали и покрытий.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить эмаль с высокими эксплуатационными параметрами, которые дают возможность сократить время получения покрытий и эксплуатировать полученные покрытия при повышенных температурах.