КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НАРУЖНОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ СТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
COMPOSITION FOR EXTERNAL PROTECTIVE COATING OF STEEL SURFACES

Изобретение относится к области антикоррозионной защиты стальных изделий, работающих в среде влаги, атмосферного кислорода и активных сред грунта как в условиях подземной эксплуатации, так и в трассовых условиях, а именно к композициям для наружного защитного покрытия (далее защитная композиция), наносимым механизированным способом на предварительно обработанную грунтовочным составом металлическую поверхность и образующим после отверждения прочное покрытие.
2
К наружным защитным покрытиям стальных поверхностей от коррозии предъявляется целый комплекс требований, среди которых одним из основных является стойкость к катодному отслаиванию, определяемая площадью отслоения покрытия, которая не должна превышать 10 см после выдержки покрытого изделия в 3% растворе хлорида натрия при потенциале поляризации 1,5 В при 60°C в течение 30 суток. К другим основным требованиям относятся реологические свойства и скорость отверждения защитной композиции, обеспечивающие возможность ее нанесения механизированным способом.
Известна композиция для наружного защитного покрытия, содержащая 2 компонента - полиуретановый предполимерный отвердитель и смесь жидких соединений с активными атомами водорода (полиоксиалкиленполиолы или полиоксиалкиленамины), удлинитель цепи, каменноугольную смолу и различные дорогостоящие функциональные добавки [пат. РФ 2072905, B05D 7/22, опуб. 10.02.1997].
Известна также двухкомпонентная композиция для наружного защитного покрытия, включающая компонент 1 - аддукт с активными атомами водорода, полученный взаимодействием эпоксидного олигомера или смеси эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,1-3,9 мг·экв./г, двух ароматических аминов с аминным числом 9,0-10,4 мг·экв./г и средней фракции каменноугольной или сланцевой смолы с вязкостью 18-25 сСт и основностью 1,3-1,5 мг·экв./г HCl при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
эпоксидный олигомер
27-44
смесь ароматических аминов
31,5-50,5
средняя фракция каменноугольной или сланцевой смолы
17,5-31,5
Указанный аддукт отверждается компонентом 2 - изоцианатным отвердителем, взятым в количестве, достаточном для отверждения аддукта без катализатора и добавок [патент РФ №2225422, C09D 5/08, C09D 163/00, опубл. 10.03.2004].
Полученная защитная композиция обеспечивает высокий уровень защиты поверхности стальных труб и не содержит дорогих добавок (прототип).
Однако указанная защитная композиция разработана для изоляции и переизоляции труб в трассовых условиях, поскольку из-за наличия в ней каменноугольной или сланцевой смолы, совместимых с ее ингредиентами и удешевляющих композицию, но имеющих резкий неприятный фенольный запах и являющихся токсичными из-за наличия в них гидроксилсодержащих ароматических производных, бензпиренов и дибензантраценов, не может быть использована для обработки изделий в базовых условиях (цехах) без оснащения их мощными средствами защиты, что ограничивает область применения этой композиции. В настоящее время для повышения качества изделий изоляция и переизоляция элементов трубопроводов должна производится в базовых условиях при температуре помещения не ниже 10°С.
Другим недостатком композиции является усадка отвержденного защитного покрытия, приводящая к нестабильности свойств во времени, в том числе и повышению влагоемкости по мере старения материала.
Изобретение решает задачу разработки композиции для наружного защитного покрытия с пониженной токсичностью, имеющей реологические свойства, обеспечивающие ее нанесение машинным способом, и технологические и эксплуатационные характеристики, удовлетворяющие предъявляемым требованиям к защитным свойствам покрытий без увеличения стоимости производства. Снижение токсичности, в свою очередь, облегчает процесс нанесения защитной композиции, т.к. упрощает требования к оснащению помещений средствами защиты.
Сущность изобретения заключается в том, что композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей от коррозии, содержащая аддукт с активными атомами водорода (компонент 1), отверждаемый изоцианатным отвердителем (компонент 2), включает следующие ингредиенты.
Компонент 1 - аддукт с активными атомами водорода, являющийся продуктом взаимодействия эпоксидной составляющей - смеси по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г и ароматического амина - диаминодиэтилтолуола, взаимодействующего с указанными эпоксидными олигомерами, и гомогенизированных в нем диалкилфталата, сланцевого битума и салициловой кислоты при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
смесь по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров
с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв/г
28,5-33
диаминодиэтилтолуол
22-26,5
диалкилфталат
35-40
сланцевый битум
5-10
салициловая кислота
0,3-1,5% к общей массе ингредиентов
Компонент 2 - изоцианатный отвердитель с содержанием NCO групп 14-16% в количестве, обеспечивающем отверждение аддукта с активными атомами водорода.
Полученный аддукт с активными атомами водорода (компонент 1) реагирует с изоцианатным отвердителем (компонент 2) с образованием целевого защитного покрытия.
Отличительным признаком защитной композиции является качественный и количественный состав компонента 1: эпоксидная составляющая - смесь по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г, в качестве которых могут быть использованы низковязкие полиглицидиловые эфиры, представленные в таблице 1, ароматический амин - диаминодиэтилтолуол, инертный пластификатор - диалкилфталат - диоктилфталат или являющийся предпочтительным его изомер ди(2-этилгексил)фталат, дополнительный пластификатор сланцевый битум, введенный для удешевления целевого наружного защитного покрытия и придания ему черного цвета и в указанных количествах не приводящий к негативным свойствам покрытия. Салициловая кислота в составе аддукта с активными атомами водорода регулирует скорость его образования и скорость отверждения наружного защитного покрытия.
Сочетание указанных ингредиентов аддукта с активными атомами водорода обеспечивает защитной композиции снижение токсичности при сохранении ее высоких технологических характеристик и защитных свойств отвержденного защитного покрытия даже при повышении содержания пластификатора до 45% (в прототипе максимальное содержание пластификатора составляет 31%).
Отверждение аддукта с активными атомами водорода осуществляют изоцианатными отвердителями «Фрайтур» или «Сурэл-МЛ», представляющими собой уретановый предполимер с 14-16% свободных изоцианатных групп.
Все ингредиенты защитной композиции являются промышленными и доступными продуктами.
Примеры получения компонента 1.
Пример 1. В реактор с рубашкой и мешалкой загружают 180 г полипропиленгликоль диглицидилового эфира марки CAS-21142-30-3, 45 г 3-глицерин полиглицидилового эфира марки EPORESIT АН-12 и 70 г диглицедилового эфира политетрагидрофурана марки EPORESIT АН-21, добавляют 255 г диаминодиэтилтолуола, 80 г сланцевого битума, 370 г ди(2-этилгексил)фталата, 10 г салициловой кислоты, смешивают до получения гомогенной массы и нагревают до 95°C, после чего выдерживают 24 часа при этой температуре.
Аналогично получают другие вариации компонента 1, представленные в таблице 2.
Готовый компонент 1 перемешивают с компонентом 2 - изоцианатным отвердителем с содержанием NCO групп 14-16% в объемном соотношении 1:08 для получения образцов для испытаний. (Объемное соотношение определяется конструкцией или настройкой распыляющего устройства.)
Для испытания используют очищенные и прогрунтованные пластины из стали ст-3 размером 100×100 мм. Смешение компонентов 1 и 2 и нанесение композиции на пластины толщиной 2,5-3 мм осуществляют с помощью установки с раздельной безвоздушной подачей компонентов. После выдержки пластин до полного отверждения проводят испытания покрытия на стойкость к катодному отслаиванию. Другие испытания покрытия проводили при нанесении его на полиэтиленовые подложки. Условия испытаний и их результаты представлены в таблице 3.
Как видно из приведенных данных, заявляемое наружное защитное покрытие обеспечивает высокий уровень защиты метала от действия коррозионных факторов.
Таблица 1
Применяемые эпоксидные олигомеры
№ п/п
Наименование и торговая марка
Эпоксидное число, мг·экв./г
1
Полипропиленгликоль диглицидиловый эфир Gas-21142-30-3
2,8-3,6
2
Полипропиленгликоль диглицидиловый эфир Eporesit AH-19
2,9-3,2
3
3-глицерин полиглицидиловый эфир Eporesit АН-12
6,5-7,5
4
Политетрагидрофуран диглицидиловый эфир Eporesit АН-21
2,2-2,5
5
Триметилолпропан триглицидиловый эфир Eporesit АН-20
6,7-7,1
Примечание: продукт Gas-21142-30-3 производится в Китае фирмой JiaSina Chemical Co. Ltd, продукты Eporesit АН производятся венгерской фирмой POLIMER KEMIA KFT.
Таблица 2
Состав компонента 1, мас.%
№ п/п
Наименование ингредиента / № примера
1
2
3
4
5
6
1
СAS-21142-30-3
18
2
Eporesit AH-19
20
23,5
23
3
Eporesit AH-12
4,5
11,5
11,5
4
Eporesit AH-21
7
17
17
5
Eporesit AH-20
11,5
7,5
12,5
6
Эпоксидное число
3,47
4,35
4,16
4,15
4,7
4,35
7
Диаминодизтилтолуол
25,5
26,5
23,5
22
23,5
26,5
8
Ди(2-этилгексил)фталат
37
40
35
37
35
9
Диоктилфталат
40
10
Сланцевый битум
8
5
10
10
6
11
Общая масса компонентов
100
100
100
100
100
12
Салициловая кислота, % от общей массы
1
1
1,5
0,3
1
Таблица 3
Защитные свойства наружного защитного покрытия
Наименование показателя / № опыта
1
2
3
4
5
6
Показатели по прототипу
Жизнеспособность, с
От 6 до 8
От 7 до 8
От 3 до 4
12
От 6 до 7
06.08.13
От 3 до 12
Набухание в воде 24 ч при 80°C, %
2,0
1,5
1,8
1,3
1,6
2,4
От 1,8 до 3,0
Стойкость к катодному отслаиванию, 15 В, 30 сут, 60°C, см<sup>2</sup>
6,8
4,2
6,5
4,5
5,5
7,4
От 4,5 до 9,5
Ударная прочность от -40 до +40°C, Дж
19
20
21
22
20
23
От 15 до 24
Адгезия покрытия после выдержки в воде 1000 ч при 60°C
7,1
6,5
6,3
6,2
6,5
4,2
От 4,2 до 6