Состав для нанесения антикоррозионного покрытия
COMPOSITION FOR APPLYING ANTI-CORROSION COATING

Изобретение относится к покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для нанесения на различные металлические конструкции, эксплуатирующиеся в условиях воздействия агрессивных сред таких как: морская вода, различные фракции нефтепереработки, масла, органические растворители и воздействии биокоррозии.
Известна антикоррозионная цинк-силикатная композиция Силика-цинк-2 (СЦ-2) (В.А.Орлов. Цинк-силикатные покрытия. М.: Машиностроение, 1984, стр. 13-16), содержащая цинк и связующее - жидкое натриевое стекло. Данная композиция имеет длительное время отверждения (свыше 30 минут), более длительный период до набора водостойкости (от 5 дней), а также низкую адгезию к поверхности металла. Для отверждения требуется дополнительная добавка ортофосфорной кислоты, что приводит к повышению трудоемкости процесса нанесения антикоррозионного покрытия на различные металлоконструкции.
Известна антикоррозионная композиция для защиты черных металлов от коррозии, содержащая цинк и связующее - жидкое стекло, феррофосфор (патент РФ №2295552, опубл. 20.03.2007 по классу МПК С09D 5/10). В качестве жидкого стекла содержит калиевое жидкое стекло с силикатным модулем 4,8-5,3 или смесь натриево-литиевого жидкого стекла с силикатным модулем 3,8-4,2 при следующем соотношении компонентов композиции, масс.%: цинк 36-64, феррофосфор 16-24, калиевое жидкое стекло с силикатным модулем 4,8-5,3 или указанная смесь натриево-литиевого жидкого   стекла с силикатным модулем 3,8-4,2 20-40. Недостатком данной композиции является низкая стойкость, получаемого на ее основе покрытия к агрессивным средам, в частности, к разбавленным водным растворам кислот и щелочей.
Известно антикоррозионное покрытие для защиты металлоконструкций, которое формируется грунтовочным слоем, состоящим из высокодисперсного порошка цинка и этилсиликатного связующего при их соотношении от 1:1 до 2:1 соответственно (патент РФ № 2148603, опубл. 10.05.2000 по классам МПК C09D 5/10, C23C 28/00). Данное покрытие имеет следующие недостатки: высокую пожаро- и взрывоопасность, токсичность, за счет содержания в связующем более 50 масс.% этилового спирта, низкая стойкость к сухому и влажному истиранию, воздействию органических растворителей.
Известна композиция антисолевого состава для покрытия металлической поверхности, включающая в себя этилсиликатное связующее, высокодисперсный цинк и аморфный углерод, при этом сумма количественного содержания указанного углерода и указанного связующего составляет 100 мас.% при содержании углерода 5-95 мас.%, а содержание высокодисперсного цинка составляет 0,5-3,0 мас.ч. на 1 мас.ч. суммарного количественного содержания углерода и связующего (патент РФ № 2549844, опубл. 27.04.2015 по классам МПК: C09D 5/10, C09D 183/00, C08K 3/04, C08K 3/08). Заявленная композиция имеет следующие недостатки: токсичность, пожаровзрывоопасность, низкая адгезия, а также низкая устойчивость к воздействию высоких температур свыше 300ºС.
Перечисленные композиции для антикоррозионной защиты металлоконструкций имеют следующие общие недостатки: высокая пожаро- и взрывоопасность, токсичность, низкая стойкость к агрессивным средам, включающими как кислотные, так и щелочные растворы, низкие характеристики по механическим воздействиям (сухое и мокрое истирание, адгезия к подложке), а также сравнительно низкие показатели по термостойкости.
Техническая проблема состоит в необходимости устранения недостатков предшествующего уровня техники.
Техническим результатом патентуемого изобретения является создание самоотверждаемой композиции, формирующей антикоррозионное нетоксичное, пожаро-, взрыво- и искробезопасное покрытие, обладающее повышенной водостойкостью, биостойкостью, стойкостью к нефтепродуктам, маслам, органическим растворителям, кислото- и щелочностойкостью.
Технический результат достигается тем, что состав для нанесения антикоррозионного покрытия содержит связующий материал, представляющий собой высокомодульное жидкое калиевое стекло с силикатным модулем 4,0-5,0, в количестве 26-28% по массе от смеси, модифицированное добавкой дигидрата ацетата цинка 0,44-1,00% по массе от массы жидкого стекла, и цинковый наполнитель в количестве 72-74% по массе от общей массы готовой смеси состава в виде цинковой пыли с размером частиц 3-5 мкм.
Модификация высокомодульного жидкого калиевого стекла путем добавки дигидрата ацетата цинка приводит к значительному улучшению стойкости, получаемого покрытия, к различным агрессивным средам. Дигидрат ацетата цинка существенно влияет на структурообразование покрытия за счет того, что в процессе высыхания покрытия происходит встраивание атомов цинка в кристаллическую решетку силиката калия, что и позволяет достичь описанные выше свойства сформированного покрытия. Также добавка дигидрата ацетата цинка в совокупности с микроскопическим цинковым наполнителем является синергетической смесью, дополнительно вносящей вклад в повышение устойчивости покрытия к агрессивным средам.
При приготовлении предлагаемой композиции использовали следующие компоненты:
- мелкодисперсный кремнезем с размером частиц от 10 до 40 мкм Орисил 175 по ТУ У 24.1-31695418-002-2003, производитель ООО «Силика»;
- гидроксид калия ХЧ, производитель ЗАО «ХимИмпорт»;
- дигидрат ацетата цинка ГОСТ 5823-78;
- цинковая пыль с размером частиц 3-5 мкм, производитель ZINCHEM (ЮАР).
Получение состава для нанесения антикоррозионного покрытия осуществляют следующим образом.
Мелкодисперсный кремнезем с размером частиц от 10 до 40 мкм смешивают с раствором гидроксида калия в воде, в которую предварительно добавлена модифицирующая добавка дигидрата ацетата цинка. Весь процесс происходит при непрерывном перемешивании реакционной среды при атмосферном давлении и температуре 90-99ºС в течении 50 минут. После этого реакционная масса поступает в ультразвуковой гомогенизатор, в котором за счет воздействия ультразвука определенной мощности (от 30 до 40 кГц, мощность ультразвукового генератора 3 кВт) происходит образование кавитационных микропузырьков. В микропузырьках происходит дальнейшее протекание процесса формирования высокомодульного жидкого стекла вследствие того, что при схлопывании таких пузырьков происходят гидродинамические удары с давлением в сотни атмосфер и температурой в несколько тысяч градусов. Таким образом, реакционная среда циркулируется заданное число циклов перемешивания и при воздействии ультразвуком до того момента, когда готовое связующее будет удовлетворять требуемым физико-химическим параметрам: модуль жидкого стекла 4,0-5,0 (по ГОСТ 13078-81)и плотность 1,19-1,20 г/мл (по ГОСТ 18995.1-73).
Далее медленно, порционно и при постоянном перемешивании добавляют к определенному количеству жидкого калиевого стекла расчетное количество цинковой пыли. Перемешивание проводят до полного исчезновения осадка по всему объему, а затем выдерживают 10 – 15 минут с целью выведения воздушных пузырьков и для начала химической активации компонентов антикоррозионного состава.
Конкретные примеры реализации состава и характеристика свойств получаемого покрытия приведены в таблице 1.
Таблица 1. Примеры составов и их свойства
Примеры составов, %
Значение силикатного модуля
Плотность, г/мл
Адгезия, баллы
Коррозионная стойкость
Прочность при ударе, см
Стойкостьпокрытия к истиранию, класс
Состав 1:Кремнезем 5,60 %Гидроксид калия 2,42 %Вода 19,54 %Дигидрат ацетата цинка 0,44 %Цинковая пыль 72,00 %
4,5
3,0±0,1
1
1200 часов в камере солевого тумана, не обнаружено следов поражения коррозией поверхности образца
50
2
Состав 2:Кремнезем 5,48 %Гидроксид калия 2,30 %Вода 19,42 %Дигидрат ацетата цинка 0,80 %Цинковая пыль 72,00 %
4,7
3,0±0,1
1
1200 часов в камере солевого тумана, не обнаружено следов поражения коррозией поверхности образца
60
1
Состав 3:Кремнезем 4,91 %Гидроксид калия 1,20 %Вода 18,92 %Дигидрат ацетата цинка 0,97 %Цинковая пыль 74,00 %
4,5
3,0±0,1
1
1200 часов в камере солевого тумана, не обнаружено следов поражения коррозией поверхности образца
50
2
Сведения о проведенных испытаниях полученного покрытия на металлических образцах
.
Испытания проводились на металлических пластинах из малоуглеродистой стали 08кп размером 70х150x1,0 мм, с предварительной пескоструйной или дробеструйной обработкой до степени 1 по ГОСТ 9.402-2004 или класс Sa 2,5 по ISO 8501-01:2007. При этом подаваемый воздух должен быть очищен от водных и масляных примесей, абразив должен быть остроугольным и чистым. Очищенная поверхность должна иметь среднюю шероховатость Rz в диапазоне от 60 до 90 мкм. На стальные пластины размером 70х150x1,0 мм, путем пневмораспыления был нанесен состав толщиной 120 мкм в сухой пленке. Для каждого образца брались партии по пять пластин, в таблице указаны средние результаты.
Коррозионная стойкость покрытия определяли по принятой методике в условиях камеры соляного тумана по ГОСТ 28234-89. Адгезия определена по методу решетчатого надреза ГОСТ 31149-2014. Прочность при ударе по ГОСТ Р 53007-2008 (диаметр бойка 12,7 мм, масса груза 1 кг). Стойкость покрытия к влажному истиранию по ГОСТ 32300-2013.