СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА МЕТАЛЛ
SYSTEM FOR FORMING ELASTOMERIC COMPOSITIONS FOR DEPOSITION ON METAL

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США №62/116,687, поданной 16 февраля 2015 г., содержание которой здесь включено посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники изобретения
Объект изобретения, как правило, относится к системе формирования эластомерных композиций для применения на металле.
2. Описание предшествующего уровня техники
Металлический трубный материал является существенной частью инфраструктуры каждого города. Он применяется в большом разнообразии случаев, включая и внутреннее и внешнее применение. Металлический трубный материал может быть применен для широкого разнообразия применений, включая применение для транспортирования питьевой воды к жилым строениям и предприятиям.
Для защиты этих труб от коррозии, на них обычно наносят композиции антикоррозионных покрытий, подвергая действию внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность во время производства. Эти покрывающие композиции, поэтому, должны быть способны защищать металлические трубы от коррозии перед и после монтажа. Более того, когда применяют для металлических труб, применяемые для транспортировки питьевой воды, эти покрывающие композиции должны удовлетворять городские стандарты для безопасности применения в водоснабжающей индустрии. Одним стандартом, применяемым в Соединенных Штатах для полиуретановых покрывающих композиций, для внутренней стороны и внешней стороны стальной водопроводной трубы, и соединительных деталей, является American Water Works Association Specification C222 (ANSI/AWWA Standard C222, Standard for Polyurethane Coatings for the Interior and Exterior of Steel Water Pipe, and Fittings, Revision Effective Date: December 1, 2008), здесь и далее именуемый как AWWA С222. AWWA C222 обеспечивает руководство минимальных требований для полиуретановых облицовочных и покрывающих систем для внутренней стороны и внешней стороны стальных водопроводных труб, включая требования к покрывающим материалам, подготовке поверхности, тестированию, способу эксплуатации, и упаковке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА
Объект заявки представляет систему формирования эластомерных композиций для нанесения на подложку, которая включает изоцианатный компонент и компонент, реакционно-способный относительно изоцианата.
Изоцианатный компонент включает полимерный полиизоцианат и необязательно преполимер, заканчивающийся изоцианатом. Компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, включает полиоловый компонент и простой полиэфирамин. Полиоловый компонент представляет собой смесь (а) гидрофобного полиола; (b) простого полиэфира полиола, отличающегося от гидрофобного полиола и имеющего среднемассовую молекулярную массу больше чем 500 г/моль; и (с) полиаминополиола.
Данное изобретение также раскрывает эластомерные композиции, сформированные в виде продукта реакции изоцианатного компонента и компонента, реакционно-способного относительно изоцианата.
Данное изобретение также раскрывает способ покрытия подложки, который включает нанесение слоя эластомерной композиции на подложку.
Более того, данное изобретение также раскрывает изделия, включающее подложку, имеющую слой эластомерного покрытия, как описано выше, сцепленного с ней. В некоторых из этих вариантов осуществления, подложка представляет собой металлическую трубу, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и эластомерную композиция наносят в виде слоя, по меньшей мере, на одну из внешней поверхности и внутренней поверхности.
Слои эластомерного покрытия, сформированные из системы данного изобретения, идеально подходят для защиты металлических труб от коррозии и снашивания. В особенности, слои эластомерного покрытия, сформированные из системы данного изобретения, идеально подходят для защиты металлических водопроводных труб, применяемых в водоснабжающей индустрии, в которой слой эластомерного покрытия для стальной трубы удовлетворяет требования для слоев эластомерного покрытия, как описано в American Water Works Association Specification C222.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества данного изобретения будут легко оценены, поскольку они же становятся лучше понятными исходя из следующего детального описания, при рассматривании на фоне сопровождающего чертежа.
На чертеже представлен вид металлической трубы в поперечном разрезе, имеющей слой эластомерного покрытия, сформированного на внутренней и внешней поверхности.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система содержит изоцианатный компонент и компонент, реакционно-способный относительно изоцианата. Термин "компонент, реакционно-способный относительно изоцианата" также ниже в описании данного изобретения может быть применен наравне с "компонент смолы".
В определенных вариантах осуществления, изоцианатный компонент включает полимерный изоцианат, и необязательно, преполимер, заканчивающийся изоцианатом. Компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, включает полиоловый компонент и простой полиэфирамин. Обычно, система обеспечена двумя или больше отдельными компонентами, такими как изоцианатный компонент и компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, то есть, в виде двухкомпонентной (или 2K) системы, которая описана дополнительно ниже. Таким образом, как применено здесь, термин "система" может быть применен наравне с "двухкомпонентная система" и наравне с "2K система."
Должно быть принято во внимание, что ссылка на изоцианат и компоненты, реакционно-способные относительно изоцианата, как применяют здесь, дана просто в целях установить ориентир для размещения отдельных компонентов системы и для установления массовой доли основы. По сути, это не должно быть истолковано как ограничение данного изобретения только 2K системой. Например, отдельные компоненты системы, могут все быть сохранены отдельно друг от друга.
Система также может содержать дополнительные компоненты, которые могут быть включены с одним или обоими изоцианатом и компонентами, реакционно-способными относительно изоцианата, или полностью отдельно, по сути, в виде третьего компонента, как описано дополнительно ниже.
Систему применяют, чтобы сформировать эластомерную композицию. В определенных вариантах осуществления, эластомерная композиция является продуктом реакции изоцианатного компонента и компонентов, реакционно-способных относительно изоцианата системы.
Объект заявки также раскрывает последующее применение этих эластомерных композиций в качестве слоев эластомерного покрытия на подложках, и в особенности металлических подложках. Вместе с этим, объект заявки раскрывает применение этих эластомерных композиций в качестве покрывающих слоев на изделиях, таких как металлические трубы, в которых покрывающий слой на этих изделиях обеспечивает эти изделия желательной защитой от коррозии и внешней механической нагрузки. В особенности, эластомерная композиция формирует твердые, прочные и упругие слои эластомерного покрытия, которые идеальны для защиты металлических подложек и металлических изделий от коррозии и снашивания. Слой эластомерного покрытия, если так применяется, на таких стальных трубах, служит для удовлетворения требований American Water Works Association Specification C222 для применения в водоснабжающей индустрии.
Если так применяется, преполимер, заканчивающийся изоцианатом, как правило, представляет собой продукт реакции изоцианата и полиола и/или полиамина, обычно продукт реакции изоцианата и полиола. Преполимер, заканчивающийся изоцианатом может быть сформирован различными способами, понятными специалисту в данной области техники, или может быть получен коммерческим путем от производителя, поставщика, и т.д.
Что касается изоцианата, применяемого, чтобы сформировать преполимер, заканчивающийся изоцианатом, изоцианат включает одну или несколько изоцианатных функциональных групп (NCO), обычно, по меньшей мере, две функциональных группы NCO. Подходящие изоцианаты, для целей данного изобретения включают, но не ограничены, обычные алифатические, циклоалифатические, арильные и ароматические изоцианаты. В определенных вариантах осуществления, изоцианат выбирают из группы дифенилметан диизоцианатов (MDIs), полимерных дифенилметан диизоцианатов (PMDIs), и их комбинаций. Полимерные дифенилметан диизоцианаты также называют в области техники полиметилен полифенилен полиизоцианаты. Примеры других подходящих изоцианатов, для целей данного изобретения включают, но не ограничены, толуол диизоцианаты (TDIs), гексаметилен диизоцианаты (HDIs), изофорон диизоцианаты (IPDIs), нафталин диизоцианаты (NDIs), и их комбинаций. Обычно, изоцианат, применяемый, чтобы сформировать преполимер, заканчивающийся изоцианатом включает дифенилметан диизоцианат (MDI).
Если так применяется, чтобы сформировать преполимер, заканчивающийся изоцианатом, полиол включает один или несколько гидроксильных функциональных групп (ОН), обычно, по меньшей мере, две функциональные группы ОН. Полиол может быть полиолом любого типа, известного в области техники. Полиол обычно выбирают из группы этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, бутандиола, глицерина, триметилолпропана, триэтаноламина, пентаэритритола, сорбита и их комбинаций. Другие подходящие полиолы, для целей данного изобретения, описаны ниже с описанием дополнительного, необязательного, составляющего, вспомогательного полиола.
Полиол может быть применен в различных количествах относительно изоцианата, при условии избытка функциональных групп NCO относительно функциональных групп ОН, присутствующих перед реакцией таким образом, что преполимер, заканчивающийся изоцианатом, после формирования, включает функциональные группы NCO для последующей реакции. Преполимер, заканчивающийся изоцианатом, обычно имеет содержание NCO от около 18 до около 28, более обычно от около 20 до около 25, и еще более обычно около 22.9, мас. %. Содержание NCO может быть определено как количество изоцианата, которое вступает в соединение с 1 эквивалентом н-дибутиламина, которое измеряют с помощью массовых процентов.
Если так применяется, чтобы сформировать преполимер, заканчивающийся изоцианатом, полиамин включает одну или несколько функциональных групп амина, обычно, по меньшей мере, две функциональных группы амина. Полиамин может быть полиамином любого типа, известного в области техники. Полиамин обычно выбирают из группы этилендиамина, толуолдиамина, диаминодифенилметана и полиметилен полифенилен полиаминов, аминоспиртов и их комбинаций. Примеры подходящих аминоспиртов включают этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, и их комбинации.
Полиамин может быть применен в различных количествах относительно изоцианата, при условии избытка функциональных групп NCO относительно функциональных групп амина, присутствующих перед реакцией таким образом, что преполимер, заканчивающийся изоцианатом, после формирования, включает функциональные группы NCO для последующей реакции. Содержание NCO преполимера, заканчивающегося изоцианатом составляет, как описано и подтверждено примером выше.
Следует принять во внимание, что преполимер, заканчивающийся изоцианатом может быть сформирована из комбинаций двух или больше вышеупомянутых полиолов и/или двух или больше вышеупомянутых полиаминов. Обычно, преполимер, заканчивающийся изоцианатом представляет собой продукт реакции изоцианата и, по меньшей мере, одного полиола, таким образом, что преполимер, заканчивающийся изоцианатом включает уретановые мостики и функциональные группы NCO после формирования. В особом варианте осуществления данного изобретения, преполимер, заканчивающийся изоцианатом содержит смесь полимерного метилдифенилдиизоцианата и квази-преполимеры 4,4'-метилдифенилдиизоцианата. Особые примеры подходящих преполимеров, заканчивающихся изоцианатом, для целей данного изобретения, являются коммерчески доступными от BASF Corporation of Florham Park, NJ, под торговым названием LUPRANATE, такие как LUPRANATE MP102. Следует принять во внимание, что система может включать комбинацию двух или больше вышеуказанных преполимеров, заканчивающихся изоцианатом.
Что касается полимерного изоцианата, полимерный изоцианат включает две или больше функциональные группы NCO. Полимерный изоцианат обычно имеет среднюю функциональность от около 1.5 до около 3.0, более обычно от около 2.0 до около 2.8, и еще более обычно около 2.7. Полимерный изоцианат обычно имеет содержание NCO от около 30 до около 33, более обычно от около 30.5 до около 32.5, и еще более обычно около 31.5, мас. %.
Подходящие полимерные изоцианаты, для целей данного изобретения включают, но не ограничены, изоцианаты, описанные и подтвержденные вышеуказанным примером для описания преполимера, заканчивающегося изоцианатом. Обычно, полимерный изоцианат включает полимерный дифенилметан диизоцианат (PMDI).
Особые примеры подходящих полимерных изоцианатов, для целей данного изобретения, являются коммерчески доступными от BASF Corporation под торговым названием LUPRANATE, такие как LUPRANATE М20 Isocyanate, и купленными под торговым названием ELASTOFLEX, такие как ELASTOFLEX R23000 (имеющий номинальную или среднюю функциональность 2.7). Следует принять во внимание, что система может включать комбинацию двух или больше вышеуказанных полимерных изоцианатов.
Преполимер, заканчивающийся изоцианатом обычно присутствует в изоцианатном компонент в количестве от около 25 до около 75, более обычно от около 50 до около 75, еще более обычно от около 55 до около 65, и даже еще более обычно около 60 массовых долей, каждая в пересчете на 100 массовых долей изоцианатного компонента. В определенных вариантах осуществления, преполимер, заканчивающийся изоцианатом обычно присутствует в системе, в количестве от около 50 до около 250, более обычно от около 100 до около 200, еще более обычно от около 125 до около 175, и даже еще обычно около 150, массовых долей, каждая на 100 массовых долей полимерного изоцианата в системе. Другими словами, преполимер, заканчивающийся изоцианатом и полимерный изоцианат обычно присутствуют в системе, например, в изоцианатном компоненте, в массовом соотношении от около 1:2 до около 2.5:1, более обычно от около 1:1 до около 2:1, еще более обычно от около 1.25:1 - 1.75:1, и даже еще более обычно около 1.5:1.
Не будучи связанными или ограниченными любой особенной теорией, полагают, что комбинация и соотношения преполимера, заканчивающегося изоцианатом и полимерного изоцианата, как описано и подтверждено примером непосредственно выше, наделяют эластомерную композицию увеличенной прочностью на разрыв, коэффициентом удлинения, твердостью, и температурой стеклования, а также улучшенным пределом прочности при раздирании относительно обычных эластомерных композиций.
Изоцианатный компонент, который содержит полимерный изоцианат и необязательно преполимер, заканчивающийся изоцианатом, обычно присутствует в количестве от 35.5 до 40 долей в пересчете на 100 долей системы. Другими словами, изоцианатный компонент включает от 35.5 до 40 массовых процентов общей массы системы.
Система, как указано выше, также включает компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, который способен реагировать с изоцианатным компонентом для формирования эластомерной композиции. В определенных вариантах осуществления, компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, включает полиоловый компонент и простой полиэфирамин.
В определенных вариантах осуществления, полиоловый компонент включает непрореагировавшие гидроксильные группы и содержит смесь (а) гидрофобного полиола, (b) простого полиэфир полиола, отличающегося от гидрофобного полиола (а) и имеющего среднемассовую молекулярную массу больше чем 500; и (с) полиаминополиола.
Что касается гидрофобного полиола (а), гидрофобный полиол включает одну или несколько функциональных групп ОН, обычно, по меньшей мере, две функциональные группы ОН. Гидрофобность гидрофобного полиола может быть определена различными способами, такими как визуальное изучение продукта реакции гидрофобного полиола с изоцианатом, при котором продукт реакции, непосредственно дегазируют после смешивания двух компонентов, и потом вводят в воду, в которой продукту реакции даю возможность затвердеть. Если нет никаких признаков порчи или сморщивания на стыке (или поверхности) между продуктом реакции и водой, или если нет никаких признаков образования пузырей или пены, гидрофобность гидрофобного полиола считают превосходной.
Гидрофобный полиол обычно включает полиол натуральных масел (NOP - natural oil polyol). Другими словами, гидрофобный полиол обычно не является полиолом на основе нефти, то есть, полиолом, происходящим от продуктов нефтепереработки и/или побочных продуктов нефти. Как правило, существует только несколько растительных масел природного происхождения, которые содержат непрореагировавшие функциональные группы ОН, и только касторовое масло обычно является коммерчески доступным NOP, получаемым непосредственно из растительного источника, который имеет достаточное содержание функциональных групп ОН, чтобы сделать касторовое масло подходящим для непосредственного применения в качестве полиола в химии уретанов. Большинство, если не все другие NOPs требуют химической модификации масел, непосредственно доступных из растений. NOP обычно происходит из любого природного масла, известного в области техники, обычно происходит из растительного или орехового масла. Примеры подходящий природных масел, для целей данного изобретения, включают касторовое масло, и NOPs, происходящие из соевого масла, рапсового масла, кокосового масла, арахисового масла, масла канолы, и т.д. Применение природных масел может быть подходящим для уменьшения степени воздействия на окружающую среду.
Обычно, как упоминалось выше, гидрофобный полиол включает касторовое масло, и в определенных вариантах осуществления очищенное касторовое масло, которое очищали, чтобы удалить остаток воды. Как упоминается здесь, термин "касторовое масло" относится и к неочищенному и к очищенному касторовому маслу. Специалисты в данной области техники осознают, что касторовое масло, по сути, включает функциональные группы ОН, тогда как для других NOPs может требоваться один или несколько дополнительных технологических этапов, чтобы получить функциональные группы ОН. Как правило, ни касторовое масло, ни NOPs, обработанные, чтобы включать функциональные группы ОН, не включают группы простого эфира. Такие технологические этапы, если необходимо, понятны специалистам в данной области техники. Подходящие сорта касторового масла, для целей данного изобретения, являются коммерчески доступными от различных поставщиков. Например, Т31 Castor Oil, от Eagle Specialty Products (ESP) Inc. of St. Louis, МО, может быть применено в качестве гидрофобного полиола. Особые примеры других подходящих гидрофобных полиолов, для целей данного изобретения, являются коммерчески доступными от BASF Corporation под торговым названием SOVERMOL, такие как SOVERMOL 750, SOVERMOL 805, SOVERMOL 1005, SOVERMOL 1080, и SOVERMOL 1102.
В определенных вариантах осуществления, гидрофобный полиол, такой как очищенное касторовое масло, присутствует в системе в количестве от около 27 до около 35 массовых процентов, таком как от 29 до 30 массовых процентов, в пересчете на общую массу системы.
Полиоловый компонент также включает, по меньшей мере, один простой полиэфир полиола (b), отличающийся от гидрофобного полиола (а). Простой полиэфир полиола (b) имеет среднемассовую молекулярную массу, по меньшей мере, 500 г/моль. Простой полиэфир полиола (b) данного изобретения, как полагают, увеличивает гомогенность компонента, реакционно-способного относительно изоцианата, с изоцианатным компонентом и другими дополнительными компонентами или добавками в системе.
Подходящие простые полиэфиры полиолов, для целей данного изобретения включают, но не ограничены, продукты, полученные полимеризацией циклического оксида, например, этиленоксида (ЕО), пропиленоксида (РО), бутиленоксида (ВО), или тетрагидрофурана в присутствии многофункциональных инициаторов. Подходящие соединения инициаторов содержат множество активных атомов водорода, и включают воду, бутандиол, этиленгликоль, пропиленгликоль (PG), диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, дипропиленгликоль, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, толуолдиамин, диэтилтолуолдиамин, фенилдиамин, дифенилметандиамин, этилендиамин, циклогександиамин, циклогексан диметанол, резорцин, бисфенол А, глицерин, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритритол, и их комбинации.
Другие подходящие простые полиэфиры полиолов включают простые полиэфиры диолов и триолов, такие как полиоксипропилендиолы и триолы и поли(оксиэтилен-оксипропилен)диолы и триолы, полученные одновременным или последовательным добавлением этилен- и пропиленоксидов к ди- или трифункциональным инициаторам. Также могут быть применены сополимеры, имеющие содержания оксиэтилена от около 5 до около 90 мас. %, в пересчете на массу полиолового компонента, полиолы которого могут быть блок-сополимерами, нерегулярными/блок-сополимерами или нерегулярными сополимерами. Еще другие подходящие простые полиэфиры полиолов включают политетраметиленовые простые эфиры гликолей, полученный полимеризацией тетрагидрофурана.
В определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b) является продуктом, сформированным в отсутствие, или существенно в отсутствие, этиленоксида, поскольку этиленоксид, как считается, увеличивает гидрофильность эластомерных композиций, в которых его применяют. В определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b) является продуктом сформированным полимеризацией пропиленоксида.
Более того, в определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b) данного изобретения имеет среднемассовую молекулярную массу от 500 до 650 г/моль, такую как 569 г/моль.
В дополнение, в определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b) данного изобретения имеет среднюю функциональность от 3.5 до 4, такую как 3.96.
Более того, в определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b) является продуктом, полученным полимеризацией пропиленоксида, в отсутствие этиленоксида, имеет среднемассовую молекулярную массу от 500 до 650 г/моль, и имеет среднюю функциональность от 3.5 до 4.0.
Один подходящий простой полиэфир полиола (b), полученный полимеризацией пропиленоксида и имеющий молекулярную массу 569 г/моль и среднюю функциональность 3.96, является коммерчески доступным как PLURACOL Р-736 от BASF Corporation.
В определенных вариантах осуществления, простой полиэфир полиола (b), полученный полимеризацией пропиленоксида, присутствует в количестве от 1.8 до 5 массовых процентов, таком как от 2 до 3 массовых процентов, таком как 2.5 массовых процентов, в пересчете на общую массу систему.
В определенных других вариантах осуществления, компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, также включает политетраметиленовый простой эфир гликоля, или полиэтерол, полученный полимеризацией тетрагидрофурана.
В определенных вариантах осуществления, политетраметиленовый простой эфир гликоля имеет среднемассовую молекулярную массу от 650 до 2000 г/моль, такую как среднемассовая молекулярная масса 1000 г/моль, и, как полагают, обеспечивает увеличенную прочность на удар полученной в результате эластомерной композиции через ее более высокую относительную молекулярную массу.
Один подходящий политетраметиленовый простой эфир гликоля является коммерчески доступным как PolyTHF Polyether Diol 1000 от BASF Corporation.
Более того, в определенных вариантах осуществления, политетраметиленовый простой эфир гликоля присутствует в системе в количестве от 4 до 10 массовых процентов, таком как от 5 до 8 массовых процентов, таком как 7.5 массовых процентов, в пересчете на общую массу системы.
Полиаминополиол (с), применяемый в данном изобретении, представляет собой соединение, включающее и гидроксильную функциональность и функциональность амина, и добавляется к системе, чтобы обеспечить увеличенную твердость через его низкую относительную молекулярную массу.
В определенных вариантах осуществления, полиаминополиол является диамином. В еще дополнительных вариантах осуществления, полиаминополиол является тетролом простого полиэфир полиола на основе этилендиамина и пропиленоксида.
В определенных вариантах осуществления, полиаминополиол имеет среднемассовую молекулярную массу от 280 до 310 г/моль, такую как от 290 до 300 г/моль.
В еще дополнительных вариантах осуществления, полиаминополиол присутствует в системе в количестве от 4 до 10 массовых процентов, таком как от 5 до 8 массовых процентов, таком как 7.5 массовых процентов, в пересчете на общую массу системы.
Один подходящий полиаминополиол (с) для объекта заявки представляет собой тетрол простого полиэфира полиола на основе этилендиамина и пропиленоксида, коммерчески доступный от Carpenter и продаваемый под торговым названием Carpol EDAP-770 (также альтернативно называемый как Quadrol или POLY EDA 770), имеющий среднемассовую молекулярную массу около 290-295.
Компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, также включает простой полиэфирамин, который добавляют к системе, чтобы обеспечить сформированные эластомерные композиции с увеличенной прочностью на удар, по меньшей мере, частично через его более высокую относительную молекулярную массу.
В определенных вариантах осуществления, простой полиэфирамин (d) является Polyetherdiamine.
Более того, в определенных вариантах осуществления, простой полиэфирамин (d) имеет среднемассовую молекулярную массу от 1000 до 3000 г/моль, такую как 1500-2500 г/моль, такую как 2000 г/моль.
В еще дополнительных вариантах осуществления, Polyetherdiamine (d) присутствует в системе в количестве от 4 до 10 массовых процентов, таком как от 5 до 8 массовых процентов, таком как 7.5 массовых процентов, в пересчете на общую массу системы.
Один подходящий простой полиэфирамин для объекта заявки представляет собой альфа-(2-аминометилэтил)-омега-(2-аминометилэтокси)-поли(окси(метил-1,2-этандиил)), имеющий аминовое число от 53.3 до 58.9 мг KOH/г, и продающийся под торговым названием Polyetheramine D 2000 от BASF Corporation.
Система может включать один или несколько дополнительных компонентов, таких как добавочный компонент. Добавочный компонент может включать любую обычную добавку известную в области техники. Подходящие добавки, для целей данного изобретения включают, но не ограничены, удлинители цепи, сшиватели, агенты обрыва цепи, технологические добавки, промоторы адгезии, ингибиторы горения, антиоксиданты, пеногасители, противопенообразователи, нейтрализаторы воды, молекулярные сита, пирогенные диоксиды кремния, стабилизаторы ультрафиолетового излучения, наполнители, тиксотропные агенты, силиконы, поверхностно-активные вещества, катализаторы, красящие вещества, инертные разбавители, и их комбинации. Если так применяется, добавочный компонент может быть включен в систему в любом количестве, таком как от около 0.05 до 10 массовых долей в пересчете на 100 массовых долей компонента, реакционно-способного относительно изоцианата системы.
В определенных вариантах осуществления, добавочный компонент включает противопенообразователь. В одном варианте осуществления, противопенообразователь содержит силиконовую жидкость, включающую порошкообразный диоксид кремния, диспергированный в ней. Силиконовая жидкость может быть применена, чтобы снизить и/или исключить вспенивание эластомерной композиции. Следует учесть, что силиконовая жидкость может создавать благоприятные условия в растворителе. Примеры противопенообразователей включают Antifoam MSA и Antifoam А, коммерчески доступные от Dow Corning of Midland, MI.
Если так применяется, противопенообразователь обычно присутствует в системе в количестве от около 0.01 до около 0.10, более обычно от около 0.025 до около 0.075, и еще более обычно около 0.05, массовая доля, каждого в пересчете на 100 массовых долей компонента, реакционно-способного относительно изоцианата системы. Следует принять во внимание, что система может включать любую комбинацию двух или больше вышеуказанных противопенообразователей.
В определенных вариантах осуществления, добавочный компонент включает молекулярное сито. Молекулярное сито является гигроскопическим агентом, который может быть применен, чтобы сохранить или увеличить потерю влаги, то есть, состояние сухости. Молекулярное сито обычно содержит молекулы, имеющие множество малых пор. Малые поры позволяют молекулам, имеющим размер меньше, чем поры, таким как молекулы воды, быть адсорбированными, в то время как большие молекулы, такие как те, что присутствуют в изоцианате и компоненте, реакционно-способном относительно изоцианата, не могут адсорбироваться. Обычно, молекулярное сито может адсорбировать воду до и сверх 20 мас. % молекулярного сита. Молекулярное сито, поэтому, может действовать синергетически и совместно с гидрофобным полиолом, минимизируя действие воды на эластомерную композицию адсорбцией воды, до того как вода будет иметь возможность реагировать с изоцианатный компонент системы.
Если так применяется, следует учесть, что может быть применено любое молекулярное сито, известное в области техники, такое как алюмосиликатные минералы, глины, пористые стекла, микропористые угли, цеолиты, активированный уголь или синтетические соединения, которые имеют открытые структуры, через которые малые молекулы, например, вода, могут диффундировать. Примеры подходящих молекулярных сит включают Baylith Paste и Molecular Sieve 3А, которые доступны от различных поставщиков, таких как Zeochem of Louisville, KY.
Если так применяется, молекулярное сито обычно присутствует в системе в количестве от около 0.01 до около 5.0, более обычно от около 0.10 до около 2.5, и еще более обычно около 1.25 массовых процентов общей массы системы. Следует принять во внимание, что система может включать любую комбинацию двух или больше вышеуказанных молекулярных сит.
В определенных вариантах осуществления, добавочный компонент включает пирогенный диоксид кремния, который коммерчески доступный от различных поставщиков. Примером подходящего пирогенного диоксида кремния является AEROSIL R-972, коммерчески доступный от Evonik Industries Inc. of Essen, Germany. Пирогенный диоксид кремния, как правило, действует как агент реологического контроля, и, если пирогенный диоксид кремния является гидрофобным, он придает дополнительную гидрофобность эластомерной композиции.
Если так применяется, пирогенный диоксид кремния обычно присутствует в системе в количестве от около 0.10 до около 10.0, более обычно от около 0.5 до около 2.5, и еще более обычно около 1.25 массовых процентов от общего массового процента системы. Следует принять во внимание, что система может включать любую комбинацию двух или больше пирогенных диоксидов кремния.
В определенных вариантах осуществления, которые включают и молекулярные сита, и пирогенный диоксид кремния, эти компоненты комбинируют с гидрофобным полиолом, чтобы сформировать пасту, которую смешивают вместе перед гидрофобным полиолом, смешиваемым с остатком компонентов, реакционно-способных относительно изоцианата.
В определенных вариантах осуществления, добавочный компонент включает красящее вещество. Красящее вещество может быть выбрано из группы пигментов, красителей, и их комбинаций. Красящее вещество может быть или в жидкой или порошковой форме. Если так применяется, красящее вещество обычно является пигментом или пигментной смесью двух или больше пигментов. Пигмент или пигментную смесь, применяют, чтобы придать желательный цвет эластомерной композиции и, если пигмент является неорганическим, пигмент также может придать УФ защиту эластомерной композиции.
Разные типы пигментов могут быть применены для целей данного изобретения. Например, диоксид титана может быть применен, чтобы придать белый цвет, а газовая сажа может быть применена, чтобы придать черный цвет эластомерной композиции, соответственно, в то же время различные смеси диоксида титана и газовой сажи могут быть применены, чтобы придать эластомерной композиции различные оттенки серого.
Примеры подходящих сортов газовой сажи и диоксида титана для целей данного изобретения коммерчески доступны от Columbian Chemicals Company of Marietta, GA, DuPont Titanium Technologies of Wilmington, DE и Repi S.p.A, соответственно. Также могут быть применены другие пигменты, включая, но не ограничиваясь, красный, зеленый, синий, желтый, зеленый и коричневый и их пигментную смесь, чтобы придать цвет эластомерной композиции в дополнение к или как альтернатива газовой саже и/или диоксиду титана.
Более особые примеры цветов, основанных на одном или нескольких красящих веществах, включают темно-фиолетовый, нефритовый зеленый, красный Sedona, коричневая умбра и коричневый металлический. Примеры подходящих оттенков пигментов для целей данного изобретения являются коммерчески доступными от различных компаний, таких как BASF Corporation и Penn Color, Inc. of Hatfield, PA. Следует принять во внимание, что различные смеси вышеуказанных красящих веществ, например, пигментов, могут быть применены, чтобы придать эластомерной композиции различные цвета, устойчивость и оттенки.
Если так применяется, красящее вещество обычно присутствует в системе в количестве от около 0.10 до около 5.0, более обычно от около 0.5 до 2.0, и еще более обычно около 0.6 массовых процентов общей массы системы. Следует принять во внимание, что система может включать комбинацию двух или больше вышеуказанных красящих веществ.
В определенных вариантах осуществления, добавочный компонент включает каталитический компонент. В одном варианте осуществления, каталитический компонент включает оловянный катализатор. Подходящие оловянные катализаторы, для целей данного изобретения, включают соли олова(II) и органических карбоновых кислот, например, ацетат олова(II), октоат олова(II), этилгексаноат олова(II) и лаурат олова(II). В одном варианте осуществления, металлорганический катализатор включает дилаурат дибутилолова, который является солью диалкилолова(IV) и органической карбоновой кислоты. Особые примеры подходящего металлорганического катализатора, например, дилауратов дибутилолова, для целей данного изобретения, являются коммерчески доступными от Air Products and Chemicals, Inc. of Allentown, PA, под торговым названием DABCO. Металлорганический катализатор также может включать другие соли алкилолова(IV) и органических карбоновых кислот, такие как диацетат дибутилолова, малеат дибутилолова и диацетат диоктилолова.
Примеры других подходящих катализаторов, для целей данного изобретения, включают катализаторы на основе аминов, катализаторы на основе висмута, катализаторы на основе никеля, катализаторы на основе циркония, катализаторы на основе цинка, катализаторы на основе алюминия, катализаторы на основе лития, хлорид железа(II); хлорид цинка; октоат свинца; трис(диалкиламиноалкил)-s-гексагидротриазины, включающие Трис(N,N-диметиламинопропил)-s-гексагидротриазин; гидроксиды тетраалкиламмония, включающие гидроксид тетраметиламмония; гидроксиды щелочных металлов, включающие гидроксид натрия и гидроксид калия; алкоголяты щелочных металлов, включающие метилат натрия и изопропилат калия; и соли щелочных металлов и длинноцепочечных жирных кислот, имеющих от 10 до 20 атомов углерода и/или боковые группы ОН.
Дополнительные примеры других подходящих катализаторов, точнее тримеризованных катализаторов, для целей данного изобретения, включают N,N,N-диметиламинопропилгексагидротриазин, калий, ацетат калия, N,N,N-триметилизопропиламин/формиат, и их комбинации. Особый пример подходящего тримеризованного катализатора является коммерчески доступным от Air Products and Chemicals, Inc. под торговым названием POLYCAT.
Еще дополнительные примеры других подходящих катализаторов, точнее катализаторов из третичных аминов, для целей данного изобретения, включают 1-метилиммидазол, DABCO 33-LV, диметиламиноэтанол, диметиламиноэтоксиэтанол, триэтиламин, N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамин, N,N-диметиламинопропиламин, N,N,N',N',N''-пентаметилдипропилентриамин, трис(диметиламинопропил)амин, N,N-диметилпиперазин, тетраметилимино-бис(пропиламин, диметилбензиламин, триметиламин, триэтаноламин, N,N-диэтил этаноламин, N-метилпирролидон, N-метилморфолин, N-этилморфолин, бис(2-диметиламино-этиловый) простой эфир, N,N-диметилциклогексиламин (DMCHA), N,N,N',N',N''-пентаметилдиэтилентриамин, 1,2-диметилимидазол, 3-(диметиламино) пропилимидазол, и их комбинации. Особые примеры подходящих катализаторов из третичных аминов являются коммерчески доступными от Air Products and Chemicals, Inc. под торговым названием POLYCAT, например, POLYCAT 41.
Если так применяется, каталитический компонент может быть применен в различных количествах. Обычно, каталитический компонент применяют в количестве, чтобы обеспечить адекватное время схватывания/рабочее время. Следует принять во внимание, что каталитический компонент может включать любые комбинации вышеуказанных катализаторов.
Как описано выше, в определенных вариантах осуществления, эластомерная композиция содержат продукт реакции преполимера, заканчивающегося изоцианатом, полимерного изоцианата, и компонента, реакционно-способного относительно изоцианата.
Данное изобретение дополнительно обеспечивает способ формирования эластомерной композиции. Способ включает этапы обеспечения преполимера, заканчивающегося изоцианатом, полимерного изоцианата, и компонента, реакционно-способного относительно изоцианата, и формирования эластомерного покрытия как продукта их реакции.
Изоцианатный индекс (NCO Index) полученной в результате эластомерной композиции данного изобретения находится в диапазоне от около 98 до 115, таком как от 100 до около 110, более обычно от около 100 до около 107, таком как 103. Другими словами, мольное количество непрореагировавших групп NCO в изоцианатном компоненте, относительно мольного количества активных атомов водорода, отдаваемых гидроксильными группами и аминогруппами, присутствующими в компоненте, реакционно-способном относительно изоцианата, обычно задают в системе таким образом, что присутствует легкий стехиометрический избыток непрореагировавших групп NCO в изоцианатном компоненте относительно непрореагировавших гидроксильных групп в полиоловом компоненте (то есть, мольное соотношение NCO:OH системы находится в диапазоне от .98:1 до 1.15:1, таком как от 1:1 до 1.10:1, таком как от 1:1 до 1.07:1, таком как 1.03:1). В обычных вариантах осуществления, этот легкий избыток NCO позволяет остаточным непрореагировавшим группам NCO в сформированной эластомерной композиции реагировать с влагой, чтобы промотировать дополнительное отверждение эластомерной композиции в момент или после нанесения в качестве слоя эластомерного покрытия на желательную металлическую подложку. Верхняя граница 1.15:1 здесь препятствует тому, чтобы эластомерное покрытие становилось слишком хрупким.
Эластомерная композиция может быть упомянута в области техники как 2K эластомерная полиуретановая композиция. Изоцианат и компоненты, реакционно-способные относительно изоцианата, смешивают, чтобы сформировать продукт реакции эластомерной композиции. Термин "продукт реакции", как применяют здесь, имеют целью охватить все стадии воздействия друг на друга и/или реакции между изоцианатом и компонентами, реакционно-способными относительно изоцианата. Как правило, продукт реакции начинает формироваться, когда изоцианат и компоненты, реакционно-способные относительно изоцианата, приходят в контакт друг с другом.
Если эластомерную композицию распыляют, следует учесть, что изоцианатный компонент и компонент, реакционно-способный относительно изоцианата, могут быть смешаны перед или после выхода из форсунки распылителя. В одном варианте осуществления, смола и изоцианатные компоненты разделены потоками при выходе из форсунки распылителя и смешиваются перед покрытием подложки. В других вариантах осуществления, смола и изоцианатные компоненты предварительно смешивают перед выходом из форсунки распылителя.
Эластомерная композиция данного изобретения является идеальной для защиты металлических труб от коррозии и снашивания. В особенности, эластомерная композиция данного изобретения является идеальной для защиты стальных водопроводных труб, применяемых в водоснабжающей индустрии, в такой эластомерной покрывающей композиции, сформированной в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения и нанесенной на внутреннюю сторону и внешнюю сторону стальной водопроводной трубы удовлетворяет требования AWWA С222 для эластомерного покрытия, применяемого на стальных трубах и соединительных деталях водоснабжающей индустрии.
Таким образом, например, как показано на чертеже, эластомерная композиция данного изобретения может быть нанесена в виде слоя эластомерного покрытия 22 на внутреннюю поверхность 24 и/или внешнюю поверхность 26 металлической трубы 20. Обычно, эластомерную композицию слоев покрытия 22 существенно или полностью отверждают после нанесения, на внутреннюю сторону 24 и/или внешнюю поверхность после нанесения, чтобы после сформировать существенно нелипнущие поверхности. Любое остаточное содержание NCO, как записано выше, в эластомерной покрывающей композиции может реагировать с остаточной влагой в среде окружающей металлическую трубу 20, чтобы дополнительно отверждать соответствующие эластомерные слои 22.
В особенности, эластомерная покрывающая композиция данного изобретения, если наносится на подготовленную поверхность стальной трубы в соответствии с Sections 4.3 и 4.4 AWWA С222, формирует слой эластомерных покрытий на стальных трубах, которые удовлетворяют стандарты AWWA С222, как в порядке, предусмотренном в Section 4.2 для отслаивания при катодной поляризации (максимальный радиус 12 мм, как определено в соответствии с ASTM G95), гибкости (нет растрескивания или отслаивания в гибкости 180° когда выгибают на 77 мм сердечнике в соответствии с ASTM D522), прочности на удар (минимум 8.5 Н⋅м (Ньютон метров) в соответствии с ASTM G14), устойчивости к снашиванию (максимум 100-мг потеря покрытия на 1000 оборотов, применяя абразивный круг CS17 в соответствии с ASTM D4060), устойчивости к химическим воздействиям (не больше, чем 5% потеря общей массы длины или ширины после 30 дней погружения в каждый из реагентов в соответствии с ASTM D543 Practice A, Procedure 1), диэлектрической прочности (минимум 250 В/мил в соответствии с ASTM D149 (при 20 мил)), гигроскопичности (максимальная гигроскопичность 2.0 процента как определено ASTM D570), прочности покрытия на отрыв (больше чем 1500 фунт/кв. дюйм (10,342 килоПаскаль) в соответствии с ASTM D4541) и твердости (минимальная твердость по дюрометру 65 по шкале твердости Shore D в соответствии с ASTM D2240).
Следующие примеры имею целью проиллюстрировать изобретение и ни в одном случае не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
ПРИМЕРЫ
Один пример компонента, реакционно-способного относительно изоцианата, и изоцианатного компонента системы проиллюстрирован в Таблице 1 ниже, со всеми значениями в массовых долях (мас. ч.) в пересчете на 100 массовых долей системы и выраженных в массовых процентах, в пересчете на общий массовый процент системы.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pluracol P-736; Polyetheramine D-2000; PolyTHF Polyether Diol 1000; Aerosil R-972, доступный от Evonik Specialty Chemicals; Quadrol; Lupragen N201, доступный от BASF Corporation; Dabco T-12 Catalyst, доступный от Air Products and Chemicals, Inc.; Bright White 18361, доступный от Repi, S.p.A; Ethacure 100, доступный от Albemarle; Elastoflex R23000T, коммерчески доступный от BASF Corporation.
2
2
2
Компоненты Таблицы 1 смешивали и наносили как эластомерную композицию при теоретической кроющей способности 38.9 фут/галлон (3.61 м/3.79 литров, или 0.95 м/литр) толщиной 35 мил, на различные подложки согласно следующей подготовке поверхности, получению материала, применению оборудования и руководствам (включая 1/16 дюймовые (0.16 см) гальванизированные стальные панели подложки доступные от ACT в Hillsdale, Michigan; 1/4-дюймовые (0.64 см) плиты из углеродистой стали доступные от Lake Shore Service, Inc. в Wyandotte, Michigan; секции трубы сортамент 40 (schedule 40=2.067 дюйма), с размером 12 дюймов (30.48 см) в длину, внутренним диаметром 2 дюйма (5.08 см) и внешним диаметром 2 3/8'' (6.03 см) доступные от KTA-Tator, Inc. в Pittsburgh, Pennsylvania; и листы полиэтилена высокой плотности с толщиной 3/8 дюйма (0.95 см) доступные от Grainger в Romulus, Michigan), как подытожено ниже. Перед оценкой панели высушивали на воздухе в течение семи дней при условиях окружающей среды.
Подготовка поверхности:
- Все части визуально осматривали перед пескоструйной очисткой.
- Любые грубые сварочные швы или острые выступы шлифовали начисто.
- Любые отложения масла, жира или других органических загрязнителей удаляли, применяя промывание растворителем.
- Все поверхности, которые будут покрывать, были полностью высушены, не содержали влаги, пыли, песка, масла, жира или любых других загрязнителей в соответствии с SSPC-SP1.
- Температура подложки была, по меньшей мере, на 5°F (3°С) выше температуры точки росы.
- Применяли очистку до "почти белого металла", SSPC-SP10/NACE No. 2 и профиль 3-4 мил. Среда для очистки была чистой, не содержащей пыли, твердой, острой и угловатой.
- Очищенные поверхности были продуты воздухом, очищены щетками или очищены вакуумным устройством, чтобы удалить всю пыль и обрезки перед покрытием, и были покрыты, прежде чем возникала любая ржавчин. Любая очищенная сталь, показывающая пятна ржавчины, была повторно очищена перед покрытием.
Получение материала:
- Перед применением, каждый из материалов смолы перемешивали подходящим смесителем в его исходном контейнере в течение не меньше, чем 30 минут перед применением.
- Открытые рулоны смолы и изоцианата защищали от загрязнения влагой.
Применяемое оборудование и руководства:
- Эластомерную покрывающую композицию наносили 2:1 по объему, многокомпонентной дозирующей установкой высокого давления. Установка поддерживала температуру компонентов, по меньшей мере, 150°F (66°С) в распылителе, также как и рабочее давление до 3000 фунт/кв. дюйм. Чтобы нанести эластомерную композицию применяли ударный смеситель, безвоздушный распылитель со сменными наконечниками для распыления, которые позволяют оптимизировать форму струи.
- Установка: GlasCraft MHR-VR
- Распылитель: GlasCraft Probler 2
- Смесительная камера: 01
- Наконечник воздуходувки: 36/40
- Соотношение смеси - Объемные доли: 200 Смолы к 100 Изоцианата
- Температуры компонентов: 150°F (66°С) Смола/Изоцианат
- Давления компонентов: 2,000 фунт/кв. дюйм (13790 килоПаскалей) Смола/2,100 фунт/кв. дюйм (14479 килоПаскалей) Изоцианат
Эластомерную композицию, полученную на соответствующей подложке оценивали относительно отслаивания при катодной поляризации, прочности покрытия на отрыв, гибкости, прочности на удар, устойчивости к снашиванию, гигроскопичности, твердости, устойчивости к химическим воздействиям, диэлектрической прочности и прочности на разрыв, как правило, в соответствии с процедурой тестирования, детально описанной в AWWA С222, каждый тест дополнительно подытожен ниже, и результаты каждых тестов, подытожены в Таблице 2, которая следует ниже.
Отслаивание при катодной поляризации
Тестирование отслаивания при катодной поляризации покрытых панелей осуществляли в соответствии с модифицированной версией ASTM G-95-07(13), называемой "Standard Test Method for Cathodic Disbondment Test of Pipeline Coatings (Attached Cell Method)", при тестовых условиях окружающей среды (приблизительно 23°С) на гальванизированных стальных панелях подложки, как установлено выше. Модификации включали подаваемое напряжение и длительность периода тестирования. Измерения толщины покрытия получали на образцах с применением неразрушающего электронного устройства для измерения толщины покрытия DeFelsko PosiTector 6000.
Процедура тестирования образцов включала сверление разрыва через покрытие до металлической поверхности к центру покрытой стальной панели, предназначенной для тестирования катодного связывания, с диаметром 1/8 дюйма (.3173 см). Секцию трубы с диаметром 4 дюйма (10.16 см) присоединяли к каждой панели силиконовым клеем, таким образом, что участок разрыва находился в пределах внутреннего диаметра трубы. Внутреннюю сторону трубы (то есть, ячейку) наполняли раствором электролита (3 мас. % хлорида натрия в деионизированной воде) таким образом, что участок разрыва погружали в раствор электролита. В качестве внешнего электрического анода применяли платиновую проволочку, и налагали на образцы потенциал -1.5 В в течение 28 дней.
После 28 дней, оценивали адгезию покрытия возле раннее погруженного участка пропуска и возле одного не погруженного участка, на покрытой панели путем вырезания разреза под углом 45° в форме "X" через покрытие подложки и вручную отслаивая покрытие лезвием многоцелевого ножа, чтобы определить степень потери адгезии. Количественную оценку отслаивания покрытия измеряли от исходного участка пропуска до самой дальней точки подложки, подвергнутой воздействию.
Как только покрытие удаляли, визуальным наблюдением обследовали окрашивание на поверхности стальной панели, соответствующее ранее погруженному участку пропуска. Окрашивание визуально заметно в виде отчетливого круга вокруг ранее погруженного участка пропуска. Такой круг измеряли и коррелировали с количественной оценкой отслаивания при катодной поляризации путем теста на отслаивание при катодной поляризации. Количественную оценку окрашивания измеряли от исходного участка пропуска до дальней точки круга окрашивания. Тест повторяли для множества образцов и ниже, в Таблице 2, подытожена средняя величина радиального окрашивания.
Прочности покрытия на отрыв
Прочность покрытия на отрыв оценивали в соответствии с ASTM D4541, называемом "Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers, Test Method E, 'Self Aligning Adhesion Tester Type V."
Прочности покрытия на отрыв осуществляли на покрытых стальных плитах 4 дюйма х 8 дюймов х 0.25 дюйма (10.16 см × 20.32 см × 0.635 см), которые получали согласно подготовке поверхности перечисленной выше. Толщины покрытия определяли в пяти точках на соответствующих панелях, применяя неразрушающее электронное устройства для измерения толщины покрытия DeFelsko PosiTector 6000. Тестированные поверхности подвергали шлифованию с помощью наждачной бумаги с абразивными частицами 60 и протирали начисто. Элементы диаметром 20 мм (поверхности которых подвергали шлифованию с помощью наждачной бумаги с абразивными частицами 80) прикрепляли к поверхности отшлифованного образца, применяя цианоакрилат или двухкомпонентный эпоксидный клей, которому давали возможность сохнуть за 24 часа, при лабораторных условиях окружающей среды, перед тем как вытягивать. На поверхности образца делали зарубки вокруг вала, до металлической поверхности, перед тем как вытягивать, применяя автоматическую установку для определения прочности адгезии DeFelsko PosiTest АТ-А.
Гибкость
Тестирование гибкости осуществляли в соответствии с ASTM D522/D522M-13, "Standard Test Methods for Mandrel Bend Test of Attached Organic Coatings," Method В. Тестируемые панели представляли собой сталь холодной прокатки 1/32 дюйма х 4 дюйма х 12 дюймов, (0.081 см × 10.16 см × 30.5 см) - ACT CRS 04×12×026 В1000 Р99Х DIW; UNP и покрытие наносили способом описанным выше. Измерения толщины покрытия получали на образцах, применяя неразрушающее электронное устройство для измерения толщины покрытия DeFelsko PosiTector 6000.
В этом тесте, каждый образец выгибали на 180° на 3 дюймовом (7.62 см) сердечнике и потом изучали 8Х сравнивающими линзами относительно растрескивания. Тест повторяли для многочисленных образцов, и результаты подытожены ниже, в Таблице 2.
Прочность на удар
Прочность на удар покрытия на покрытой подложке определяли в соответствии с ASTM G14-04(10)e1, называемым "Standard Test Method for Impact Resistance of Pipeline Coatings (Falling Weight Test)." В этом тесте, пять секций трубы, с размерами 12 дюймов в длину (30.48 см) покрывали способом описанным выше. Толщины покрытий определяли в пяти точках на представленных панелях, применяя неразрушающее электронное устройство для измерения толщины покрытия DeFelsko PosiTector 6000. Трубу прикрепляли к прибору, предусмотренному способом, и опускали 3.2 футовый (1.45 кг) молот (падающий груз) с различных высот, охватывающих диапазон от 24 до 48 дюймов (60.96-121.92 см) как предусмотрено способом. Изучали двадцать мест удара на каждой секции трубы и рассчитали прочность на удар, применяя высоту, массу и количество данных разрушения покрытия. Результаты подытожены ниже, в Таблице 2.
Устойчивость к снашиванию
Устойчивость к снашиванию по Таберу определяли в соответствии с ASTM D4060-14, называемым "Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser." Копию 1/32 дюймов на 4 дюйма на 4 дюйма, покрытых панелей из стали холодной прокатки (0.081 см на 10.16 см на 10.16 см) (ACT CRS 04×12×026 В1000 Р99Х DIW; панели UNP) взвешивали, а потом подвергали 1000 циклам, применяя 1000 граммовую нагрузку и абразивные круги Cs-17. Толщины покрытия определяли в пяти точках на соответствующих панелях, применяя неразрушающее электронное устройство для измерения толщины покрытия DeFelsko PosiTector 6000. Массы после снашивания получали после теста со 100 циклами, и фиксировали потерю массы в миллиграммах. Тест повторяли для многочисленных образцов, и результаты подытожены ниже, в Таблице 2.
Гигроскопичность
Гигроскопичность свободных пленочных образцов измеряли в соответствии с ASTM D570-98(10)e1, называемом "Standard Test Method for Water Absorption of Plastics" с процедурой 7.4, "Long Term Immersion." В этом тесте, покрытия наносили на листы полиэтилена высокой плотности (HDPE) (по меньшей мере, толщина 3/8 дюйма (по меньшей мере, 0.95 см)) в соответствии с подготовкой поверхности, получением материала, применяемым оборудованием и применяемыми руководствами, описанными выше (заменяя стальные подложки панелями HDPE). Три полоски с размерами 3 дюйма на 1 дюйм (7.72 см на 2.54 см) отрезали от свободной пленки, удаляя от листов HDPE, и толщину каждой полоски измеряли, применяя электронно-цифровые штангенциркули Mitutoyo. Образцы выдерживали в термостате, нагретом до 50°С в течение 24 часов. После выдерживания, образцы охлаждали в эксикаторе и непосредственно взвешивали. Образцы потом погружали в деионизированную воду, поддерживающую лабораторные условия около 70°F (около 21°С) при относительно влажности 50%. Образцы удаляли из воды после 24 часов, одной недели и двух недель соответственно, и снова взвешивали. Потом рассчитывали процент увеличения массы согласно формуле: [% увеличения массы = (масса влажного образца - масса выдержанного образца)/масса выдержанного образца) умножить на 100%].
Твердость по шкале Shore D
Твердость покрытия оценивали в соответствии с ASTM D2240-05(10), "Standard Test Method for Rubber Property - Durometer Hardness." Применяя дюрометр Shore D (поверенный с применением калиброванных по твердости блоков), получали пять показателей из свободного пленочного образца, удаленного из листов полиэтилена высокой плотности толщиной 3/8 дюйма (0.95 см) (полученных в соответствии со способом, описанным в тесте на гигроскопичность выше). Средний результат подытожен ниже, в Таблице 2.
Устойчивость к химическим воздействиям
Устойчивость к химическим воздействиям оценивали в соответствии с AWWA С222-08, "Polyurethane Coatings for the Interior and Exterior of Steel Water and Pipe Fittings," который привязан к ASTM D543-14, "Standard Practices for Evaluating the Resistance of Plastics to Chemical Reagents." Растворы химических агентов, применяемые для этого теста, включают 10% хлорид натрия, 30% хлорид натрия, 30% гидроксид натрия, дизельное топливо No. 2, и деионизированную воду. Среднее значение изменений массы и размеры трех параллельных образцов покрытых панелей рассчитывали после 30 дней погружения при температуре окружающей среды (около 23°С). Измерения размера покрытия получали на пяти точках каждого соответствующего образца, применяя электронно-цифровые штангенциркули Mitutoyo. Тест повторяли для многочисленных образцов, и результаты подытожены ниже, в Таблице 2.
Диэлектрическая прочность
Тестирование диэлектрической прочности проводили в соответствии с ASTM D 199-09(13), "Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid Electrical Insulating Materials at Commercial Power Frequencies," Method А. Средний результат тестирования на многочисленных образцовых панелях подытожены ниже, в Таблице 2.
Прочность на разрыв
Прочность на разрыв покрытий оценивали в соответствии с ASTM D638 type IV, называемом "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics". В этом тесте, образцы получали из свободного пленочного образца, удаленного из листов полиэтилена высокой плотности толщиной 3/8 дюйма (0.95 см) (покрытые листы получали в соответствии со способом, описанным в тесте на гигроскопичность выше). Образцы ASTM D638 Type IV обрывали гидравлическим вырубным прессом, и толщину, измеряли механическим толщиномером. Образцы предварительно выдерживали в течение минимум 24 часа при стандартных условиях окружающей среды 23°С и 50% RH (относительная влажность). Все тестирование проводили при таких же стандартных условиях окружающей среды, на универсальной испытательной установке MTS, применяя программное обеспечение Testworks 4.
Результаты
Результаты тестирования для отслаивания при катодной поляризации, прочности покрытий на отрыв, гибкости, прочности на удар, устойчивости к снашиванию, гигроскопичности, твердости, устойчивости к химическим воздействиям, диэлектрической прочности и прочности на разрыв проводили в соответствии со способами, описанными выше, обеспечиваются ниже в Таблице 2.
Следует понимать, что приложенные пункты формулы изобретения не ограничиваются специальными и особыми соединениями, материалами обработки поверхности или способами, описанными в детальном описании, они могут варьироваться между особенными вариантами осуществления, которые находятся в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения. Относительно любых групп Маркуса, взятых за основу здесь, для описания отдельных особенностей или аспектов различных вариантов осуществления, разные, особые, и/или неожиданные результаты могут быть получены из каждого члена соответствующей группы Маркуса, независимо от всех других членов группы Маркуса. Каждый член группы Маркуса может быть независимо и или в комбинации взят за основу, и обеспечивает адекватное подтверждение особых вариантов осуществления в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения.
Дополнительно, любые диапазоны и поддиапазоны, взятые за основу при описании различных вариантов осуществления данного изобретения независимо и совместно, находятся в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения, и, как понимают, описывают и рассматривают все диапазоны, включая целые и/или дробные значения в них, даже если такие значения явно не написаны здесь. Специалист в данной области техники легко распознает, что перечисленные диапазоны и поддиапазоны достаточно описывают и позволяют различные варианты осуществления данного изобретения, и такие диапазоны и поддиапазоны могут быть дополнительно обозначены соответствующими половинами, третями, четвертями, пятыми, и т.д. В качестве всего одного примера, диапазон "от 0.1 до 0.9" может быть дополнительно обозначен в нижней трети, то есть, от 0.1 до 0.3, в средней трети, то есть, от 0.4 до 0.6, и в верхней трети, то есть, от 0.7 до 0.9, которые независимо и совместно находятся в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения, и могут быть независимо и/или совместно взяты за основу, и обеспечивать адекватное подтверждение особых вариантов осуществления в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения. В дополнение, относительно выражения, которое определяет или изменяет диапазон, такого как "по меньшей мере," "больше чем," "меньше, чем," "не более, чем," и подобное, следует понимать, что такое выражение включает поддиапазоны и/или более высокую или более низкую границу. В качестве другого примера, диапазон "по меньшей мере, 10" неотъемлемо включает поддиапазон от, по меньшей мере, 10 до 35, поддиапазон от, по меньшей мере, 10 до 25, поддиапазон от 25 до 35, и т.д., и каждый поддиапазон может быть независимо и/или совместно взят за основу и обеспечивает адекватное подтверждение особых вариантов осуществления в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения. Наконец, независимое число в пределах раскрытого диапазона может быть взято за основу и обеспечивает адекватное подтверждение особых вариантов осуществления в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения. Например, диапазон "от 1 до 9" включает различные отдельные целые числа, такие как 3, также как и отдельные числа, включающие десятичную точку (или долю), такие как 4.1, которые могут быть взяты основу и обеспечивают адекватное подтверждение особых вариантов осуществления в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения.
Изобретение описано иллюстративным способом, и следует понимать, что терминология, которая применяется, направлена на природу слов описания, а не ограничения. Очевидно, возможно много модификаций и вариаций данного изобретения ввиду вышеизложенных идей. Изобретение может быть осуществлено иначе, чем в особенности описано.