АНТИКОРРОЗИОННАЯ ГРУНТОВКА
ANTICORROSION PRIMER

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, а именно к составам антикоррозионных цинксодержащих лакокрасочных материалов для протекторной защиты от коррозии металлических конструкций, изделий и оборудования, эксплуатирующихся в условиях среднеагрессивных сред, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, судостроении, автомобилестроении и мостостроении для защиты инженерных и гидротехнических сооружений, промышленных и энергетических установок, оборудования химической и нефтехимической промышленности, портовых сооружений.
Известен «Антикоррозионный состав для покрытий» (Патент РФ №2378305, МПК C09D 5/08, C09D 5/10, опубл. 10.01.2010), содержащий высокодисперсный порошок цинка, оксид цинка, связующее, в качестве которого используют хлоркаучук, модифицированный смолой алкидной с кислотностью не более 20 мгKOH/г и пластифицированный хлорпарафиновым воском в среде органического растворителя, и целевые добавки, в качестве которых используют полимеризованное амфотерное масло, бентонит органофильный и графит.
Известна «Грунтовка» (Патент РФ №2068434, МПК C09D 167/08, C09D 5/08, опубл. 1996), обладающая седиментационной устойчивостью, содержащая, мас.%: пентафталевый лак, модифицированный эпоксидно-жирнокислотным олигомером, 41,5-61,5; цинковый порошок 30,0-45,0, полиметилолмочевину 6,5-10,0; трехметальный сиккатив 2,0-3,5. Состав характеризуется слабым структурированием, т.к. мочевина обладает слабым тиксотропным действием, а седиментационная устойчивость состава утрачивается при его хранении и разбавлении до рабочей вязкости с созданием трудноразмешиваемого осадка. Кроме того, длительность сушки составляет не менее 22 часов, что снижает производительность труда и увеличивает затраты на антикоррозионную обработку.
1
Известна «Композиция для получения антикоррозионного покрытия» (Патент РФ №2304602, МПК C09D 167/08; C09D 5/08; опубл. 2007), наиболее близкая к предлагаемой и принятая за прототип, включающая высокодисперсный цинковый порошок, модифицированный алкидный пленкообразователь, трехметальный сиккатив и антиседиментационную добавку, органический растворитель - толуол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинковый порошок высокодисперсный 55-65; окись цинка 10-15; алкидный пленкообразователь, состоящий из тощего алкидного лака, модифицированного фенолформальдегидной смолой с кислотным числом не более 15 мг KOH/г 10,0-15,0; бентонит органофильный SD 0,3-0,8; лецитин 0,3-0,8; сиккатив трехметальный 0,1-0,3; толуол - остальное. В качестве высокодисперсного цинкового порошка используется любой порошок импортного производства со средним размером частиц 3-5 мкм, например порошок импортного производства марки S3 (Норвегия) либо марки EMP, UMP (Южная Корея), соответствующие требованиям ИСО 3549:1995 (Е). Состав технологичен в процессе нанесения, а получаемое покрытие обеспечивает стойкость по отношению к воде и нефтепродуктам. Известное покрытие не может быть использовано в растворах кислот, щелочей, солей, органических кислот и не обеспечивает достаточной надежности при длительной эксплуатации.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в получение антикоррозионной грунтовки с высокими технологическими свойствами при одновременном обеспечении повышенной длительности защиты покрытий в условиях агрессивной среды, повышение адгезионной прочности, сокращение времени высыхания, повышение ударной прочности.
Технический результат достигается тем, что антикоррозионная грунтовка, включающая алкидный пленкообразователь, пигмент, сиккатив, добавку, растворитель, дополнительно содержит в качестве наполнителя микротальк - силикат магния, в качестве алкидного пленкообразователя содержит алкидный лак с добавлением порошкового модификатора ржавчины лигнинового, в качестве добавки содержит пигмент - оксид цинка и добавку для снижения поверхностного натяжения пленкообразователя - полиэтилсилоксановую жидкость, сиккатив жирнокислотный, содержащий в % - марганец - 0,9-1,5 и свинец - 4,5-6,0, карбонат кальция, а в качестве растворителя содержит уайт-спирит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алкидный лак
50,99…54,83;
микротальк - силикат магния
17,5…19,3
пигмент - оксид цинка
7,8…8,2;
сиккатив жирнокислотный
2,12…2,76;
порошковый модификатор ржавчины лигниновый
7,8…8,6;
добавка для снижения поверхностного
натяжения пленкообразователя -
полиэтилсилоксановая жидкость
0,03…0,05;
карбонат кальция
0,01…0,025
уайт-спирит
остальное
Грунтовка включает алкидный лак, порошковый модификатор ржавчины лигниновый и спецнаполнители, обладает способностью проникать в микротрещины и поры металла с одновременным подавлением начавшихся процессов коррозии.
-
Алкидный пленкообразователь содержит алкидный лак, выполняющий функцию ПАВ смачиватель. Полуфабрикатами лак (пентафталевый) ПФ-053Н, ПФ-046, ПФ-060 (ТУ 6-10-612-76), имеющий 4 первичные гидроксильные группы ОН (на основе 4-атомного спирта эритрита).
В качестве пигмента использован неорганический пигмент - оксид цинка ZnO ускоритель отверждения - цинковые белила. Цинковые белила - ингибитор катодного процесса (тормозит катодный процесс, т.е. уменьшает диффузию окислителя, воды и протонов - подавляет процесс их восстановления). Цинковые белила - ГОСТ 202-84, ТУ 6-00-5744286-48-90, марка БЦО. Использование цинковых белил увеличивает образование адгезионных связей, которые улучшают процесс отверждения нижнего слоя.
В качестве наполнителя использован силикат магния - микротальк МТ-ЭГС-1, ГОСТ 19284-79. Микротальк значительно увеличивает вязкость и тиксотропность, снижает глянец покрытий, делает их матовыми, что устраняет неравномерный блеск покрытий на волнистых подложках. Микротальк снижает электрическую проводимость и относится к термостойким пигментам. Тальк повышает влагонепроницаемость, так как влага впитываеся им и удерживается.
В качестве сиккатива использован жирнокислотный сиккатив ЖК-1, ЖК-12 - прозрачная однородная жидкость, содержит марганец, свинец и уайт-спирит (ТУ6-10-1641-86, ТУ6-21-0204150-1-90). Содержание активного металла в сиккативе, % марганца - 0,9-1,5, свинца 4,5-6,0. ЖК сиккативы представляют собой раствор солей тяжелых металлов различных жирных кислот и их солей с нафтеновыми кислотами в органических растворителях. Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества (катализаторы), ускоряющие высыхание растительных масел, красок, эмалей, лаков, изготовленных на масляной основе. Сиккатив поглощает из воздуха кислород, который быстро переходит в масло, благодаря чему сокращается время, необходимое для образования твердой пленки.
В качестве модифицирующей добавки использован порошковый модификатор ржавчины лигниновый (ТУ38-5383333-1-90, ТУ 10.05.743-89). Лигнин порошковый - мелкодисперсный порошок темно-коричневого цвета, нерегулярно построенный полимер, является отходом гидролизно-дрожжевого производства, делает изделие менее чувствительным к перепадам эксплуатационных температур и улучшает сцепление покрытия с ржавой поверхностью.
В качестве добавки для снижения поверхностного натяжения пленкообразователя использована полиэтиленсилоксановая жидкость ПЭС-5, ГОСТ 13004-77. Полиэтиленсилоксановая жидкость ПЭС-5 - кремнийорганическая жидкость (противократерная добавка) вводится для исключения кратеров, т.е. для снижения поверхностного натяжения пленкообразователя, что дает хорошую смачиваемость.
3
В качестве дополнительной добавки (наполнителя) использован карбонат кальция - соль угольной кислоты (CaCO), выполняющий функцию красящего пигмента и связывающего материала.
В качестве органического растворителя использован уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) - высококипящая фракция бензина, прозрачная маслянистая жидкость с запахом керосина.
Указанные пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достижения заявленного технического результата.
2
Использование предлагаемой антикоррозионной грунтовки показывает ее хорошую укрывистость (0,25-0,3 кг/м при двухслойном покрытии) - способность лакокрасочного материала делать невидимым цвет или цветовые различия окрашиваемой поверхности (ГОСТ 8784-75), достаточную вязкость (условная вязкость 50-100 сек), время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)°C в течение 11 часов.
Грунтовку готовят простым механическим смешиванием ингредиентов до требуемой степени дисперсности.
Для испытаний образцов использовали металлические пластины, на которые наносили покрытие кистью или валиком с последующей сушкой при комнатной температуре до степени 6 в соответствии с ГОСТ 19007-73. Толщина сформированных покрытий составляла 70-80 мкм.
Условную вязкость грунтовки определяли по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±2°C по ГОСТ 8420-74.
Устойчивость грунтовки при хранении определяли визуально. Расслаивание разбавленной грунтовки оценивали по ГОСТ 25129-82.
Время высыхания покрытия до степени 3 оценивали по ГОСТ 19007-73 при температуре 20±2°C.
Адгезию покрытий методом «решетчатых надрезов» определяли по ГОСТ 15140-78.
Прочность при ударе определяли по ГОСТ 4765-78, эластичность при изгибе - по ГОСТ 6806-73.
Стойкость покрытия к статическому воздействию воды и нефтепродуктов при температуре 20±2°C определяли по ГОСТ 9.403-80.
Техническую сущность и преимущества предлагаемой антикоррозионной грунтовки иллюстрируют экспериментальные данные, приведенные в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Составы антикоррозионных грунтовок
Компоненты
Содержание различных составов, мас.%, в образцах
1
2
3
Белила цинковые ЦБ-О
8
7,8
8,2
Микротальк МТ-ЭГС-1
18,3
17,5
19,3
Уайт-спирит
10
13,75
6,24
Сиккатив ИСК-1
2,46
2,12
2,76
Лигнин порошковый
8,2
7,8
8,6
Полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5
0,04
0,03
0,05
Алкидный лак (пленкообразующее в виде пентафталевого лака)
53
50,99
54,83
Таблица 2
Свойства антикоррозионных покрытий
Наименование показателя
Нормативная документация на метод/оборудование
Образцы №
I
II
III
Условная вязкость по визкозиметру типа ВЗ-246 (или ВЗ-4) с диаметром сопла 4 мм при температуре (20±0,5)°C, сек, не менее
по ГОСТ 8420-74 с изменениями 1, 2
45
25
30
Степень перетира, мкм, не более
по ГОСТ 6589-74 с изменениями 1,2
80
85
100
Время высыхания до степени 3, не более при толщине 15-18 мкм при температуре (20±2)°C, час
по ГОСТ 19007-73 с изменениями 1,2
12
13
15
при температуре (70±3)°C, мин
45
58
67
при температуре (105±5)°C, мин
35
44
55
Твердость пленки, усл. единицы, не менее
по ГОСТ 5233-89 метод 1 по маятниковому прибору типа ТМЛ (маятник А)
0,13
0,08
0,1
Эластичность пленки при изгибе, мм, не более
по ГОСТ 6806-73 с изменениями 1,2
1
2
2,7
Прочность пленки при ударе, Дж (кгс.см), не менее
по ГОСТ 4765-73 с изменениями 1.2,3 на приборе У-1А
45
32
40
Адгезия пленки, баллы, не более
по ГОСТ 15140-78 с изменениями 1,2,3
1
1
2
Стойкость пленки к статическому воздействию 3%-ного раствора хлористого натрия при температуре (20±2)°C, ч, не менее
по ГОСТ 9.403-80 с изменением 1, метод АТУ 2312-003-27552940-99 п.5.7.
36
16
9
Стойкость пленки к статическому воздействию воды при температуре (20±2)°C, ч, не менее
по ГОСТ 9.403-80 с изменением 1, метод АТУ 2312-003-27552940-99 п.5.7.
36
33
26
Стойкость пленки к статическому воздействию индустриального масла при температуре (20±2)°C, ч, не менее
по ГОСТ 9.403-80 с изменением 1, метод АТУ 2312-003-27552940-99 п.5.8.
48
40
34
Расслаивание, см<sup>3</sup>, не более
ТУ 2312-003-27552940-99 п.5.10 по ГОСТ 1770
5
6,7
8
Предлагаемая антикоррозионная грунтовка состоит из алкидного лака, порошкового модификатора ржавчины лигнинового и спецнаполнителей. В грунтовке использован новый подход к коррозионной защите, заключающийся в сложном химическом взаимодействии молекул компонентов с окислами железа и атомами металлической решетки. Грунтовка обладает способностью проникать в микротрещины и поры металла и подавлять процессы коррозии. При этом на поверхности металла образуются прочные хелатные комплексы с полимерной составляющей грунтовки, защищающие металл от внешнего воздействия. Такой механизм действия позволяет грунтовке прочно связывать слой ржавчины до 100 микрон. Высокая антикоррозионная стойкость грунтовки позволяет уменьшить трудозатраты на подготовку металлических поверхностей под окрашивание, особенно в труднодоступных местах конструкций, сооружений или на отдаленных трассах трубопроводов, мостов, а также использовать грунтовку как самостоятельное покрытие. Применение грунтовки при ремонте железнодорожных вагонов, автомашин, цистерн позволяет отказаться от дорогостоящей дробеструйной очистки металлических поверхностей от продуктов коррозии перед окрашиванием. Относительная дешевизна грунтовки в сочетании с высокой технологичностью процесса окрашивания позволяют использовать грунтовку во всех отраслях промышленности, а при мелкой расфасовке также в индивидуальном секторе потребления.
Опытные испытания показали, что антикоррозионная грунтовка обладает высокими технологическими свойствами, обеспечивает повышенную длительность защиты покрытий в условиях агрессивной среды, обладает повышенной адгезионной и ударной прочностью.