АНТИКОРРОЗИОННЫЙ ПИГМЕНТ
ANTICORROSIVE PIGMENT

Изобретение относится к антикоррозионным пигментам и может быть использовано в грунтовках, композициях, лакокрасочных материалах для защиты различных металлов и сплавов от коррозии.
Известен антикоррозионный пигмент, содержащий фосфаты металлов, а именно фосфаты Mg, Ca, Zn в виде смеси, DE 2916029 A1.
Недостатком такого пигмента является нестабильность смеси, а также высокая гидрофильность, что ухудшает антикоррозионные свойства ввиду повышенной флокуляции и агрегации частиц пигмента.
Известен антикоррозионный пигмент, включающий фосфаты металлов (Mg, Ca), получаемый в условиях высокоскоростного диспергирования, US 4294621.
Данному пигменту также свойственна высокая гидрофильность и неудовлетворительные антикоррозионные свойства из-за низкой комплексообразующей способности компонентов.
Известен антикоррозионный пигмент, содержащий фосфаты щелочноземельных металлов, в частности Ca или Mg, и фосфат не щелочноземельного металла, в частности Al, US 5158610.
Известен антикоррозионный пигмент, включающий фосфат не щелочноземельного металла - Al и фосфаты щелочноземельных металлов, RU 2287544.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Оно позволяет получить более мелкодисперсный легкоизмельчаемый пигмент в сравнении с вышеприведенными аналогами и, соответственно, обладает несколько лучшими антикоррозионными свойствами.
Однако повышенная гидрофильность поверхности частиц пигмента в условиях большинства органорастворимых лакокрасочных материалов (алкидные, эпоксидные, акрилатные, уретановые) приводит к флокуляции и агрегации этих частиц. Это снижает эффективность противокоррозионного действия пигмента, так как при этом уменьшается удельная поверхность пигментной фазы и, соответственно, снижается скорость растворения пигмента и способность поддерживать необходимую концентрацию пассивирующих ионов. Через 240 часов выдержки в 3% растворе NaCl площадь поверхности металла, пораженной коррозией, составляет 90-95%.
Задачей настоящего изобретения является улучшение антикоррозионных свойств пигмента.
Согласно изобретению антикоррозионный пигмент, включающий фосфаты Al и Ca, или Al, Ca и Mg, или Al и Mg, или Zn и Ca, дополнительно содержит стеариновую кислоту при следующем соотношении компонентов:
фосфаты металлов
98-99,5 масс.%
стеариновая кислота
остальное.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Гидрофобизирующая добавка равномерно распределяется по поверхности частиц пигмента в виде нанослоя толщиной 5-10 нм, вследствие чего агрегация пигментных частиц практически не происходит; значительно повышается скорость растворения пигмента, достигается высокая концентрация пассивирующих ионов, что обеспечивает повышение антикоррозионного эффекта пигмента и срока службы защитного покрытия.
Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».
3P
4
x
4
z
4
+2
+3
+2
-3
Антикоррозионный пигмент получают следующим образом. Исходным сырьем является гидроксид или оксид не щелочноземельного металла (Al, Zn), концентрированная фосфорная кислота и карбонаты щелочноземельных металлов (Са, Mg). Оксид или гидроксид не щелочноземельного металла растворяют в HO при t=80-90°С в емкости из термостойкого стекла в течение 20-30 минут при непрерывном перемешивании. Затем раствор охлаждают до 50-60°С, разбавляют водой до концентрации не более 9.2 мас.% раствора гидроксида или оксида не щелочноземельного металла и вводят водную суспензию карбоната щелочноземельного металла (Ca, Mg) при перемешивании. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании в течение двух часов. В результате образуются третичные фосфаты указанных выше металлов общей формулы AE(Al или Zn) и (PO), где АЕ - щелочноземельный металл (металлы), x, у, z - массы ионов АЕ, Al или Zn, PO . Соотношение х:у:z должно составлять в масс.%, соответственно, 29,8-53,8:2,7-4,1:43,5-66,1, то есть остается таким же, как в прототипе.
После этого в смесь вводят гидрофобизатор - стеариновую кислоту в виде водной 40% эмульсии, при этом фосфаты металлов составляют 98-99,5 мас.%, стеариновая кислота остальное, смесь перемешивают и помещают в бисерную мельницу, где обрабатывают в течение 30 минут. Затем осуществляют фильтрацию, сушку и измельчение полученного пигмента. Пигменты с различным соотношением компонентов иллюстрируются нижеприведенными примерами. Свойства пигментов приведены в таблице.
Пример 1. Для получения антикоррозионного пигмента в лабораторных условиях взято 12.5 г гидроксида алюминия, который растворяли в 30 г 85%-ной ортофосфорной кислоты при 90°С в течение 30 минут при перемешивании. Полученный раствор разбавляли 94 г воды, температуру раствора доводили до 60°С, после чего в него вводили 70.6 г 18.6%-ной водной суспензии карбоната кальция небольшими порциями при постоянном перемешивании в течение 3 часов; после этого смесь охлаждали до комнатной температуры и в нее вводили 2.5 г 40%-ной водной эмульсии стеариновой кислоты, перемешивали и помещали в бисерную мельницу, где обрабатывали в течение 30 минут, после чего пигмент отделяли фильтрованием и высушивали при температуре 120±2°С в течение 3 часов. Полученный пигмент содержит 98 мас.% фосфатов Al и Ca и 2 мас.% стеариновой кислоты.
Пример 2. В раствор гидроксида алюминия вводили 70.6 г 18.6% водной суспензии смеси карбонатов кальция и магния (в соотношении 1:1) и 1.9 г 40%-ной водной эмульсии стеариновой кислоты. Пигмент содержит 98.5 мас.% фосфатов Mg, Ca, Al и 1.5 мас.% стеариновой кислоты.
Пример 3. То же, как в примере 1, но вместо гидроксида алюминия взято 12.5 г гидроксида цинка, добавлено 1.25 г 40%-ной водной эмульсии стеариновой кислоты. Пигмент содержит 99 мас.% фосфатов Zn и Ca и 1 мас.% стеариновой кислоты.
Пример 4. В раствор гидроксида алюминия вводили 70.6 г 18.6%-ной водной суспензии карбоната магния, добавлено 0.65 г 40%-ной водной эмульсии стеариновой кислоты. Пигмент содержит 99.5 мас.% фосфатов Al и Mg и 0.5 мас.% г стеариновой кислоты.
Пример 5. То же, что в примере 4, добавлено 5.1 г 40% водной эмульсии стеариновой кислоты. Пигмент содержит 96 мас.% фосфатов Mg, Al и 4 мас.% стеариновой кислоты.
Пример 6. То же, что в примере 3, добавлено 0.25 г 40%-ной водной эмульсии стеариновой кислоты. Пигмент содержит 99.8 мас.% фосфатов Zn, Ca и 0.2 мас.% стеариновой кислоты.
Противокоррозионные свойства пигментов оценивали путем испытаний покрытий, содержащих пигменты, в коррозионно-активных средах с использованием потенциостатического метода определения коррозионного тока и внешнего вида покрытий. Покрытия получали путем нанесения краски, содержащей заявленный антикоррозионный пигмент, состав которой приведен в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты
Содержание антикоррозионного пигмента, мас.%
Алкидный лак ПФ-053
50
(содержание нелетучих веществ 54%)
Диоксид титана (DuPontR706)
15
Тальк (МТ-1099)
15
Антикоррозионный пигмент
5
Уайт-спирит
14
Сиккатив (LB-2 «Биолар»)
1
Свойства покрытий, соответствующих примерам 1-7, а также прототипу, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства покрытий
Примеры
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Ток коррозии через 48
часов выдержки в 3%-ном растворе NaCl, мкА/см<sup>2</sup>
0.6
0.1
0.1
0.9
1.5
1.2
2.2
Площадь поверхности,
пораженной коррозией,
через 240 часов
30
20
20
35
45
50
90-95
выдержки в 3%-ном
растворе NaCl, %
Площадь поверхности,
пораженной коррозией,
0
0
0
0
12
10
12
через 240 часов
выдержки в воде, %
Из таблицы 1 следует, что антикоррозионный пигмент при заявленном соотношении компонентов обеспечивает более высокую противокоррозионную стойкость по сравнению с прототипом. Вместе с тем из таблицы 1 видно, что при содержании гидрофобизатора более 2 мас.% (пример 5) его количество является избыточным по отношению к поверхности частиц пигмента, что приводит к повышению степени гетерогенности покрытий, ухудшению их изолирующих свойств и снижению противокоррозионной стойкости и срока службы.
При содержании гидрофобизатора менее 0.5% (пример 6) имеет место неполное укрытие поверхности частиц пигмента и их частичная агрегация в органорастворимых лакокрасочных материалах, что приводит к уменьшению скорости выделения тормозящих коррозию ионов металлов и фосфат-ионов.
Для получения заявленного пигмента в промышленных объемах может быть использовано заводское оборудование и широко распространенные реагенты. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».