Модифицированный лакокрасочный материал
MODIFIED PAINT MATERIAL

Изобретение относится к области химии, а именно к составам для создания противокоррозионных покрытий.
Для объектов различного назначения, эксплуатируемых в условиях с высокой коррозионной активностью (холодный, морской климат, активная химическая среда и др.), необходимо применение защитных покрытий способных сохранять свои качества длительное время.
Для создания долговечных защитных покрытий в условиях эксплуатации с высокой коррозионной активностью применяют либо порошковые полимерные материалы, либо органические лакокрасочные материалы (ЛКМ) со специальными добавками. Данные материалы являются достаточно дорогостоящими, и/или их применение требует наличия специализированного оборудования.
Для снижения себестоимости покрытия целесообразнее применять органические лакокрасочные материалы. А для их обеспечения необходимыми эксплуатационными характеристиками вводят модификаторы на этапе приготовления, перед непосредственным применением. Однако ввиду сложности получения однородных составов на данном этапе этот способ не имеет широкого применения.
Для получения защитных лакокрасочных покрытий, обладающих комплексом необходимых свойств, актуальным является применение наномодификаторов, которые могут оказывать положительный эффект уже до 1% концентрации в составе материала. Применение одновременно двух и более наномодификаторов приводит к синергетическому эффекту.
В связи с этим, актуально находить пути снижения себестоимости и трудоемкости получения высокоэффективных защитных покрытий на металлических поверхностях, эксплуатируемых в суровых условиях, за счет введения в лакокрасочный материал перед непосредственным применением легкосмешивамых совместимых наномодификаторов.
Известен «Однослойный антикоррозионный лакокрасочный материал на основе эпоксидного связующего с углеродными нанотрубками (УНТ)» (пат. РФ №2537001), согласно которому в эпоксидную смолу или промышленную эмаль добавляется суспензия, состоящая из эпоксидной смолы в качестве пленкообразующего вещества (15% масс), многослойных УНТ (0.5% масс) и 2-этоксиэтанола (84.5% масс), перемешанных в диспергирующей и ультразвуковой установках.
К недостаткам данного изобретения относится высокое содержание углеродных нанотрубок, что влияет на стоимость состава, а также сложность в приготовлении состава.
Для повышения эксплуатационной стойкости композиционных материалов, в том числе лакокрасочных покрытий, известен «Суперконцентрат углеродных нанотрубок и способ его получения» (пат. РФ 2654959). Сущность изобретения заключается в разработке составов и способов их приготовления для различных материалов. Особенностью данного способа является получение совместимых и легко смешиваемых с различными композиционными материалами составов и повышающими эксплуатационную стойкость материалов, получаемых на их основе, при малых содержаниях углеродных нанотрубок.
Известно «Антикоррозионное покрытие с углеродными нанотрубками заполненными цинком» (пат. РФ №2312874). Сущность изобретения заключается в получении лакокрасочного материла, содержащего углеродные нанотрубки в количестве 40…86% от объема, заполненных цинком. Введение цинка в углеродные нанотрубки проводится методом расплавленных металлов, что является трудоемким процессом, требующим наличие специального оборудования.
К недостаткам также относится то, что объем углеродных нанотрубок в лакокрасочном материале составляет 40…86%, что существенно повышает себестоимость получаемого покрытия и сложность получения однородных составов.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА изобретения заключается в снижении трудоемкости приготовления модифицированного лакокрасочного материала и повышении эксплуатационной стойкости получаемых покрытий.
2
3
Техническая задача достигается введением в лакокрасочный материал на основе акриловых сополимеров наночастиц оксида висмута в количестве (BiO) 1% от массы ЛКМ и адаптированного концентрата на основе углеродных нанотрубок (УНТ), в количестве 0,1% от массы ЛКМ.
Введение данных добавок в состав эмали на основе акриловых сополимеров позволяет добиться синергетического эффекта по отношению большинства важнейших характеристик получаемого лакокрасочного покрытия, отвечающих за противокоррозионную защиту в различных условиях эксплуатации: адгезионная прочность, прочность к истиранию и др.
Применяемые добавки являются легко смешиваемыми механическим способом, на этапе приготовления к применению, с эмалью на основе акриловых сополимеров, и в сочетании позволяют добиться синергетического эффекта.
Порядок приготовления модифицированного лакокрасочного материала:
1. В необходимое количество лакокрасочного материала на основе акриловых сополимеров вводят 1% по массе наночастиц оксида висмута и перемешивают до однородности механическим смешиванием при высокой частоте вращения;
2. В полученный лакокрасочный материал вводят концентрат на основе углеродных нанотрубок, в количестве 0,1% по массе и перемешивают до однородности механическим смешиванием при высокой частоте вращения;
3. В готовый состав, перед применением, при необходимости, вводят отвердитель и разбавляют до нужной вязкости.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Результаты проведенных исследований представлены в таблице -результаты испытаний наномодифицированных покрытий, на фиг. 1 - термомеханические кривые модифицированного покрытия при различном содержании наночастиц оксида висмута (BiO) и концентрата с УНТ (1 - BiO 0,5%, УНТ - 0,05%; 2 - BiO 0,5%, УНТ - 0,25%; 3 - BiO 1%, УНТ - 0,05%; 4 - BiO 1%; УНТ - 0,1%).
2
3
Микроструктура наномодифицированного защитного акрилового покрытия по результатам растровой электронной микроскопии представлена на: фиг. 2 - без наноразмерных добавок, фиг. 3 - с добавлением концентрата с УНТ 0,1%, фиг. 4 - с добавлением наночастиц оксида висмута BiO 1% и концентрата с УНТ 0,1%.
Данные исследования подтверждают, что комплексный положительный эффект при введении нанодобавок наблюдается уже до 1% концентрации, что способствует обеспечивать повышение долговечности покрытия при минимальных затратах.
Значение диэлектрической проницаемости характеризует изолирующие свойства объекта. Чем ниже значение диэлектрической проницаемости, тем выше изоляционная способность и наоборот. Значение тангенса угла диэлектрических потерь характеризует антистатические качества, чем значение тангенса угла диэлектрических потерь ниже, тем покрытие более антистатичное и наоборот.
При совместном введении добавок наночастиц оксида висмута и концентрата с УНТ определено, что наилучшим сочетанием нанодобавок является совместное введение в материал Оксида висмута (Bi2O3) в количестве 1% и концентрата с УНТ 0,1%.
Данное покрытие, по сравнению с другими испытанными покрытиями отличается:
- повышенной температурой точки перехода в текучее состояние, что говорит о высокой термостабильности и термоустойчивости покрытия (Фиг. 1);
- высокими показателями адгезии (более 4 МПа при когезионном характере отрыва от 60 и более процентов);
- лучшими антистатическими и проводящими качествами.
Отмеченный синергетический эффект проявляется в получении покрытия с лучшими показателями свойств при введении меньшего количества добавок, что позволяет снизить затраты на приготовление состава и создания покрытия.
2
3
При анализе изображений растровой электронной микроскопии (фиг 2,3,4), отмечено, что при модифицировании нанодобавками происходит активное взаимодействие углеродных нанотрубок с образованием гомогенной наноструктуры по фрактальному механизму (фиг. 3). В дальнейшем с введением оксида висмута наблюдается образование гетерофазных фрактальных структур, армирующих весь композит. Введение оптимального расхода наноразмерных добавок BiO (1%) и концентрата с УНТ (0,1%) позволяет получить равномерную плотную микрормированную структуру (фиг. 4). При большем содержании УНТ агрегируют, образуя дефекты структуры. Микроструктурный анализ позволил доказать существование оптимального содержания нанодобавок и подтвердить полученный другими методами исследований синергетического эффекта по усилению качественных показателей защитного акрилового покрытия.