Порошковые эпоксидные композиции для покрытий, способы и изделия
POWDERED EPOXY COATING COMPOSITIONS, METHODS AND ARTICLES

Уровень техники
Наплавляемые эпоксидные (FBE) порошки и жидкие смолы обычно используются для защиты от коррозии стальных трубопроводов и металлов, используемых в нефтяной, газовой и строительной отраслях промышленности. Эти покрытия могут быть нанесены на различные части для защиты от коррозии. Иллюстративные применения включают клапаны, насосы, обжимные хомуты для врезки, коллекторы, трубные подвески, лестницы, сетку, арматуру, кабель и трос, двутавровые балки, катушки столбцов, анкерные плиты, стулья и тому подобное.
Желательное FBE покрытие имеет превосходные физические свойства, чтобы ограничивать повреждения во время транспортировки, установки и эксплуатации. Повреждение покрытия может привести к более высокой возможной коррозии металлической поверхности, которую защищает покрытие, и в конечном итоге может привести к уменьшению срока службы. Поскольку пыль и крупные зерна песка могут проникать в покрытие во время транспортировки, желательное покрытие имеет превосходное проникновение и сопротивление образованию выемок. Дополнительно, желательное покрытие имеет высокую ударную прочность от засыпного или погрузочно-разгрузочного оборудования во время установки. Также, основу с покрытием часто сгибают в процессе установки, например, чтобы вписаться в контур земли, и она должна быть достаточно гибкой, чтобы предотвратить повреждение покрытия.
Было предпринято несколько попыток, чтобы сделать FBE покрытия более устойчивыми к механическим повреждениям. Например, толщина общего покрытия может быть увеличена, чтобы обеспечить дополнительное поглощение энергии удара и истирания; однако, по мере того как увеличивается толщина покрытия, гибкость покрытия уменьшается. Нагрузка наполнителя также может быть увеличена; однако более высокие нагрузки наполнителя могут значительно уменьшить гибкость FBE покрытия. Как упоминалось ранее, гибкость покрытия очень важна во время установки. Таким образом, равновесие свойств, в частности между прочностью и гибкостью, является трудным, но важным для достижения для FBE композиции для покрытий.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает порошковые композиции для покрытий, в частности, наплавляемые эпоксидные (FBE) порошковые композиции для покрытий, которые обеспечивают защитные эпоксидные покрытия, в частности, гибкие и устойчивые к повреждениям эпоксидные покрытия. Композиции для покрытий в соответствии с настоящим изобретением представляют собой «порошковые композиции для покрытий», что означает, что они представляют собой системы 100% твердых веществ без растворителей.
Такие композиции для покрытий содержат твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу (т.е. порошок термореактивной эпоксидной смолы) и частицы каучука структуры сердцевина-оболочка. Примечательно, что добавление частиц каучука структуры сердцевина-оболочка резко повышает гибкость полученного в результате покрытия без отрицательного влияния на температуру стеклования покрытия, даже при высоких нагрузках наполнителя.
В одном варианте осуществления, представлена порошковая композиция для покрытий, содержащая компоненты, включающие: твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу (например, порошок термореактивной эпоксидной смолы); частицы каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 процентов по массе (мас. %) исходя из общей массы композиции для покрытий; отверждающий агент и материал наполнителя в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий; при этом компоненты выбраны и использованы в количествах, обеспечивающих отвержденное покрытие, не имеющее уменьшения плотности, либо в случае наличия уменьшения плотности, оно составляет не более чем 15%, относительно теоретической плотности композиции для покрытий.
В одном варианте осуществления, представлена порошковая композиция для покрытий, содержащая компоненты, включающие: твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу, имеющую эпоксидную эквивалентную массу более чем 700; частицы диен-содержащего каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий; отверждающий агент; и материал наполнителя, содержащий неорганический, неметаллический наполнитель в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий; при этом порошковая композиция для покрытий образует непористое покрытие при нанесении на основу и отверждении.
В одном варианте осуществления, представлен способ защиты изделия, при этом способ включает стадии, на которых: покрывают изделие порошковой композицией для покрытий, содержащей компоненты, включающие: твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу; частицы каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий; отверждающий агент; и материал наполнителя; при этом компоненты выбирают и используют в количествах, обеспечивающих отвержденное покрытие, не имеющее уменьшения плотности, либо в случае наличия уменьшения плотности, оно составляет не более чем 15%, относительно теоретической плотности композиции для покрытий; и отверждают композицию, расположенную на изделии.
Настоящее изобретение также обеспечивает отвержденные покрытия и изделия, имеющие отвержденное покрытие на них.
В одном варианте осуществления, представлено изделие, содержащее: основу, имеющую внешнюю поверхность; и отвержденное покрытие, расположенное на, по меньшей мере, части внешней поверхности; при этом отвержденное покрытие получено путем отверждения (т.е. полимеризации и/или поперечной сшивки) порошковой композиции для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
В одном варианте осуществления, представлено изделие, полученное способом в соответствии с настоящим изобретением.
В одном варианте осуществления, представлено изделие, содержащее: основу, имеющую внешнюю поверхность; и отвержденное покрытие, расположенное на, по меньшей мере, части внешней поверхности; при этом отвержденное покрытие содержит: поперечносшитую эпоксидную смолу; частицы каучука структуры сердцевина-оболочка, включенные в поперечносшитую эпоксидную смолу, при этом частицы каучука структуры сердцевина-оболочка присутствуют в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы покрытия; и материал наполнителя, включенный в поперечносшитую эпоксидную смолу, при этом материал наполнителя присутствует в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы покрытия; при этом отвержденное покрытие демонстрирует по меньшей мере 3,0 градуса на диаметр трубы согласно Тесту гибкости CSA Z245.20-02-12.11 при -30°C.
В данной заявке, «комнатная температура» или «RT» относится к температуре от 20°C до 30°C или предпочтительно от 20°C до 25°C.
Термины «содержит» и его вариации не имеют ограничивающего значения там, где эти термины появляются в описании и в формуле изобретения.
Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут предоставить определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Однако другие варианты осуществления могут быть также предпочтительными, при тех же или других обстоятельствах. Дополнительно, перечисление одного или более предпочтительных вариантов осуществления не означает, что другие варианты осуществления не являются полезными, и не предназначены для исключения других вариантов осуществления из объема настоящего изобретения.
В данной заявке термины, представляющие формы единственного числа, не предназначены для обозначения только единственного числа, но включают общий класс, в котором конкретный пример может быть использован для иллюстрации. Термины, представляющие формы единственного числа, используются как взаимозаменяемые с термином «по меньшей мере, один». Фразы «по меньшей мере, один из» и «содержит по меньшей мере один из» сопровождаются списком, который относится к любому из элементов в списке, и любой комбинации из двух или более элементов в списке.
Как используют в данной заявке, термин «или» обычно используется в обычном смысле этого слова, включая «и/или», если контекст четко не диктует иное. Термин «и/или» означает один или все из перечисленных элементов или комбинацию любых двух или более из перечисленных элементов.
Также в данной заявке все числа, как предполагается, модифицированы термином «приблизительно» и предпочтительно термином «точно». Как используют в данной заявке в связи с измеряемой величиной, термин «приблизительно» относится к той изменчивости измеряемой величины, которую можно было бы ожидать от квалифицированного специалиста в данной области техники, который выполняет измерение и осуществляет уровень обработки, соизмеримый с целью измерения и точностью используемого измерительного оборудования.
Также в данной заявке, указания численных диапазонов по конечным точкам включают все числа, входящие в пределы этого диапазона, а также конечные точки (например, от 1 до 5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 и т.д.).
Приведенное выше краткое описание настоящего изобретения не предназначено для описания каждого раскрытого варианта осуществления или каждого воплощения в соответствии с настоящим изобретением. Описание, которое следует, более конкретно демонстрирует иллюстративные варианты осуществления. В нескольких местах по всей заявке, обеспечивается приведение, через списки, примеров, где примеры могут быть использованы в различных комбинациях. В каждом случае, указанный список служит только в качестве репрезентативной группы и его не следует интерпретировать в качестве исключительного списка.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 представляет собой перспективное изображение покрытия, расположенного на основе трубы, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления
Настоящее изобретение, в общем, относится к области защищающих от коррозии эпоксидных покрытий, в частности, наплавляемым эпоксидным (FBE) порошковым композициям для покрытий. В частности, настоящее изобретение относится к более гибким и устойчивым к повреждениям эпоксидным покрытиям.
ФИГ. 1 представляет собой перспективное изображение FBE покрытия 10 в соответствии с настоящим изобретением при использовании с основой, например трубой 12. Покрытие 10 получено из композиции в соответствии с настоящим изобретением, которая увеличивает способность к растяжению покрытия 10 без отрицательного влияния на другие свойства покрытия, такие как температура стеклования покрытия 10. Способность к растяжению покрытия 10 приводит к гибкому покрытию, которое является устойчивым к повреждениям. Покрытие 10 может быть однослойным или наружным слоем многослойного термореактивного эпоксидного покрытия и может иметь высокое поглощение энергии удара и истирания, что делает покрытие 10 долговечным и способным выдерживать нормальный износ и разрыв при транспортировке и использовании трубы 12 или другой основы. Таким образом, иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают покрытие 10, которое является более гибким, устойчивым к повреждениям покрытием, которое обеспечивает прочность, необходимую в экстремальных условиях, таких как внешние трубопроводы и строительные площадки.
Эти характеристики делают покрытие 10 особенно желательным для защиты труб, арматуры и других металлических основ, в частности, стальных основ, во время транспортировки и использования на строительных площадках даже в экстремальных условиях окружающей среды. В то время как ФИГ. 1 описывается со ссылкой на трубу в качестве основы, покрытие 10 может быть нанесено на любую основу, предпочтительно содержащую металл основу, в которой коррозионная стойкость является желаемой характеристикой. Такие основы включают, но не ограничиваются приведенным, трубы, клапаны, насосы, обжимные хомуты для врезки, коллекторы, трубные подвески, лестницы, сетку, арматуру, кабель и трос, двутавровые балки, катушки столбцов, анкерные плиты и стулья.
Композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может быть нанесена на различные поверхности основ. Приемлемые основы включают полимерные материалы, стекла, керамические материалы, композитные материалы и содержащие металл поверхности. Покрытия особенно полезны на содержащих металл основах, таких как металлы, оксиды металлов и различные сплавы. Стальные основы представляют особый интерес. Покрытия могут обеспечить химическую стойкость, коррозионную стойкость, водостойкость или их комбинацию.
Композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может быть нанесена непосредственно на основу, например, стальную трубу, но может также быть нанесена сверху одного или нескольких покрытий, которые имеют лучшую адгезию с основой, в частности сталью. Двухслойные (двойного покрытия или двойного слоя) системы могут обеспечить уникальные характеристики, так как каждый слой может быть предназначен для получения характеристик, которые превышают характеристики однослойного покрытия. Композиция в соответствии с настоящим изобретением, в частности, подходит в качестве верхнего слоя или верхнего покрытия двухслойной системы покрытия. Использование двух слоев, в частности, двух слоев наплавленной эпоксидной смолы, может значительно улучшить устойчивость к повреждениям в сравнении с одним слоем (например, одним покрытием). Грунтовочный слой покрытия (т.е. слой, непосредственно нанесенный на основу), как правило, представляет собой материал покрытия, который выполнен в виде части системы защиты от коррозии. Это означает, что грунтовочный слой имеет хорошую начальную адгезию и сохраняет адгезию после воздействия горячей воды или других факторов окружающей среды. Верхний или наружный слой может обеспечить дополнительную устойчивость к механическим повреждениям от удара или образования выемок при погрузке-выгрузке, транспортировке и строительстве. Как правило, верхний слой наносят на стадии плавления грунтовочного слоя, хотя это не является необходимым во всех случаях. Такие многослойные системы описаны в книге под названием Fusion-Bonded Epoxy: A Foundation for Pipeline Corrosion Protection, by J. Allen Kehr, 2003, Nace Press, Chapter 3. Пример грунтовочного слоя может быть получен из 3M SCOTCHKOTE SK6233 8G однокомпонентного, термоотверждаемого, термореактивного эпоксидного порошка для покрытия от 3M, St. Paul, MN.
Композиция для образования покрытия 10 в соответствии с настоящим изобретением содержит такие компоненты, как твердая способная к поперечной сшивке эпоксидная смола, частицы каучука структуры сердцевина-оболочка, отверждающий агент (т.е. отвердитель) и материал наполнителя. Покрытие 10, образованное из композиции, имеет высокую ударную прочность и сопротивление образованию выемок, а также желательную гибкость. Правильный выбор материалов компонентов и количеств таких компонентов труден, но важен для достижения равновесия свойств не только для отвержденного покрытия (например, гибкость, ударная прочность, сопротивление образованию выемок и внешний вид), но и для композиции для покрытий (например, текучесть, технологичность и масштаб).
Предпочтительные комбинации компонентов (в отношении выбора компонентов и количества компонентов) производят непористое покрытие после нанесения на основу и отверждения. В этом контексте, «непористый» означает, что плотность (т.е. удельная плотность) отвержденного покрытия уменьшается не более, чем на 15% (т.е. 0-15%), более предпочтительно, не более, чем на 10% (т.е. 0-10%), и еще более предпочтительно, не более, чем на 5% (т.е. 0-5%), относительно теоретической плотности композиции для покрытий. Таким образом, особенно предпочтительные варианты осуществления отвержденного покрытия проявляют небольшое или вообще не проявляют уменьшение плотности при отверждении и небольшую или вообще не проявляют пористость. Как правило, любая остаточная пористость, которая присутствует в отвержденном покрытии, может быть вызвана влагой в композиции. Пористые покрытия, как правило, имеют слабое сопротивление образованию выемок. Композиции для образования непористых покрытий, как правило, не содержат компоненты, которые имеют возможности образования широких пор, такие как функциональные группы с возможностью терморасширения или наполнители, раздувающие вещества и т.д.
Для определенных вариантов осуществления, эпоксидная смола с относительно высокой эпоксидной эквивалентной массой является желательной для предотвращения воздействия наплавления порошка во время хранения и нанесения. Примеры приемлемых твердых способных к поперечной сшивке эпоксидных смол включают такие, которые имеют эпоксидную эквивалентную массу (EEW) более, чем 400 (для определенных вариантов осуществления, предпочтительно EEW составляет более, чем 700), включают, но не ограничиваются приведенным, бис-А смолы 1 типа, 2 типа, 4 типа, 7 типа и 9 типа и изоцианат-модифицированные эпоксидные смолы, новолачные смолы. «Тип» смолы является общим термином, относящимся к увеличению молекулярной массы эпоксидной смолы. Этот термин преимущественно используется в отношении твердых эпоксидных смол. ТИП 1 (или 1 типа) эпоксидной смолы будет иметь эпоксидную эквивалентную массу (EEW) от 450 до 550, ТИП 2 (или 2 типа) смолы будет иметь EEW приблизительно 600, продолжаясь к ТИПУ 9 смолы с EEW приблизительно 4000. Различные комбинации эпоксидных смол могут быть использованы при желании. В определенных вариантах осуществления, например, при условии, что композиция содержит эпоксидную смолу, имеющую EEW более, чем 700, твердые эпоксидные смолы с более низкой EEW могут быть использованы, например, 1 типа или 2 типа.
Пример особенно приемлемой твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы включает, но не ограничивается приведенным, фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-полимер с 2,2'-[(1-метилэтилиден)бис(4,1-фениленоксиметилен)]бис[оксиран]овыми смолами. Коммерчески доступные примеры приемлемых твердых способных к поперечной сшивке эпоксидных бис-А смол 4 типа включают, но не ограничиваются приведенными, те, которые доступны под торговыми марками: EPON 2004 и EPIKOTE 3004 от Momentive Specialty Chemicals, Inc., Columbus, OH; DER 664 UE и DER 664 U от Dow Chemical Co., Midland, MI; EPOTEC YD 903HE от Thai Epoxies, Bangkok, Thailand; NPES-904H от Kukdo Chemical Co., Ltd., Seoul Korea; GT-6084 от Huntsman Petrochemical Corp., Port Neches, TX; 6004 от Pacific Epoxy Polymers, Inc., Pittsfield, NH; и XU DT 273, GT-9045, и GT-7074 от Ciba Specialty Chemicals Corp., Greensboro, NC. Примеры приемлемых твердых способных к поперечной сшивке бис-А эпоксидных смол 1 типа включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: EPON 1001F от Momentive Specialty Chemicals, Inc., Columbus, OH; DER 6116 и DER 661 от Dow Chemical Co., Midland, MI; и GT-7071 и GT 9516 от Ciba Specialty Chemicals Corp., Switzerland.
Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, 30 мас. % твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с EEW более, чем 400 (для определенных вариантов осуществления более, чем 700), исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит не более чем 80 мас. % твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с EEW более чем 400 (для определенных вариантов осуществления более чем 700), исходя из общей массы композиции для покрытий. Предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 40 мас. % твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с EEW более чем 400 (для определенных вариантов осуществления более чем 700) исходя из общей массы композиции для покрытий. Предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит не более чем 45 мас. % твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с EEW более чем 400 (для определенных вариантов осуществления более чем 700), исходя из общей массы композиции для покрытий.
В определенных вариантах осуществления, если используют смесь твердых способных к поперечной сшивке эпоксидных смол, в которой одна имеет низкую EEW (например, 400 или менее, или для определенных вариантов осуществления 700 или менее) и одна имеет высокую EEW (например, более чем 400, или для определенных вариантов осуществления более чем 700), обычно композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 3 мас. % и не более чем 20 мас. % твердой способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с более низкой EEW исходя из общей массы композиции для покрытий. Предпочтительная композиция в соответствии с настоящим изобретением не содержит способной к поперечной сшивке эпоксидной смолы с EEW 400 или менее (для определенных вариантов осуществления 700 или менее).
Было обнаружено, что добавление частиц каучука структуры сердцевина-оболочка, в частности наночастиц каучука структуры сердцевина-оболочка, увеличивает растяжение покрытия без отрицательного влияния на температуру стеклования. Приемлемыми частицами каучука структуры сердцевина-оболочка являются те, которые увеличивают гибкость отвержденного покрытия в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительно, частицами каучука структуры сердцевина-оболочка являются наночастицы (т.е. имеющие средний размер частиц менее чем 1000 нанометров (нм)). Как правило, средний размер частиц наночастиц каучука структуры сердцевина-оболочка составляет менее чем 500 нм, например, менее чем 300 нм, менее чем 200 нм, менее чем 100 нм, или даже менее чем 50 нм. Как правило, такие частицы являются сферическими, таким образом, размер частиц представляет собой диаметр; однако, если частицы не сферические, размер частиц определяется как самый длинный размер частицы.
Предпочтительно, частицы каучука структуры сердцевина-оболочка (предпочтительно, наночастицы) включают поперечносшитую сердцевину из каучука и оболочку, которая включает термопластичный полимер, привитый к поперечносшитой сердцевине из каучука. Поперечная сшивка сердцевины обеспечивает повышенную стойкость к растворению по отношению к одному и тому же химическому составу, который либо не поперечно сшит, или не находится в конфигурации сердцевина-оболочка (например, линейный три-блок-полимер такого же или аналогичного химического состава, такой, как описано в патенте США №7,670,683). Дополнительно, для той же степени гибкости, меньшее количество поперечносшитых частиц структуры сердцевина-оболочка может быть использовано по отношению к линейному три-блок-полимеру с таким же или аналогичным химическим составом, такому, как описано в патенте США №7,670,683. Также, обработка композиции, которая содержит линейный три-блок-сополимер типа, описанного в патенте США №7,670,683, зависит от фазового разделения, чтобы обеспечить ужесточение. Это усложняет производственный процесс и может быть трудно воспроизводимым. Частицы каучука структуры сердцевина-оболочка могут помочь в решении одной или нескольких из этих проблем.
В определенных вариантах осуществления, полимер оболочки имеет температуру стеклования, по меньшей мере, 50°C и сердцевина из каучука имеет температуру стеклования не более, чем -20°C. В данной заявке «каучук» относится к природным или синтетическим (предпочтительно, синтетическим) эластомерным материалам. В определенных вариантах осуществления, поперечносшитая сердцевина из каучука включает акрилат-содержащий каучук (например, бутилакрилатный каучук, как в частицах структуры сердцевина-оболочка, описанных в патенте США №6,861,475), стирол-содержащий каучук, диен-содержащий каучук (например, бутадиен- и изопрен-содержащий каучук), силикон-содержащий каучук (например, такой, как описано в патентной заявке США №2005/124761), их сополимеры или комбинации (например, смеси). В определенных вариантах осуществления, полимер оболочки выбран из группы, состоящей из эпоксидной смолы (например, бисфенол А эпоксидной смолы), акрилатного гомополимера, акрилатного сополимера, стирольного гомополимера и стирольного сополимера. Предпочтительные частицы каучука структуры сердцевина-оболочка включают поперечносшитую сердцевину из полибутадиен-содержащего каучука с оболочкой из привитого акрилатного гомополимера. Иллюстративные частицы каучука структуры сердцевина-оболочка включают те, которые доступны под торговыми марками PARALOID 21104ХР и PARALOID 2691А (оба из которых являются поперечносшитыми поли(бутадиеновыми/стирольными) сердцевинами с оболочкой из привитого полиметилметакрилата) от Dow Chemical Co., Midland, MI, а также которые доступны под торговой маркой KANE АСЕ МХ-257 (частицы бутадиен-акрилатного каучука структуры сердцевина-оболочка, предварительно диспергированные в бисфенол А диглицидиловой жидкой эпоксидной смоле) от Kaneka Texas Corp., Pasadena, TX. Различные комбинации частиц каучука структуры сердцевина-оболочка могут быть использованы при желании.
Слишком высокое содержание частиц каучука структуры сердцевина-оболочка может привести к ухудшению текучести и нежелательным эстетическим свойствам (например, отсутствие гладкой поверхности может возникнуть в результате). Таким образом, частицы каучука структуры сердцевина-оболочка предпочтительно используют в количестве не более чем 10 мас. % (предпочтительно не более чем 7 мас. % и более предпочтительно не более чем 5 мас. %) исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 1 мас. % (предпочтительно по меньшей мере 2 мас. %) частиц каучука структуры сердцевина-оболочка, исходя из общей массы композиции для покрытий.
Приемлемые материалы наполнителей (то есть, наполнители) способствуют ударной прочности и сопротивлению образования выемок отвержденного покрытия. Примеры приемлемых наполнителей включают, но не ограничиваются приведенным, неорганические, неметаллические наполнители, такие как метасиликат кальция, сульфат бария, силикат алюминия, слюду, силикат алюминия, натрия, кальция, карбонат кальция, диоксид титана и их комбинации. В данной заявке металлические наполнители относятся к наполнителям, которые представляют собой частицы металлов с нулевой валентностью, такие как порошок цинка. Материалы наполнителей могут быть волокнистыми или неволокнистыми (т.е. материал в виде частиц в форме, отличной от волокна или филамента).
Примеры приемлемых материалов наполнителей включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: VANSIL W 20 и W 50 от Vanderbilt R.T. Co., Inc., Norwalk, CN; MINSPAR 3, 4, 7 и 10 от Kentucky-Tennessee Clay Co., Mayfield, KY; PURTALC 6030 от Charles B. Chrystal Co., Inc., New York, NY; BARIACE B-30 и B-34 от CIMBAR, Cartersville, GA; Feldspar G-200, G200HP, KT4 и KT от Feldspar Corp., Atlanta, GA; и BUS AN 11-Ml от Buckman Laboratories, Memphis, TN; и Titanium Dioxide SMC 1108 от Special Materials Co., Doylestown, PA. Различные комбинации наполнителей могут быть использованы при желании.
Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 25 мас. % материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий. Предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 35 мас. % материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий. Еще более предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 40 мас. % материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий. Еще более предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 45 мас. % материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий. Еще более предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 50 мас. % (и часто более чем 50 мас. %) материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий. Альтернативно заявлено, предпочтительная композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере 80 частей (и часто более чем 100 частей) наполнителя на сто частей смолы.
Слишком высокая нагрузка наполнителя может привести к ухудшению текучести, плохой гибкости и нежелательным эстетическим свойствам (например, отсутствие гладкой поверхности может возникнуть в результате). Предпочтительно, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит не более чем 65 мас. % (и часто не более чем 60 мас. %) материала наполнителя исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых отвердителей (т.е. отверждающих агентов, отвердителей, агентов поперечной сшивки) включают, но не ограничиваются приведенным, фенольные отвердители, дициандиамиды, имадазолы и 3',4'-бензофенон диангидрид тетракарбоновой кислоты. Примеры приемлемых коммерчески доступных отвердителей включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: дициандиамид АВ 04 от Degussa Corp., Parsippany, NJ; D.E.H. 85 и D.E.H. 87 эпоксидные отверждающие агенты от Dow Chemical Corp., Midland, MI; DYHARD 100M дициандиамид («Dicy») от AlzChem LLC, Atlanta, GA; и те, которые доступны под торговыми марками AMICURE CG, AMICURE CG-NA, AMICURE CG-325, AMICURE CG-1200, AMICURE CG-1400, DICYANEX 200-X, DICYANEX 325 и DICYANEX 1200, все из которых доступны от Pacific Anchor Chemical Corp., Los Angeles, CA.
Один или более отвердителей используют в таком количестве, что получают оптимальные эксплуатационные свойства. Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит отвердитель или отвердители, которые добавлены в количестве по меньшей мере 35% (предпочтительно по меньшей мере 40%, по меньшей мере 45%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55% или по меньшей мере 60%) от стехиометрии эпокси функциональной группы эпоксидной смолы. Как правило, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением содержит отвердитель или отвердители, которые добавлены в количестве не более чем 100%) (предпочтительно не более чем 95%, не более чем 90%, не более чем 85%, не более чем 80%, не более чем 75%, не более чем 70% или не более чем 65%) от стехиометрии эпоксидной смолы.
В зависимости от применения и желательных физических свойств, специалисты в данной области техники будут способны определить приемлемые диапазоны для каждого из компонентов, на основе изобретения, представленного в данной заявке. Например, особенно приемлемые концентрации компонентов в композиции для покрытий для основы стальной трубы, где может потребоваться дополнительная устойчивость к повреждениям и меньшая гибкость, находятся в диапазоне от 40 мас. % до 45 мас. % способной к поперечной сшивке твердой эпоксидной смолы, от 2 мас. % до 5 мас. % частиц структуры сердцевина-оболочка, от 50 мас. % до 60 мас. % наполнителя, а также отвердитель добавляют в количестве от 55% до 65% от стехиометрии эпокси функциональной группы эпоксидной смолы, на основе общей композиционной массы композиции.
Иллюстративная порошковая композиция для покрытий для получения отвержденного покрытия 10 в соответствии с настоящим изобретением может также содержать дополнительные материалы в различных концентрациях, по мере индивидуальных потребностей. Например, композиция может дополнительно содержать один или более пигментов, один или более катализаторов, один или более агентов контроля потока, один или более восков, один или более пластификаторов, один или более реакционноспособных агентов эластичности, один или более промоторов адгезии и их комбинации.
Примеры приемлемых пигментов включают неорганические и органические пигменты. Примеры приемлемых неорганических пигментов включают, но не ограничиваются приведенным, карбонаты, сульфиды, силикаты, хроматы, молибдаты, металлы, оксиды, сульфаты, ферроцианиды, углерод и их комбинации. Примеры приемлемых органических пигментов включают, но не ограничиваются приведенным, азо-типа (в том числе моно-азо), группу кубовых красителей и их комбинации. Примеры приемлемых коммерчески доступных пигментов включают, но не ограничиваются приведенным, Titanium Dioxide SMC 1108 от Special Materials Co., Doylestown, PA и Brown Iron Oxide от Rockwood Pigments, Beltsville, MD. Различные комбинации пигментов при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 1 мас. % пигмента, исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 2 мас. %) пигмента исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых катализаторов включают, но не ограничиваются приведенным, имидазолы, ангидриды, полиамиды, алифатические амины, третичные амины и их комбинации. Примеры особенно приемлемых катализаторов включают, но не ограничиваются приведенным, 2-метилимидазол и 2,4,6-трисдиметиламинометилфенол, и те, которые доступны под торговыми марками EPICURE PI03 и EPI-CURE PI00 от Momentive Specialty Chemicals Inc., Columbus, ОН, или этилтрифенилфосфоний йодид (ETPPI) от Deepwater Chemicals, Woodward, OK. Различные комбинации катализаторов при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
Как правило, катализатор используют в количестве, достаточном для отверждения композиции в соответствии с желаемыми условиями применения. Количество катализатора можно варьировать с учетом различных условий применения. При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 0,1 мас. % катализатора исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 1,5 мас. % катализатора исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых агентов контроля потока включают, но не ограничиваются приведенным, агенты дегазации или противопенные средства, выравнивающие агенты, смачивающие агенты и их комбинации. Примеры агентов контроля потока включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками RESIFLOW PF-67 и RESIFLOW PL 200 от Estron Chemical, Inc., Calvert City, KY. Различные комбинации агентов контроля потока при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 0,2 мас. % агента контроля потока исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 1,2 мас. % агента контроля потока исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых пластификаторов включают пирогенные кремнеземы, такие как гидрофобные и гидрофильные кремнеземы, и пирогенные оксиды алюминия. Примеры гидрофобных пирогенных кремнеземов включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: N20, HDK Т30 и HDK Т40 от Wacker Silicones, Adrian, MI; и M5, HS5, Е5Н и НР60 от Cabot Corp., Tuscola, IL. Примеры гидрофильных пирогенных кремнеземов включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: Н15 и Н18 от Wacker Silicones, Adrian, MI; и CT 1221 от Cabot Corp., Tuscola, IL. Примером пирогенного оксида алюминия является доступный под торговой маркой AEROXIDE ALU С от Evonik, Allen, ТХ. Различные комбинации пластификаторов при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 0,1 мас. % пластификатора, исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 1,3 мас. % пластификатора исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых восков включают, но не ограничиваются приведенным, полиэтиленовый воск, синтетический воск, политетрафторэтилен и их комбинации. Пример коммерчески доступного полиэтиленового воска включает, но не ограничивается приведенным, те, которые доступны под торговой маркой МРР 620F, от Micro Powders, Inc., Tarrytown, NY. Различные комбинации восков при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 0,1 мас. % воска, исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 2 мас. %) воска исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых реакционноспособных агентов эластичности, включают, но не ограничиваются приведенным, алифатические диглицидиловые эфиры, силиконовые эпоксидные смолы, полигликолевые диглицидиловые эфиры, карбоксилированные полимеры, полиамиды, полиуретаны и их комбинации. Примеры коммерчески доступных реакционноспособных агентов эластичности, включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками: HELOXY 68 от Momentive Specialty Chemicals Inc., Columbus, OH; ERISYS GE-24 от CVC Specialty Chemicals, Moorestown, NJ; и HYPRO 1300X13 от Emerald Performance Materials, Akron, ОН. Различные комбинации реакционноспособных агентов эластичности при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать, по меньшей мере, 0,1 мас. % реакционноспособного агента эластичности, исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более, чем 15 мас. % реакционноспособного агента эластичности, исходя из общей массы композиции для покрытий.
Примеры приемлемых промоторов адгезии включают, но не ограничиваются приведенным, аминофункциональные металлические органические промоторы адгезии, меркапто функциональные металлические органические промоторы адгезии и их комбинации. Примеры коммерчески доступных промоторов адгезии включают, но не ограничиваются приведенным, те, которые доступны под торговыми марками CHARTS IL В-515.1/2Н и CHARTS IL С-505.1/2Н, оба от Chartwell International Inc., North Attleboro, MA. Различные комбинации промоторов адгезии при желании могут быть включены в композицию для покрытий в соответствии с настоящим изобретением.
При желании, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере 0,5 мас. % промотора адгезии, исходя из общей массы композиции для покрытий. Как правило, если используется, композиция для покрытий в соответствии с настоящим изобретением может содержать не более чем 2,0 мас. % промотора адгезии, исходя из общей массы композиции для покрытий.
Покрытие 10, выполненное из композиции в соответствии с настоящим изобретением, имеет желаемую гибкость и стойкость к растрескиванию при изгибе. Комбинация компонентов, в частности, высокой нагрузки наполнителя и частиц структуры сердцевина-оболочка, позволяет покрытию 10 выдерживать растрескивание при изгибе на различные градусы на диаметр трубы (градус/PD) при различных температурах, сохраняя при этом высокий уровень сопротивления образованию выемок и ударную прочность. Свойства гибкости композиций покрытия 10 измеряют в соответствии с тестом на изгиб, представленным ниже в разделе Примеры. Как будет показано ниже, иллюстративные варианты осуществления покрытия 10 соответствуют Тесту гибкости CSA Z245.20-06 Раздел 12.11 при -30°C.
То есть, гибкость представлена наблюдением отсутствия трещин после сгибания пробы, покрытой предпочтительным отвержденным покрытием 10 на, по меньшей мере, 3,0 градуса на диаметр трубы согласно Тесту гибкости CSA Z245.20-02-12.11 при -30°C. Более предпочтительно, отсутствие трещин после сгибания пробы, покрытой отвержденным покрытием 10 на по меньшей мере 3,5 градуса на диаметр трубы согласно Тесту гибкости CSA Z245.20-02-12.11 при -30°C. Еще более предпочтительно, отсутствие трещин после сгибания пробы, покрытой отвержденным покрытием 10 на по меньшей мер, 4,0 градуса на диаметр трубы согласно Тесту гибкости CSA Z245.20-02-12.11 при -30°C.
Существует значительное увеличение гибкости композиции для покрытий в соответствии с настоящим изобретением при добавлении частиц каучука структуры сердцевина-оболочка при уровнях нагрузки 2 мас. % по сравнению с покрытием без таких частиц. Поскольку композиция покрытия 10 имеет увеличенную гибкость, она менее хрупкая и менее подвержена повреждениям во время транспортировки и использования. Покрытие 10, таким образом, является более долговечным и способно выдерживать неправильную эксплуатацию, например, изгиб, даже при экстремальных условиях, таких как при температуре -30 градусов по Цельсию (°C).
Покрытие 10, выполненное из композиции в соответствии с настоящим изобретением, также имеет приемлемые ударную прочность и сопротивление образованию выемок. Ударная прочность и сопротивление образованию выемок иллюстративных композиций покрытия 10 измеряют в соответствии с тестом на сопротивление образованию выемок и тестом ударной прочности, представленными ниже в разделе Примеры. Добавление частиц каучука структуры сердцевина-оболочка до уровня нагрузки 7 мас. % мало влияет на сопротивление образованию выемок и ударную прочность.
Покрытие 10 может быть выполнено с использованием процессов смешивания и экструдирования. В одном иллюстративном варианте осуществления, смолы, наполнитель и частицы структуры сердцевина-оболочка (и, в этом примере, отвердители, катализаторы, пигменты и агенты контроля потока) смешивают в сухом виде в смесителе с высоким усилием сдвига (Thermo Prism номер модели B21R 9054 STR/2041) при приблизительно 4000 оборотов в минуту (об./мин.). После предварительного смешивания пробы смешивают в расплаве с использованием 304,8 миллиметров (мм) (12 дюймов) экструдера с двумя одновременно вращающимися шнеками номер модели МР-2019 15; 1 с 17-90 блоками и 2-60 блоками с диапазоном пропускания приблизительно 50-60 грамм в минуту (г/мин). Экструдированный материал затем измельчают и классифицируют с использованием коммерческого измельчителя. Медианный размер частиц полученного порошка, как правило, составляет 65 микрометров (мкм) ±10 мкм.
В иллюстративном варианте осуществления, сухую порошковую композицию эпоксидного покрытия в соответствии с настоящим изобретением затем наносят на предварительно нагретые (например, 430°F), подвергнутые пескоструйной обработке до почти чистого металла, горячекатаные стальные поверхности с помощью псевдоожиженного слоя. Почти белое покрытие по металлу представляет собой металлические поверхности, которые обдувают, чтобы удалить значительные загрязнения, вторичную окалину, продукты коррозии ржавчины, оксиды, краски и другие посторонние вещества. Затем покрытие покрывают до толщины приблизительно 0,02 дюйма. Изделия с покрытием затем дополнительно отверждают в течение двух минут в печи при 480°F и гасят водой в течение двух минут.
Иллюстративные варианты осуществления
Таким образом, следующие иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения представляют композиции для покрытий, отвержденные покрытия, способы и изделия. Отвержденное покрытие является более гибким и устойчивым к повреждениям, обеспечивая коррозионную стойкость труб, арматуры и других основ.
1. Порошковая композиция для покрытий, содержащая компоненты, включающие:
твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу;
частицы каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий;
отверждающий агент; и
материал наполнителя в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий;
при этом компоненты выбраны и использованы в количествах, обеспечивающих отвержденное покрытие, не имеющее уменьшения плотности, либо в случае наличия уменьшения плотности, оно составляет не более чем 15% относительно теоретической плотности композиции для покрытий.
2. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 1, в которой компоненты выбраны и использованы в количествах, обеспечивающих отвержденное покрытие, имеющее плотность, уменьшенную на не более чем 10% относительно теоретической плотности композиции для покрытий.
3. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 1 или 2, в которой твердая способная к поперечной сшивке эпоксидная смола содержит эпоксидную смолу, имеющую эпоксидную эквивалентную массу более чем 700.
4. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-3, в которой материал наполнителя присутствует в количестве по меньшей мере 35 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий.
5. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 4, в которой материал наполнителя присутствует в количестве по меньшей мере 45 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий.
6. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-5, в которой материал наполнителя присутствует в количестве не более чем 65 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий.
7. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-6, в которой материал наполнителя содержит неорганический неметаллический наполнитель.
8. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-7, в которой частицы каучука структуры сердцевина-оболочка включает наночастицы каучука структуры сердцевина-оболочка.
9. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантами осуществления 1-8, в которой частицы каучука структуры сердцевина-оболочка содержат поперечносшитую сердцевину из каучука и оболочку, содержащую термопластичный полимер, привитый к поперечносшитой сердцевине из каучука.
10. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 9, в которой полимер оболочки характеризуется температурой стеклования, по меньшей мере, 50°C и сердцевина из каучука характеризуется температурой стеклования не более чем -20°C.
11. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 9 или 10, в которой поперечносшитая сердцевина из каучука содержит акрилат-содержащий каучук, стирол-содержащий каучук, диен-содержащий каучук, силикон-содержащий каучук, их сополимеры или комбинации.
12. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 9-11, в которой полимер оболочки выбран из группы, состоящей из эпоксидной смолы, акрилатного гомополимера, акрилатного сополимера, стирольного гомополимера и стирольного сополимера.
13. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с вариантом осуществления 12, в которой частицы каучука структуры сердцевина-оболочка содержат поперечносшитую сердцевину из полибутадиен-содержащего каучука с оболочкой из привитого акрилатного гомополимера.
14. Порошковая композиция для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-13, образующая непористое покрытие при нанесении на основу и отверждении.
15. Порошковая композиция для покрытий, содержащая компоненты, включающие:
твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу, имеющую эпоксидную эквивалентную массу более чем 700;
частицы диен-содержащего каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий;
отверждающий агент; и
материал наполнителя, содержащий неорганический неметаллический наполнитель в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы композиции для покрытий;
при этом порошковая композиция для покрытий образует непористое покрытие при нанесении на основу и отверждении.
16. Отвержденное покрытие, содержащее продукт реакции порошковой композиции для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-15.
17. Изделие, содержащее:
основу, имеющую внешнюю поверхность; и
отвержденное покрытие, расположенное, по меньшей мере, на части внешней поверхности;
при этом отвержденное покрытие получено отверждением порошковой композиции для покрытий в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-15.
18. Способ защиты изделия, включающий стадии, на которых:
покрывают изделие порошковой композицией для покрытий, содержащей компоненты, содержащие:
твердую способную к поперечной сшивке эпоксидную смолу;
частицы каучука структуры сердцевина-оболочка в количестве не более чем 10 мас. %, исходя из общей массы композиции для покрытий;
отверждающий агент; и
материал наполнителя;
при этом компоненты выбирают и используют в количествах, обеспечивающих отвержденное покрытие, не имеющее уменьшения плотности, либо в случае наличия уменьшения плотности, оно составляет не более чем 15% относительно теоретической плотности композиции для покрытий; и
отверждают композицию, расположенную на изделии.
19. Способ в соответствии с вариантом осуществления 18, в котором твердая способная к поперечной сшивке эпоксидная смола включает эпоксидную смолу, имеющую эпоксидную эквивалентную массу более чем 700.
20. Изделие, полученное способом в соответствии с вариантом осуществления 18 или 19.
21. Изделие, содержащее:
основу, имеющую внешнюю поверхность; и
отвержденное покрытие, расположенное на, по меньшей мере, части внешней поверхности;
при этом отвержденное покрытие содержит:
поперечносшитую эпоксидную смолу;
частицы каучука структуры сердцевина-оболочка, включенные в поперечносшитую эпоксидную смолу, причем частицы каучука структуры сердцевина-оболочка присутствуют в количестве не более чем 10 мас. % исходя из общей массы покрытия; и
материал наполнителя, включенный в поперечносшитую эпоксидную смолу, причем материал наполнителя присутствует в количестве по меньшей мере 25 мас. % исходя из общей массы покрытия; и
при этом отвержденное покрытие демонстрирует по меньшей мере 3,0 градуса на диаметр трубы в соответствии с Тестом гибкости CSA Z245.20-02-12.11 при -30°C.
22. Изделие в соответствии с вариантом осуществления 21, в котором отвержденное покрытие представляет собой наружный слой двухслойной системы покрытия.
23. Изделие в соответствии с вариантом осуществления 21 или 22, в котором поверхность основы включает сталь.
24. Изделие в соответствии с любым из вариантов осуществления 21-23, в котором отвержденное покрытие непосредственно нанесено на стальную поверхность.
ПРИМЕРЫ
Пробы порошковой гибкой эпоксидной смолы с покрытиями из каучука структуры сердцевина-оболочка получали и отверждали. Отвержденные композиции характеризовали при помощи следующих тестовых процедур для установления измерений температуры стеклования (Tg), гибкости, сопротивления образованию выемок, ударной прочности, анализа точки гелеобразования и измерения твердости.
Тестовые способы
Температура стеклования (Tg)
Дифференциальную сканирующую калориметрию использовали для измерения температуры стеклования (Tg) покрытий. Тест DSC проводили при помощи термоанализатора ТА2920 Thermal Analyzer (полученного от ТА Instruments, New Castle, Delaware). Тестирование проводили в соответствии с CSA Z245.20-10 Раздел 12.7.
Гибкость
Тестирование гибкости проводили в соответствии с CSA Z245.20-10 Раздел 12.11. Конкретно, тестовые стержни помещали в морозильную камеру, установленную на -30°C на минимум один час. Тестовые стержни затем сгибали при помощи шпинделя, указанного для получения желаемого градуса на диаметр трубы (°/PD). Различные размеры шпинделей использовали для того, чтобы оценить точку возникновения разрушения. Наивысший градус на диаметр трубы, который подходил, подтверждали путем повторения теста с тремя образцами при этом °/PD. Трещины с верхним значением 12,7 мм (0,5 дюйма) покрытия отбрасывали.
Сопротивление образованию выемок
Сопротивление образованию выемок системы покрытия измеряли путем помещения образца с покрытием на платформе, которая двигалась со скоростью три метра в минуту (3 м/мин). Тестирование проводили в соответствии с CSA Z245.20-10 Раздел 12.15. Стандартную силу прилагали к покрытию с помощью измерительного наконечника путем нагрузки масс на прибор. Тест проводили при возрастающих значениях нагрузок до разрушения образца. Разрушение регистрировали, когда глубина выемки превышала толщину покрытия и выемка проникала в оголенный металл. Тестирование образования выемок проводили при 23°C с использованием SL-1 гладкого короночного кольца (полученное от Fullerton Tool Company Inc., Saginaw, MI часть № ZB 574892).
Ударная прочность
Тестирование ударной прочности проводили в соответствии с ASTM G14. Данный тестовый способ определяет энергию, необходимую для разрыва покрытий трубопровода при указанных условиях удара падающего веса. Радиус ударной поверхности указанного диаметра, молота, который использовали, составлял 15,8 мм (0,62 дюйма). Нагрузка падающего веса, который использовали, составляла 2 килограмма (кг). Тестирование проводили при комнатной температуре и при -30°C.
Анализ точки гелеобразования
Точку гелеобразования измеряли при 204°C и 232°C с использованием тянущего устройства на калиброванной нагревательной плите. Тестирование проводили в соответствии с CSA Z245.20-10 Раздел 12.2.
Измерение твердости
Дурометр Shore Instrument and Manufacturing Inc типа D использовали при комнатной температуре для проведения измерения твердости. Тестирование проводили в соответствии с ASTM D2240.
Получение проб
В Таблице 1 кратко описаны материалы, использованные для получения проб порошковой гибкой эпоксидной смолы с покрытиями из каучука структуры сердцевина-оболочка.
ТАБЛИЦА 1
Получение проб для тестирования
Двухслойные пробы получали с помощью нанесения покрытия на горячекатаную сталь с размерами 25×200×9,7 мм (1×8×3/8 дюймов). Стальные образцы промывали растворителем метилэтилкетоном (в соответствии с SSPC-SP1) с последующим ополаскиванием изопропанолом. Сухую стальную поверхность обрабатывали пескоструйной обработкой до почти белого верхнего покрытия в соответствии с NACE №2/SSPC-SP10 1508501-5А2.5. Стальные образцы предварительно нагревали в печи, установленной на 249°C в течение приблизительно одного часа. Стальные образцы погружали в 3M SCOTCHKOTE SK6233 8G однокомпонентный, термоотверждаемый, термореактивный эпоксидный порошок для покрытия от 3M, St. Paul, MN на соответствующий период времени с получением толщины покрытия приблизительно 15 мил. Стальные образцы затем погружали в одну из композиций верхнего покрытия псевдоожиженного слоя (описаны в Таблице 2) на соответствующий период времени с получением общей толщины покрытия 30 мил. Покрытые образцы помещали в печь, установленную на 249°C в течение двух минут. Покрытые образцы затем охлаждали на воздухе в течение одной минуты. Покрытые образцы затем гасили в ванне с водой в течение двух минут.
ПРИМЕР ПОЛУЧЕНИЯ 1
Получение PARALOID 2691А частиц каучука структуры сердцевина-оболочка в твердой эпоксидной смоле
В смесителе Lancaster K-Lab, 1040,7 грамм DER664UE смешивали в сухом виде с 270 граммами PARALOID 2691А при 3000 об/мин в течение одной минуты. После предварительного смешивания, порошок смешивали в расплаве при помощи Donghui-SLJ-30D 30 мм двухшнекового экструдера при скорости загрузки 150 грамм в минуту. Материал экструдата передавали на холодную прокатку и пленку затем разрывали на хлопья. Полученный в результате материал назвали 20,6% PARALOID 2691А Masterbatch.
ПРИМЕР ПОЛУЧЕНИЯ 2
Получение Kaneka MX-257 частиц каучука структуры сердцевина-оболочка в твердой эпоксидной смоле
В каучуковую колбу на 5 л, оснащенную верхней механической мешалкой, входным отверстием для азота, вакуумным выходным отверстием и температурным датчиком, загружали 1225 грамм DER-343M (Dow Chemical, Midland, MI), 856 грамм бисфенола-А (Momentive/Hexion Chemical, Columbus, OH), 1419 грамм MX-257 (Kaneka Corporation, Pasadena, TX) и 0,87 грамма этилтрифенилфосфоний йодида (Deepwater Chemicals, Woodward, OK). Партию нагревали до 150°C при перемешивании в атмосфере азота. По достижении температуры 150°C, прилагали вакуум до приблизительно 20 мм рт. ст. Экзотермическая реакция прогрессировала до пиковой температуры 218°C. Партию оставляли охлаждаться спонтанно до 180°C и затем выдерживали при данной температуре в течение приблизительно одного часа при перемешивании в вакууме. Вакуум нарушали путем введения газа азота, перемешивание приостанавливали и партию выкачивали на алюминиевом подносе. После охлаждения до температуры окружающей среды материал собирали и разламывали в крупнозернистый порошок. Полученный в результате материал назвали 15 мас. % MX-257 Masterbatch.
ПРИМЕР ПОЛУЧЕНИЯ 3
Получение PARALOID 21104ХР частиц каучука структуры сердцевина-оболочка в твердой эпоксидной смоле
В каучуковую колбу на 2 л, оснащенную верхней механической мешалкой, входным отверстием для азота, вакуумным выходным отверстием и температурным датчиком, загружали 456 грамм DER-343M (Dow Chemical, Freeport, TX), 181 грамм бисфенола-А (Momentive/Hexion Chemical, Columbus, OH), 113 грамм PARALOID 21104ХР (Dow Chemical, Midland, MI) и 0,19 грамма этилтрифенилфосфоний йодида (Deepwater Chemicals, Woodward, OK). Партию продували азотом при помощи трех циклов вакуум-продувание. Затем партию нагревали до 150°C при перемешивании в атмосфере азота. При достижении температуры 150°C, прилагали вакуум до приблизительно 20 мм рт. ст. Экзотермическая реакция прогрессировала до пиковой температуры 206°C при добавлении еще 0,1 грамма этилтрифенилфосфоний йодида. Партию оставляли охлаждаться спонтанно до 180°C и затем выдерживали при данной температуре в течение приблизительно одного часа при перемешивании в вакууме. Вакуум нарушали путем введения газа азота, перемешивание приостанавливали и партию выкачивали на алюминиевом подносе. После охлаждения до температуры окружающей среды материал собирали и разламывали в крупнозернистый порошок. Полученный в результате материал назвали 15 мас. % PARALOID 21104ХР Masterbatch.
ПРИМЕРЫ 4-9 и СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1
Все пробы получали процессами смешивания и экструзии. Пробу покрытия получали путем сгибания в сухом виде сырья в Thermo Prism модели номер B21R 9054 STR/2041, доступной от Haake при 4000 об/мин. После предварительного смешивания, пробы смешивали в расплаве с использованием 304,8 мм (12 дюймов) экструдера с двумя одновременно вращающимися шнеками (модель номер MP-2019 15:1 от Baker Perkins) с 17-90 блоками и 2-60 блоками при диапазоне загрузки 50-60 грамм/минута. Экструдированный материал затем измельчали и классифицировали с использованием коммерческого измельчителя. Медианный размер частиц полученного в результате порошка составлял 65 мкм ±10 мкм.
Краткое описание составов проб показано в Таблице 2, и результаты тестирования проб показаны в Таблице 3.
Полные описания патентов, патентных документов и публикаций, процитированных в данной заявке, полностью включены путем ссылки, таким образом, как если бы каждый из них был включен отдельно. Различные модификации и изменения настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники, не выходя за пределы объема и сути настоящего изобретения. Должно быть понятно, что данное описание не предназначено для того, чтобы ненадлежащим образом быть ограниченным иллюстративными вариантами осуществления и примерами, приведенными в данной заявке, и что такие примеры и варианты осуществления представлены только в качестве примера и только в пределах объема настоящего изобретения, предназначены для ограничения только формулой, представленной в данной заявке следующим образом.