Патент на изобретение №2300545

(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике антикоррозионной защиты внутренних поверхностей транспортных средств и стационарных хранилищ из металла и бетона, подвергающихся химическому и абразивному воздействию сыпучих минеральных удобрений. Композиция содержит бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, эпоксиднодиановую смолу ЭД-20, инденкумароновую смолу, фенил-2-нафтиламин, полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200, пигмент-наполнитель “Прокаль”, окись хрома, тетрабутилортотитанат и органические растворители – толуол и/или ксилол. Предлагаемая композиция обладает более высокой адгезией к влажным поверхностям, может наноситься при отрицательных температурах и температуре ниже “точки росы”, а образующееся на ее основе антикоррозионное покрытие менее горюче и более устойчиво в среде влажных сыпучих минеральных удобрений. 2 табл.

Настоящее предлагаемое изобретение относится к составам полимерных композиций, используемых для получения эрозионностойких антикоррозионных покрытий на внутренних поверхностях вагонов-хопперов (минераловозов), железнодорожных контейнеров, кузовов сельскохозяйственной автотракторной техники, спецмашин, речных и морских судов-минераловозов, а также металлических, бетонных и железобетонных бункеров, предназначенных для транспортирования навалом и хранения сыпучих минеральных удобрений, серы и других аналогичных порошкообразных или гранулированных материалов.

В процессе эксплуатации транспортные средства, перевозящие минеральные удобрения, серу и др., подвергаются комплексному воздействию агрессивных сред. Такие порошкообразные материалы с развитой удельной поверхностью интенсивно адсорбируют влагу из воздуха, в результате чего образуются растворы солей, кислот или оснований, являющиеся сильными электролитами.

Это приводит к электрохимическому разрушению металлов, а в случае бетонных и железобетонных бункеров – к коррозии бетона. Скорость коррозии углеродистой стали в таких средах составляет 0,4-0,6 мм/год, что в соответствии с ГОСТ 5272-68 характеризует среду как сильно агрессивную.

Помимо электрохимической коррозии стенки вагонов-минераловозов, кузовов автотракторной техники и бункеров-хранилищ подвергаются интенсивному абразивному износу под действием сыпучих минеральных веществ. Из-за такого комплексного воздействия не только сокращается срок эксплуатации транспортной и складской техники, но и ухудшается качество перевозимых и хранимых минеральных удобрений за счет их загрязнения продуктами коррозии и абразивного износа.

Создание современных схем защитных от коррозии и коррозионно-эрозионного износа покрытий, позволяющих обеспечить качественную и количественную сохранность удобрений при их перевозке и хранении, а также повысить надежность несущих металлоконструкций вагонов, кузовов, контейнеров и бункеров, продлив срок их эксплуатации до 8-12 лет, в настоящее время является довольно актуальной задачей.

Недостатки данного вида каучуковых композиций заключаются в необходимости их многослойного нанесения (как минимум требуется 5 слоев) и большой продолжительности процесса нанесения (более трех суток). Кроме того, отечественное производство полимерной основы таких композиций – наиритового каучука – отсутствует.

Наряду с такими преимуществами эпоксидных покрытий, как: высокий уровень защитных свойств и твердости, низкий коэффициент трения, обеспечивающий снижение потерь транспортируемого сыпучего продукта при разгрузке, данному виду покрытий и композиций, из которых они получены, присущ и ряд существенных недостатков, а именно:

– двухупаковочность композиций (основа + отвердитель, смешиваемые непосредственно перед нанесением);

– необходимость строгого соблюдения соотношения между компонентами;

– многослойность покрытий;

– невысокая трещиностойкость покрытий при прямом и обратном ударах;

– невозможность нанесения при температуре окружающего воздуха ниже “точки росы” и при отрицательных температурах;

– невозможность нанесения на влажные поверхности;

– высокая стоимость.

Экономически более доступны одноупаковочные каучуковые композиции, предназначенные для получения ударопрочных антикоррозионных покрытий различных транспортных средств, где в качестве полимерной основы используется бутадиенстирольный термоэластопласт (мастики высыхающего типа). Например, известен состав антикоррозионной мастики на основе бутадиенстирольного термоэластопласта, наполненного полистиролом (марка ДСТ-30Р-20ПС), содержащий наряду с каучуком, антиоксидант фенольного или аминного типа, битум нефтяной дорожный вязкий марок БНД 60/90 или БНД 90/130, низкомолекулярный бутадиенстирольный сополимер СКОБС, канифоль, инденкумароновую смолу и органические растворители – нефрас С₂-80/120, С₃-80/120, ксилол, этилацетат или их смеси, при следующем соотношении между ингредиентами, мас.%:

[Патент РФ №2058354 МПК⁶ C09D 109/06; 5/34. Мастика. Заявл. 03.02.93, заявка №93006344/04. Опубл. 20.04.96. Бюл. №11.].

Покрытия, получаемые из указанной выше мастики, обладают высокими прочностно-деформационными характеристиками (прочность к удару и на изгиб, эластичность при изгибе и растяжении) и хорошими эксплуатационными свойствами (адгезией к металлическим и бетонным поверхностям, ремонтопригодностью, стойкостью к действию водно-солевых растворов). Однако известная мастика из-за отсутствия у нее тиксотропных свойств стекает при нанесении с вертикальных поверхностей, что препятствует получению необходимой толщины защитных покрытий за один проход окрасочного оборудования. Кроме того, твердость образующихся покрытий, а соответственно и их абразивостойкость недостаточны для некоторых областей использования.

Известен также состав герметизирующей композиции высыхающего типа, содержащий бутадиенстирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом марки ДСТ-30Р-20ПС, адгезив, наполнители, тиксотропную добавку, антиоксидант и органический растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

[Патент РФ №2059682. МПК⁶ C09K 3/10. Герметик. Заявл. 23.08.93. Заявка №93058266/04. Опубл. 10.05.96. Бюл. №13.].

В качестве адгезива в составе известной композиции используются природные и синтетические смолы: инденкумароновая, стиролинденовая, канифоль, фенолформальдегидная смола “Октофор”. В качестве наполнителей используются мел, каолин или графит. Аэросил марок А-175 или А-300 применяют в качестве тиксотропной добавки. В качестве антиоксиданта используются химические соединения фенольного или аминного типа: “Диафен-ФП”, “Агидол-2” и др. Растворителями служат бутилацетат, ксилол или смеси бензинов БР-1, БР-2 с этилацетатом в соотношении 1:1.

Данная композиция тиксотропна и позволяет наносить защитные покрытия с толщиной нестекающего мокрого слоя до 1,0 мм. Однако введение порошкообразных наполнителей с низкой твердостью (мел, каолин, графит) не приводит к существенному повышению абразивостойкости образующихся покрытий.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и рецептурному составу из данного круга полимерных материалов является гидроизоляционная композиция, предназначенная для гидроизоляции и антикоррозионной защиты бетонных, железобетонных и металлических поверхностей строительных конструкций. Композиция содержит бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, эпоксиднодиановую смолу ЭД-20, инденкумароновую смолу, антиоксидант (стабилизатор) “Нафтам-2”, полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200, наполнители: технический углерод марки П-803 и пигмент-наполнитель “Прокаль” на основе гидроксида алюминия, а также органический растворитель – толуол – при следующем соотношении компонентов, мас.%:

[Патент РФ №2245892. МПК⁷ C09D 109/05; 5/08. Гидроизоляционная композиция. Заявл. 14.07.2003. Заявка №2003121709/04. Опубл. 10.02.2005. Бюл. №4. – Прототип].

Известная композиция-прототип обладает высокой адгезией как к металлическим, так и к бетонным поверхностям, тиксотропна (пигмент-наполнитель “Прокаль” выполняет роль тиксотропной добавки), что позволяет получать антикоррозионные полимерные покрытия с толщиной нестекающего мокрого слоя 1,0-1,3 мм. Покрытия на ее основе имеют высокие показатели физико-механических свойств на изгиб и растяжение, устойчивы к воздействию абразивных сред.

Однако указанной композиции присущи и недостатки, основным из которых является невозможность ее нанесения на влажные поверхности и при температуре ниже “точки росы”. Например, при защите бетонных или железобетонных изделий их влажность не должна быть больше 4,0%. Кроме того, сформированные на ее основе покрытия имеют невысокую химическую стойкость в среде влажных минеральных удобрений.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание полимерной композиции, пригодной для нанесения на влажные поверхности и при температуре ниже “точки росы” (т.е. ниже той температуры, при которой начинается конденсация влаги из воздуха на обрабатываемой поверхности, в том числе в области отрицательных температур) и позволяющей получать антикоррозионные покрытия, устойчивые к длительному статическому и динамическому воздействию влажных минеральных удобрений, с сохранением при этом высокого уровня адгезии, физико-механических характеристик и износостойкости.

Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что в отличие от известной композиции-прототипа заявляемая полимерная композиция для получения износостойкого антикоррозионного покрытия, включающая бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, эпоксиднодиановую смолу ЭД-20, инденкумароновую смолу, антиоксидант фенил-2-нафтиламин (“Нафтам-2”), полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200, пигмент-наполнитель “Прокаль” и органический растворитель – толуол, в качестве дополнительного наполнителя содержит окись хрома, в качестве органического растворителя наряду с толуолом – ксилол или их смесь, и дополнительно тетрабутилортотитанат при следующем соотношении между компонентами, мас.%:

Все компоненты указанной рецептуры регламентированы нормативно-техническими документами. Бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, представляющий собой продукт анионной блоксополимеризации стирола (27-31%) и бутадиена (69-73%) в растворе углеводородов в присутствии литийорганического инициатора, используют по ТУ 38.40327-98. Инденкумароновую смолу – по ТУ 14-6-72-89, представляющую собой продукт каталитической полимеризации непредельных соединений (стирола, кумарона, индена и их гомологов), содержащихся во фракциях сырого бензола и каменноугольной смолы, и имеющей температуру размягчения 80-140°С. Эпоксиднодиановую смолу ЭД-20 – по ГОСТ 10587-84, пигмент-наполнитель “Прокаль”, представляющий собой оксигидроксид алюминия общей формулы (Al₂O₃)_х·(Al(ОН)₃)_y используют по ТУ 2322-002-50898710-2001, окись хрома марки ОХП-1 – по ГОСТ 2912-79, фенил-2-нафтиламин (торговая марка “Нафтам-2”) – по ГОСТ 39-79. Полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200 используют по ГОСТ 13032-77. Используемые органические растворители должны соответствовать следующей нормативно-технической документации: толуол нефтяной – ГОСТ 14710-78, ксилол нефтяной – ГОСТ 9410-78 или ТУ 38.101254-72. Тетрабутилортотитанат (торговое название “Тетрабутоксититан”) используют в соответствовии с ТУ 6-09-2738-89.

Указанные пределы соотношений между ингредиентами полимерной композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальным с точки зрения экономической эффективности и достижения поставленной цели.

Совместное использование пигмента-наполнителя “Прокаль” с окисью хрома в заявляемых количествах не только усиливает ингибирующее действие образующегося антикоррозионного покрытия в среде влажных минеральных удобрений, но и снижает его воспламеняемость и горючесть. Последнее очень актуально для защитных покрытий транспортных средств, перевозящих горючие сыпучие материалы, такие как карбамид, сера и др.

Заявляемые пределы водовытесняющей добавки – тетрабутоксититана в составе композиции – обусловлены реальной влажностью защищаемых поверхностей: данная композиция обеспечивает получение качественных антикоррозионных покрытий на бетонных и железобетонных изделиях с их влажностью до 12%; на металлических поверхностях со следами конденсатной влаги (0,5%-1,0%) и при температуре окружающей среды до минус 25°С.

Сравнение заявляемой полимерной композиции с известной композицией-прототипом позволяет сделать обоснованный вывод о ее соответствии критерию “Новизна”, так как в данном случае содержится новая совокупность ингредиентов, приведшая к положительному техническому эффекту.

“Изобретательский уровень” предлагаемого технического решения заключается в том, что дополнительное введение в состав композиции окиси хрома и тетрабутилортотитаната позволило не только сохранить высокие физико-механические показатели, износостойкость и адгезию образующихся антикоррозионных покрытий, но и снизить воспламеняемость и горючесть таких покрытий, повысить их химическую устойчивость в среде сыпучих минеральных удобрений и расширить температурный и влажностный диапазоны допустимых условий нанесения композиции. Достигнутый комплексный положительный эффект (особенно расширение температурно-влажностных режимов нанесения) неочевиден, так как этого нельзя было заранее предсказать: согласно техническим условиям на тетрабутоксититан он предназначен для применения в органическом синтезе, электротехнической промышленности и в качестве катализатора отверждения технических лаков и при производстве полимеров.

Заявляемая рецептура полимерной композиции базируется на использовании компонентов, выпускаемых серийно в промышленном масштабе, с использованием для ее получения стандартного смесительного оборудования для переработки высоковязких сред. Композиция может наноситься на защищаемые поверхности одним из существующих методов: кисть, валик, либо безвоздушным способом распыления с применением существующих аппаратов высокого давления. Все это позволяет сделать обоснованный вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “Промышленная применимость”. Заявляемую полимерную композицию изготавливают следующим образом: в смеситель с рамной мешалкой и рубашкой для теплоносителя (температура 80°С) последовательно загружают органический растворитель (толуол и/или ксилол), фенил-2-нафтиламин, эпоксиднодиановую смолу, полиметилсилоксановую жидкость, тетрабутилортотитанат, инденкумароновую смолу и наполнители “Прокаль” и окись хрома. Полученную суспензию перемешивают при температуре 40-60°С до гомогенного состояния. Затем в смеситель порционно загружают гранулированный бутадиенстирольный термоэластопласт и перемешивают содержимое смесителя до полного растворения каучука. Композиция готова к использованию сразу же после ее изготовления.

Образцы покрытия для испытаний на металлических пластинах из стали марки Ст.3 размером 150×70×0,8 мм и на бетонных кубиках размером 100×100×100 мм получали методом безвоздушного распыления с использованием аппарата “Магнум” германской фирмы “WIWA” с последующей сушкой при комнатной температуре до степени 6 по ГОСТ 19007-73.

Время высыхания покрытия до степени 3 определяли по ГОСТ 19007-73.

Массовую долю нелетучих веществ в композиции определяли по ГОСТ 17537-72.

Адгезию покрытия к металлической и бетонной поверхностям определяли методом “отрыва грибков” по ГОСТ 14760-69. Прочность покрытия при ударе оценивали по ГОСТ 4765-78, эластичность при изгибе – по ГОСТ 6806-73. Прочность и относительное удлинение при разрыве свободных пленок покрытия определяли по ГОСТ 11262-80 при скорости растяжения 50 мм/мин. Износостойкость покрытий определяли по ГОСТ 20811-75 путем их истирания кварцевым песком.

Химстойкость покрытий в среде влажных минеральных удобрений определяли по ГОСТ 9.403-80. Воспламеняемость покрытия оценивали по длине затухания пламени в соответствии с ГОСТ 21227-93 (п.4.5), твердость покрытия – по ГОСТ 5233-89.

Техническую сущность и преимущество предлагаемой полимерной композиции для получения износостойкого антикоррозионного покрытия иллюстрируют нижеприведенные экспериментальные данные.

ПРИМЕР

Взвешивают компоненты предлагаемой композиции и известной композиции-прототипа согласно конкретно выбранной рецептуры (таблица 1), из них изготавливают составы на лабораторном оборудовании. После чего из полученных материалов изготавливают образцы покрытий, результаты испытаний которых приведены в таблице 2.

Таким образом, как видно из сравнительных данных, приведенных в таблице 2, полученное на основе заявляемой полимерной композиции покрытие при сопоставимом уровне показателей: “прочность при ударе”, “эластичность при изгибе”, “твердость”, “износостойкость”, “прочность и относительное удлинение при растяжении” менее горюче, обладает более высокой адгезией к влажным поверхностям, может наноситься при отрицательных температурах и температуре ниже “точки росы”, а также более устойчиво в среде влажных сыпучих минеральных удобрений.

Формула изобретения

Полимерная композиция для получения износостойкого антикоррозионного покрытия, включающая бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, эпоксиднодиановую смолу ЭД-20, фенил-2-нафтиламин, полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200, инденкумароновую смолу, пигмент-наполнитель “Прокаль” и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного наполнителя содержит окись хрома, в качестве органического растворителя толуол и/или ксилол и дополнительно тетрабутилортотитанат при следующем соотношении между компонентами, мас.%: