Патент на изобретение №2169162

(54) АНТИКОРРОЗИОННЫЙ ПИГМЕНТ ДЛЯ ГРУНТОВОК ПО МЕТАЛЛУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к защите металла от коррозии лакокрасочными покрытиями. Описывается антикоррозионный пигмент для грунтовок по металлу, включающий пигментный компонент-ингибитор. Причем в качестве пигментного компонента-ингибитора он содержит пиролюзит молотый и дополнительно содержит тальк или железную слюдку, или слюду, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас. %: пиролюзит 10-55; тальк или железная слюдка, или слюда, или их смесь в любом соотношении 45-90. Технический результат – расширение ассортимента малотоксичных антикоррозионных пигментов-ингибиторов, по защитным свойствам не уступающим хроматным пигментам. 1 табл.

Изобретение относится к области защиты металла от коррозии лакокрасочными покрытиями.

Известно, что основную защитную функцию в системе лакокрасочных покрытии на металлах выполняют грунтовки, противокоррозионное действие которых в значительной мере определяется содержанием и типом пигментов. Наиболее эффективными в этом аспекте являются антикоррозионные пигменты-ингибиторы, присутствие которых в составе покрытия позволяет подавлять коррозионные процессы даже при нарушении их сплошности. Однако наиболее широко используемые пигменты этого типа (хром- и свинецсодержащие) обладают высокой токсичностью.

Повышение экологической полноценности материалов, используемых для получения покрытий, в течение последнего десятилетия относится к приоритетным направлениям развития лакокрасочной подотрасли. Токсичные пигменты в перспективе должны быть полностью исключены из рецептур противокоррозионных композиций. Это обстоятельство делает актуальной проблему поиска альтернативных малотоксичных антикоррозионных пигментов и вызывает повышенный интерес к исследованиям противокоррозионных свойств различных соединений, обладающих характеристиками, необходимыми для выполнения пигментных функций в лакокрасочных покрытиях.

Первыми соединениями среди используемых для снижения токсичности антикоррозионных покрытий взамен хром- и свинецсодержащих были фосфаты.

¹4. С. 85-88]. Фосфат цинка Zn₃(PO₄) nH₂O мало растворим в воде, но легко растворим в кислотах. Фосфат хрома Cr(PO₄)nH₂O практически нерастворим в воде, стоек к кислотам и щелочам. Фосфат хрома не применяют в качестве самостоятельного антикоррозионного пигмента. Он используется в пигментных композициях, в частности в хроматных, где наблюдается синергический эффект, объясняемый увеличением растворимости хроматов и усилением их антикоррозионных свойств [см. книгу Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. – М.: Химия, 1987. С. 143].

Известно также использование в качестве антикоррозионных пигментов конденсированных фосфатов металлов. Эти соединения отличаются более высокими антикоррозионными свойствами, так как образующиеся при их гидролизе ионы обладают более сильно выраженной комплексообразующей способностью по отношению к иону Fe³⁺, чем PO₄^3-. Образующийся в результате реакций комплексообразования поверхностный слой соединения, например, общей формулы Fe_xAl_y(PO₄)_z¹¹6. – P. 12].

В настоящее время активное исследование антикоррозионных свойств конденсированных фосфатов позволяет рекомендовать к использованию в области защиты от коррозии дифосфаты меди Cu₂P₂O₇, кальция Ca₂P₂O₇, магния Mn₂P₂O₇; полифосфаты кальция Ca₃(P₃O₁₀)₂1,5H₂O, цинка Zn₃(P₃O₁₀)₂H₂O, алюминия Al₃(P₃O₁₀)₂2H₂O, циклотетрафосфаты железа Fe₂P₄O₁₂, меди Cu₂P₄O₁₂, никеля Ni₂P₄O₁₂, цинка Zn₂P₄O₁₂, магния Mg₂P₄O₁₂, кальция Ca₂P₄)₁₂ и марганца Mn₂P₄O₁₂ [см. А.С. ЧССР ¹¹

Новую группу противокоррозионных пигментов составляют ферриты – смешанные оксиды шпинельной структуры общей формулы MeOFe₂₂

Таким образом, до настоящего времени полноценной альтернативы токсичным пигментам, эффективным в аспекте обеспечения защиты металлов от коррозии, не найдено. Поэтому задача поиска малотоксичных пигментов, по антикоррозионному действию не уступающих хроматным, остается актуальной.

К предлагаемому изобретению относится промышленно выпускаемая антикоррозионная грунтовка ГФ-0119 (ГОСТ 23343-78) пассивирующего типа, широко используемая для защиты металлов [см. книгу Розенфельд И.Л., Рубенштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. – М.: Химия, 1980. – С 136]. В качестве пигментного компонента-ингибитора содержит тетраоксихромат цинка и хромат кальция. Недостатком этой грунтовки является то, что указанные соединения шестивалентного хрома, выполняющие основную защитную функцию в пигментной смеси, относятся к первому классу вредных веществ, так как их ПДК составляет 0,01 мг/м³ [см. ГОСТ 12.1.005-88; Перечень химических и биологических веществ, прошедших государственную регистрацию в Российском регистре потенциально опасных химических и биологических веществ. М., 1996].

Задача изобретения – расширение ассортимента малотоксичных антикоррозионных пигментов-ингибиторов, по защитным свойствам не уступающим хроматным пигментам.

Поставленная задача решается разработкой и использованием антикоррозионного пигмента для грунтовок по металлу. Причем в качестве пигментного компонента-ингибитора содержит молотый природный пиролюзит и дополнительно содержит тальк или железную слюдку, или слюду, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
молотый природный пиролюзит – 10 – 55
тальк или железная слюдка, или слюда, или их смесь в любом соотношении – 45 – 90
Важным отличием молотого природного пиролюзита от хромсодержащих веществ является значительно меньшая токсичность: он входит во второй класс вредных веществ, его ПДК составляет 0,3 мг/м³, что в 30 раз превышает соответствующую характеристику хроматных пигментов. Кроме того, молотый природный пиролюзит значительно дешевле тетраоксихромата цинка и хромата кальция, получаемых синтетическим путем.

Высокая защитная способность грунтовки в течение длительного времени обеспечивается только при совместном использовании молотого природного пиролюзита и мелкодисперсного компонента с пластинчатой формой частиц. Это объясняется следующим. Грунтовочные покрытия, наполненные только молотым природным пиролюзитом, имеют крайне низкое сопротивление покрытия переносу заряда Rn, которое в процессе испытаний заметно снижается. Низкие изолирующие (барьерные) свойства покрытий можно объяснить наличием в природном молотом пиролюзите гидрофильных примесей, которые образуют в объеме лакокрасочной пленки каркас из цепочечных структур. По-видимому, эти цепочки способствуют образованию транспортных каналов для коррозионно-активной среды от поверхности пленки до поверхности стали. Дополнительное введение в состав грунтовки компонента с пластинчатой (анизометрической) формой частиц способствует, вероятно, разрушению этих каналов. В результате повышается начальное значение R_п, а главное его стабилизация в процессе испытаний. В качестве компонента с пластинчатой формой частиц использовали тальк или железную слюдку, или слюду, или их смесь в любом соотношении. Железная слюдка представляет собой черный, с металлическим блеском оксид железа (a-Fe₂O₃), имеющий структуру гематита, с частицами пластинчатой формы. За рубежом железную слюдку называют MIOX (от Micaceus Iron Oxide – слюдяной оксид железа). Железная слюдка обладает высокой химической стойкостью (устойчива к действию щелочей и слабых кислот), отличной свето- и атмосферостойкостью [Л.Ф.Корсунский, Т.В.Калинская, С.Н.Степин. Неорганические пигменты, покрытиями. – СПб.: Химия, 1992. С. 138].

Полученные грунтовки наносили центрифугальным методом, покрытия формировали в естественных условиях в течение 72 часов. Толщину покрытий измеряли с помощью индикаторного толщиномера ТЛКП.

Контроль качества лакокрасочных материалов (определение условной вязкости, содержания нелетучих и летучих веществ, степени перетира грунтовки) и покрытий (определение внешнего вида, твердости, эластичности на изгиб, прочности на удар, адгезию) проводили по стандартным методикам [см. книгу Лившиц М. Л. Технический анализ и контроль производства лаков и красок: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Высш. шк., 1987. С. 206-227].

Сравнительные коррозионные испытания окрашенных стальных образцов проводили погружением в 0,5 молярный водный раствор хлористого натрия при температуре 205^oC. Продолжительность испытаний составляла 1500 часов.

Защитные свойства покрытий, полученных при нанесении грунтовок на основе предлагаемой пигментной части и нанесении грунтовки ГФ-0119, оценивали с помощью показателя _R и показателя K, характеризующего процент коррозионного поражения поверхности металла под покрытием [методику определения K см. в книге Карякина М.И. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий. – М: Химия, 1988. С. 200].

Показатель K_R находили по формуле K_R = R₁₅₀₀/R₁₀, где R₁₀, R₁₅₀₀ – сопротивление покрытия переносу заряда R_п (МОмсм²) в начальный период (через 10 ч) и через 1500 ч испытаний, соответственно. Значение R_п

Состав исследованных грунтовок и результаты экспериментов приведены в таблице.

Результаты показывают, что грунтовки, содержащие молотый природный пиролюзит и мелкодисперсный компонент с пластинчатой формой частиц, во всем диапазоне соотношений обеспечивают эффективную антикоррозионную защиту стальной поверхности, которая не уступает прототипу – грунтовке ГФ-0119.

Оптимальным является следующее соотношение компонентов в пигментной части: молотый природный пиролюзит 35; компонент с пластинчатой формой частиц 65 мас.%. Более высокими защитными свойствами обладают композиции на основе сополимера А-15-О.

Формула изобретения

Антикоррозионный пигмент для грунтовок по металлу, включающий пигментный компонент-ингибитор, отличающийся тем, что в качестве пигментного компонента-ингибитора содержит молотый пиролюзит и дополнительно содержит тальк или железную слюдку, или слюду, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Молотый пиролюзит – 10 – 55
Тальк, или железная слюдка, или слюда, или их смесь в любом соотношении – 45 – 90

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.03.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2003

Извещение опубликовано: 20.02.2003