Патент на изобретение №2169164

(54) АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЛАКОКРАСОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к одноупаковочным лакокрасочным материалам, содержащим металлические порошки, и предназначено для изготовления одно- и многослойных покрытий типа грунты, эмали для защиты от коррозии стальных конструкций, изделий и оборудования, эксплуатирующихся в условиях интенсивного атмосферного воздействия в промышленном и гражданском строительстве, инженерных и гидротехнических сооружениях, работающих в условиях повышенной влажности, промышленных и энергетических установок, оборудования химической и нефтехимической промышленности, портовых сооружениях, судостроении и автомобилестроении. Предлагаемая композиция содержит полиуретановый лак, высокодисперсный порошок цинка, полученный методом испарения металлического цинка в атмосфере нейтрального газа с последующей его конденсацией, гидрофобизатор поверхности – изоцианаты и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиуретановый лак – 13,5-26,7; высокодисперсный порошок цинка – 69,8-79,8; изоцианаты – 0,14-0,35; органический растворитель – остальное. В качестве изоцианатов используют 4,4′-дифенилметандиизоцианат, толуилендиизоцианат, моноизоцианат, десмодур. Композиция может дополнительно содержать реологическую добавку – микротальк для лакокрасочной промышленности в количестве до 0,5 мас.%. Изобретение позволяет получить одноупаковочную лакокрасочную композицию с длительным сроком хранения без необратимых измерений свойств, обеспечивающую высокую антикоррозионную и химическую стойкость обрабатываемой поверхности в агрессивных средах при повышенных температурах с повышенными механическими и адгезионными свойствами. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к одноупаковочным лакокрасочным материалам, содержащим металлические порошки, и предназначено для изготовления одно- и многослойных покрытий типа грунты, эмали для защиты от коррозии стальных конструкций, изделий и оборудования, эксплуатирующихся в условиях интенсивного атмосферного воздействия, в т.ч. паров минеральных и органических кислот и щелочей, морской и пресной водных средах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, инженерных и гидротехнических сооружениях, работающих в условиях повышенной влажности, промышленных и энергетических установок, оборудовании химической и нефтехимической промышленности, портовых сооружениях, судостроении и автомобилестроении.

В науке и технике известны антикоррозионные композиции, содержащие в своем составе устойчивые к атмосферным воздействиям полимерные связующие, модифицирующие добавки, ингибиторы коррозии, активные наполнители.

Так, например, известна композиция для антикоррозионной защиты стальной поверхности, содержащая органоразбавляемый пленкообразователь, в качестве которого используют модифицированную полиэтиленгликольмалеинатфталатную смолу, и продукт взаимодействия аллилового спирта и толуилендиизоцианата с полиизоцианатом (Авт. свид. SU N 1473326, МПК C 09 D 5/08, 175/06, 1994 г.).

Известная композиция обеспечивает только механическую защиту поверхности от атмосферных воздействий. При эксплуатации покрытие растрескивается, образуя трещины, а при возникновении поверхностных дефектов на покрытии идет процесс коррозии стальной поверхности: протекают процессы подслойной и язвенной коррозии.

Для улучшения механической устойчивости антикоррозионного покрытия известна уретанобитумная композиция “Уреплен”, включающая, мас.ч.: связующее – полибутадиенуретановый форполимер, представляющий собой продукт взаимодействия толуилендиизоцианата с политетрафурандиолом и/или с полибутиленгликольадипинатом 100, жидкий битум 100-80, наполнитель – порошкообразные минералы (цемент, гипс, мел, каолин) 2,5-5 (Заявка RU N 94035362/03, МПК C 09 D 175/04, 195/00, C 08 L 95/00, 1996 г.).

Известная композиция обладает повышенной пластичностью и механическими свойствами, однако при наличии поверхностных дефектов покрытия антикоррозионная защита стальной поверхности недостаточна.

Для улучшения коррозионной устойчивости известна композиция, содержащая, мас. ч: связующее – отходы полистирола 15-16, каменноугольную смолу 3,5-4,9, ингибитор коррозии – производное хинолина 0,016-0,02, цинковый порошок 15-16, оксид алюминия 7-8, в качестве растворителя толуол – остальное (Авт. свид. SU N 1737909, МПК C 09 D 5/08, C 09 D 125/06, 1998 г.).

Введение цинкового порошка и ингибитора коррозии несколько повышает антикоррозионные свойства, однако осуществить электрохимическую (протекторную) защиту поверхности при использовании известной композиции невозможно, т.е. покрытие, полученное из известной композиции, не обеспечивает антикоррозионную защиту металлических поверхностей, а также характеризуется невысокими адгезионными свойствами.

Наиболее близкой к предлагаемой является одноупаковочная высоконаполненная антикоррозионная лакокрасочная композиция, включающая, мас.ч.: связующее – смесь поливинилбутираля и полиметилфенилсилоксана 10-15, наполнитель – смесь порошкообразных цинка, алюминия и каолина 110-120, целевую добавку – кислотный ингибитор коррозии, в качестве которого используют спиртовый раствор полиакриловой и метакриловой кислоты 0,5-3,0 и органический растворитель – смесь алифатических спиртов 85-90 (Патент RU N 2058357, МПК C 09 D 129/14, 183/04, 5/08, 1996 г.).

Известное покрытие обладает достаточно хорошей коррозионной стойкостью и эластичностью, что обеспечивает длительную эксплуатацию изделий в средах с повышенной агрессивностью, однако при его нанесении на поверхность трудно добиться равномерного по толщине слоя, а из-за неоднородности и рыхлости покрытия, на отдельных, наиболее “слабых” участках возникают очаги язвенной коррозии. Кроме того, известная композиция при формировании покрытия не обеспечивает высокой его адгезии к металлу, что является необходимым условием для предотвращения подслойной коррозии и не обеспечивает протекторной (катодной) защиты стали, вследствие чего в дефектных местах покрытия – порах, царапинах, сколах происходит коррозия основного металла.

Протекторная защита высокоцинкнаполненных покрытий заключается в том, что цинк и сталь образуют гальваническую пару, где цинк – анод, и в дефектных местах окисляется цинк, а не металл, на который нанесено покрытие. При высоком наполнении покрытия цинком его частицы контактируют друг с другом. Это обеспечивает электропроводность покрытия и катодную защиту стали. Известно, что эффективная протекторная защита стали по катодному механизму при использовании цинксодержащих покрытий обеспечивается при содержании цинка в сухой пленке покрытия более 80%.

Задачей предлагаемого изобретения является создание одноупаковочной лакокрасочной композиции с длительным сроком хранения без необратимых изменений свойств, обеспечивающей высокую антикоррозионную и химическую стойкость обрабатываемой поверхности в агрессивных средах при повышенных температурах с повышенными механическими и адгезионными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая композиция содержит связующее, порошок цинка, целевую добавку и органический растворитель, при этом в качестве связующего используют полиуретановый лак, в качестве порошка цинка используют высокодисперсный порошок, полученный газофазным методом путем испарения металлического цинка в атмосфере нейтрального газа с последующей его конденсацией, в качестве целевой добавки используют изоцианат для гидрофобизации поверхности высокодисперсного порошка цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиуретановый лак – 13,5-26,7
Высокодисперсный порошок цинка – 69,8-79,8
Изоцианат – 0,14-0,35
Органический растворитель – Остальное
Композиция может содержать реологическую добавку, в качестве которой используют микротальк для лакокрасочной промышленности в количестве до 0,5 мас.%.

В качестве полиуретанового лака используют одноупаковочные полиуретановые лаки, получаемые взаимодействием сложного олигоэфира с изоцианатами, например, марки Лаптекс-2 (ТУ 2226 001 13013487-95), изготовляемого на основе полиэфира Лапрол 5003 или Лапрол 4503 с избытком дифенилметандиизоцианата (МДИ), который отверждается при температуре окружающей среды с образованием полимерной пленки.

В качестве высокодисперсного порошка цинка используют порошок марки ПЦВД, получаемый испарением металлического цинка в атмосфере нейтрального газа (атмосфера инертных газов или азота) с последующей его конденсацией.

В качестве гидрофобизатора поверхности цинкового порошка используют изоцианат, выбранный из группы – 4,4′-дифенилметандиизоцианат, толуилендиизоцианат, моноизоцианат марки ТI, десмодур МТ.

В качестве органического растворителя используют кетоны, ацетаты, углеводороды, например уайт-спирит (нефрас C₄ 150/200) по ГОСТ 3134-78, бутилацетат по ГОСТ 22300-76 и их смеси в эффективных соотношениях.

В качестве реологической добавки используют микротальк для лакокрасочной промышленности.

Сравнение предлагаемой композиции с известной позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию “новизна”, т.к. предлагаемая композиция содержит новую совокупность ингредиентов в новом количественном соотношении.

Высокодисперсный порошок цинка и уретановые лаки широко используются в различных лакокрасочных композициях. Совместное их использование в заявляемой композиции позволяет достичь нового технического результата – неочевидное улучшение антикоррозионных, адгезионных и механических свойств, увеличение срока хранения композиции и обеспечение протекторной защиты обрабатываемой поверхности в условиях воздействия агрессивных сред при повышенной температуре. Обеспечение протекторной защиты достигается за счет высокого содержания порошкообразного цинка в композиции, что обеспечивает его содержание в покрытии более 80%. В известных цинкнаполненных композициях введение повышенного количества цинкового порошка приводит к ухудшению стабильности композиции, покрывных и эстетических показателей за счет образования цинковых агломератов и ухудшению реологических показателей краски. В заявляемой композиции использование высокодисперсного порошка цинка, полученного в результате испарения и конденсации в атмосфере нейтрального газа с последующей конденсацией, придает новые свойства, которые обусловлены в основном фазовыми превращениями цинка (твердый цинк-пар-жидкость-твердый порошок цинка), что позволяет получить отожженную структуру цинка в форме дендритов с повышенной пластичностью. Как выявлено заявителем, использование этого цинкового порошка позволяет решить поставленную задачу – обеспечение протекторной защиты без ухудшения адгезионных свойств, присущих связующему. Механизм формирования структуры антикоррозионной композиции обеспечивается свойствами связующего и свойствами высокодисперсного цинкового порошка. При внесении в полиуретановое связующее высокодисперсного порошка цинка образуется устойчивая коллоидная структура, представляющая собой взаимодействующие друг с другом мицеллы, образованные частицами цинка, заключенными в оболочку связующего. Поверхность цинкового порошка блокируется гидрофобизатором для дополнительного увеличения срока хранения композиции и может вводиться реологическая добавка для обеспечения требуемой вязкости. Шарообразная форма цинковых частиц и гибкая пластинчатая форма реологической добавки обеспечивают возможность плотной однородной текучей структуры заявляемой композиции. Образующиеся мицеллы, содержащие в качестве ядра цинковые частицы, взаимодействуют друг с другом и при отверждении образуют сплошной цинксодержащий слой, обеспечивающий протекторную защиту поверхности, стойкого к воздействию воды, растворителей кислот и щелочей. Содержание цинка в сухом покрытии обеспечивается от 80 до 90 мас.%. Сплошность и равномерность (однородность) покрытия зависят от равномерности и прочности оболочки связующего на частицах цинка, которая определяется заявляемым количественным соотношением ингредиентов состава. Получаемая композиция имеет оптимальную консистенцию с плотностью 2,1-3,3 г/м³, которая легко наносится всеми известными способами. Получаемое покрытие характеризуется высокой адгезией к обрабатываемой поверхности, оптимальной эластичностью, устойчивостью к растрескиванию и образованию трещин в процессе эксплуатации, антикоррозионной стойкостью и термостойкостью. После высыхания заявляемой композиции получаемая поверхность имеет вид гладкой пленки (от полуглянцевой до матовой) светло-серого цвета без кратеров и потеков, морщин и посторонних включений. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию “изобретательский уровень”.

Предлагаемая композиция может быть изготовлена из известных в промышленности материалов, на известном оборудовании. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию “промышленная применимость”.

Заявляемую композицию получают следующим образом.

Органический растворитель (бутилацетат или его смесь с уайт-спиритом в соотношении 1: 1) смешивают с гидрофобизатором и реологической добавкой в диссольвере в заявляемом количестве, вводят при перемешивании заявляемое количество высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, добавляют уретановый лак Лаптес-2 и перемешивают до готовности. Составы композиций по примерам конкретного выполнения приведены в таблице 1. Композицию выгружают из диссольвера в смеситель для дозревания, после чего разливают в упаковочную тару. Подготовку образцов для испытаний проводят в соответствии с ГОСТ 8832, подготовку поверхности – по ГОСТ 8832 и ГОСТ 9.402. В качестве материала для всех видов испытаний, кроме прочности при изгибе, используют малоуглеродистую сталь типа 08 кп, 08 пс, Ст. 3 с толщиной листа 10 мм. Подготовка поверхности образцов включает очистку растворителем (ацетон, уайт-спирит, растворитель N 645, 646, 647, 648) и дробеструйную (пескоструйную) обработку. Шероховатость поверхности по Rz – 30-50 мкм. Образцы для испытания прочности на изгиб готовят по действующим ГОСТ. При необходимости композицию перед нанесением доводят до требуемой рабочей вязкости растворителями 645, 646, 647 и 648 добавлением не более 5 мас.% от ее массы. Антикоррозионную обработку стандартного стального образца проводят путем безвоздушного пневматического распыления или кистью, или валиком на предварительно подготовленную поверхность. Получаемое покрытие сушат в естественных условиях 15 – 120 мин. При определении времени высыхания и физико-механических показателей толщина покрытия не менее 60-80 мкм, что соответствует 1 слою композиции. При оценке защитных свойств толщина покрытия не менее 70-80 мкм (1 слой композиции). Перед испытаниями физико-механических свойств образцы выдерживают при комнатной температуре не менее 48 часов, а защитных свойств – 7 суток. Время высыхания определяют по ГОСТ 19007, адгезию покрытия к металлической поверхности оценивают по ГОСТ 15140, метод 2, прочность при ударе определяют по ГОСТ 4765. Эластичность покрытия при изгибе определяют по ГОСТ 6806. Плотность краски определяют по ГОСТ 28513. Условную вязкость определяют по вискозиметру BЗ-246 сопло 4 мм по ГОСТ 8420. Массовую долю нелетучих веществ определяют по ГОСТ 17537. Стойкость покрытия к статическому воздействию жидких сред оценивают по ГОСТ 9.403, метод А. Образцы испытывают в 25%-ных растворах серной кислоты по ГОСТ 367-73 и гидроокиси натрия по ГОСТ 4328-77. После испытания определяют визуально состояние внешнего вида. Состояние металла под покрытием определяют визуально, для чего покрытие снимают с помощью скальпеля. Термостойкость определяют по ОСТ 6-10-422-78. Стойкость в условиях повышенной температуры в присутствии хлористого натрия – по ИСО 4623. Полученные данные приведены в таблице 2.

Как видно из приведенных данных, покрытия на основе заявляемых композиций обладают высокими механическими свойствами, высокой ударопрочностью и абразивостойкостью, стойкостью к агрессивным средам, в которых не устойчивы все другие цинкнаполненные составы: органические растворители, пары минеральных и органических кислот, сероводорода, серного и сернистого ангидрида. Эти свойства позволяют использовать заявляемые композиции для обработки оборудования, работающего в сильно агрессивных условиях при повышенных температурах, где другие известные покрытия мало эффективны: емкости для хранения сернистого железа на сернокислых заводах, бункеров и эстакад с различными минеральными удобрениями, агломерата сернистых руд, защиты емкостей и труб для хранения и транспортирования сернистой нефти и мазутов, оборудование газоочистки и другого оборудования и конструкций.

Изготовление композиций в количественных соотношениях, не соответствующих заявляемым, приводит к снижению кислотостойкости и химической стойкости, снижению пластичности и срока хранения, потере протекторного механизма защиты.

Заявляемые композиции используют в качестве самостоятельного покрытия или в комплексном многослойном покрытии на предварительно подготовленных поверхностях оборудования, металлических конструкций, а также бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе и внутри помещений при температуре не выше 160^oC.

Формула изобретения

1. Антикоррозионная лакокрасочная композиция, содержащая связующее, порошок цинка, целевую добавку и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют полиуретановый лак, в качестве порошка цинка – высокодисперсный порошок цинка, полученный газофазным методом путем испарения металлического цинка в атмосфере нейтрального газа с последующей его конденсацией, в качестве целевой добавки – изоцианат для гидрофобизации поверхности высокодисперсного порошка цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиуретановый лак – 13,5 – 26,7
Высокодисперсный порошок цинка – 69,8 – 79,8
Изоцианат – 0,14 – 0,35
Органический растворитель – Остальное
2. Антикоррозионная лакокрасочная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве изоцианата содержит 4,4′-дифенилметандиизоцианат.

3. Антикоррозионная лакокрасочная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве изоцианата содержит толуилендиизоцианат.

4. Антикоррозионная лакокрасочная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве изоцианата содержит моноизоцианат.

5. Антикоррозионная лакокрасочная композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит реологическую добавку, в качестве которой используют микротальк для лакокрасочной промышленности в количестве до 0,5 мас.%.

РИСУНКИ

PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:

Вахрушева Галина Львовна (RU); Семенова Наталья Дмитриевна (RU)

Адрес для переписки:

109147, Москва, ул. Абельмановская, д. 7, кв. 16, Н.Д.Семеновой

Извещение опубликовано: 10.12.2008 БИ: 34/2008

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:

Вахрушева Галина Львовна,
Семенова Наталья Дмитриевна

(73) Патентообладатель:

Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие “Высокодисперсные металлические порошки”

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 13.11.2008 № РД0043246

Извещение опубликовано: 27.12.2008 БИ: 36/2008

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

Дата прекращения действия патента: 30.12.2008

Извещение опубликовано: 10.10.2009 БИ: 28/2009

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.10.2009

Извещение опубликовано: 10.10.2009 БИ: 28/2009