Композиция для электропроводного противообрастающего покрытия

 

Использование: для защиты подводной части корпусов судов и гидротехнических сооружений. Технический результат: сокращение времени высыхания, повышение физико-механических свойств покрытия, возможность возобновления его при ремонте, а также уменьшение плотности тока. Сущность изобретения: композиция содержит (в мас. ч.): водостойкий пленкообразователь 100, электропроводный наполнитель 100-180, органический растворитель 100-740, продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного одноосновной алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла 3-12. 1 табл.

Изобретение относится к композициям, не содержащим биоцидных компонентов, предназначенных для получения электропроводных покрытий для защиты от морского обрастания подводной части корпусов судов и гидротехнических сооружений.

Известна композиция для получения электропроводного покрытия, содержащая пленкообразователь раствор в органических растворителях сополимера этилена с винилацетатом, алкидной, акриловой, фенолформальдегидной, микроцеллюлозной и других смол; в качестве электропроводного наполнителя смесь слюды, металлизированной никелем, медью или хромом, и углеродного порошка.

Известна также композиция для получения электропроводного покрытия, содержащая пленкообразователь раствор в органическом растворителе акриловой, эпоксидной, виниловой или полиэфирной смолы; в качестве электропроводного наполнителя смесь чешуйчатого графита с чешуйчатым палладием.

В отечественной промышленности известен состав АК-562, содержащий пленкообразователь акриловую смолу и электропроводный наполнитель смесь карбонильного никеля с графитом.

Такой состав используется для получения антистатических покрытий, а также для изготовления греющего слоя нагревательных элементов.

Наиболее близкой к заявляемой композиции является композиция для получения электропроводного противообрастающего покрытия и для удаления обрастания с обросшей поверхности, включающая ( мас. ч.): Водостойкий пленкообразователь (в пересчете на сухое) 100 Электропроводный наполнитель 50 Органический растворитель 475 В качестве водостойкого пленкообразователя композиция содержит пленкообразователь на силикатной основе, на основе полиизобутилена, поливинилхлорида, эпоксидной смолы, виниловой смолы, полиуретана, в качестве электропроводного наполнителя чешуйки из нержавеющей стали, легированной хромом; в качестве органических растворителей этилцеллозольв, толуол, ацетон, воду.

Для защиты от обрастания к покрытию от источника тока постоянно подводится катодное напряжение при плотности тока 0,001-0,1 А/дм². Для удаления обрастания с обросшей поверхности напряжение при той же плотности тока подводится непостоянно с периодичностью подачи 0,5-2 мин в течение 1 ч.

Покрытие на основе состава-прототипа обладает длительным временем высыхания и невысокими физико-механическими свойствами. При этом плотность тока, обеспечивающая защиту его от обрастания, составляет 0,01-0,001 А/дм².

Кроме того, во избежание интенсивной коррозии при контакте покрытия с защищаемой металлической поверхностью на металл предварительно наносят металлизированное покрытие на основе Zn и Cd, в результате чего покрытие в условиях дока не может быть возобновлено при ремонте.

Технический результат, достижение которого обеспечивается изобретение, выражается в сокращении времени высыхания, повышении физико-механический свойств покрытия, возможности возобновления его при ремонте, а также в уменьшении плотности тока, обеспечивающем защиту его от обрастания, до 0,0002-0,0008 А/дм².

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что композиция для электропроводного противообрастающего покрытия, содержащая водостойкий пленкообразователь, электропроводный наполнитель и органический растворитель, дополнительно содержит продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного одноосновной алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла, имеющий среднечисленную молекулярную массу 2-10 тысяч углеродных частиц и температуру плавления 145-160^oC, при следующем соотношении компонентов ( мас. ч.): Водостойкий пленкообразователь (в пересчете на сухое) 100 Электропроводный наполнитель 100-180 Органический растворитель 100-740 Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла, имеющий среднечисленную молекулярную массу 2-10 тыс. углеродных единиц и температуру плавления 145-160^oC 3-12 Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла имеет общую формулу:

П многоатомный спирт,
K двухосновная кислота,
R алифатическая предельная или непредельная кислота,
Me двухвалентный металл,
n степень поликонденсации.

Для получения полимеров с разными молекулярными массами (с разной степенью поликонденсации n) компоненты используются в следующих соотношениях ( моль):
K 2n
П n+1
P n+1
Me n.

Используют двухосновные кислоты: фталевая, адипиновая, глутаровая, янтарная и др. многоатомные спирты: глицерин, пентаэритрит, триметилолпропан, триэтаноламин и др. алифатические кислоты: стеариновая, олеиновая, линоленовая, линолевая, жирные кислоты таллового масла и др. двухвалентные металлы: Fe, Co, Ni, Mg, Ca.

Синтез полимера осуществляют в реакторе с мешалкой, обратным холодильником и обогревом. На первой стадии в реактор загружают многоатомный спирт, растворитель (ксилол) в количестве 10% от массы многоатомного спирта, и содержимое реактора нагревают до 80^oC, после чего добавляют алифатическую одноосновную кислоту. Повышают температуру в реакторе до 160-180^oC и производят отгонку реакционной воды в виде азеотропа с ксилолом. После прекращения выделения воды в реактор загружают двухосновную кислоту. Температуру в реакторе поддерживают равной 160-180^oC в течение 1 ч. Затем реакционную массу охлаждают до 100-110^oC, добавляют ксилол в количестве 30% от массы многоатомного спирта и оксид металла.

Температуру в реакторе повышают до 140-155^oC, выдерживают при этой температуре 3,5-4 ч и отгоняют реакционную воду в виде азеотропа с ксилолом. Полученный продукт охлаждают до 20-25^oC и сливают в тару в виде ксилольного раствора. Для выделения полимера из ксилольного раствора его высаждают метанолом или этанолом. Соотношение ксилольного раствора полимера и осадителя 1:1,5 (по объему).

Полимер имеет следующие характеристики:
Средняя молекулярная масса при n 1-10 2-10 тыс.у.е.

Внешний вид Порошок или монолитная масса (в зависимости от объема осадителя)
Цвет в зависимости от использованного металла Fe, Ni зеленый Co - розовый Mg, Ca бесцветный
Температура плавления 145-160^oC (выше 160^oC полимер разлагается)
Растворимость Хорошо растворяется в алифатических и ароматических углеводородах, кетонах, простых и сложных эфирах, высших спиртах (Cч и более); нерастворим в воде, низших спиртах (C₁ C₃).

В качестве водостойкого пленкообразователя композиция содержит эпоксидные смолы ЭД-20 (ТУ 10587-84), Э-40КЭ (ТУ 301-10-0-290-89), перхлорвиниловую смолу ПСХ-ЛС или ПСХ-ЛС (ОСТ 6-01-37-88), сополимер трихлорфторэтилена с простым виниловым эфиром и моноэтиловым эфиром этиленгликоля (ТУ 301-05-195-93), сополимер винилхлорида с винилацетатом А-15 (ТУ 113-00-5761647-20-91), частично омыленный сополимер винилхлорида с винилацетатом А-15-О (ТУ 6-01-1181-79).

В качестве электропроводного наполнителя композиция содержит углеродный наполнитель: технический углерод П-161, П-267Э (ГОСТ 7885-86); графит марок ЭГ-15 и ЭГ-20 (ГОСТ 10274-79); серебристый графит (ГОСТ 102-73-79); измельченные углеродные волокна углен, грален с уд. поверхностью 60-100 м²/г, плотностью 1,6 г/см³, удельным объемным электрическим сопротивлением (4+1)·10^-4 Ом·м, длиной волокон 5-30 мм и др. металлический порошок: медный порошок ПМС-1, ПМС-2, ПМС-Н (ГОСТ 4960-75); цинковый порошок ПЦС-10 (ТУ 48-4015-40-87); алюминиевая пудра ПАП-1, ПАП-2, (ГОСТ 5494-71) и др.

Для растворения пленкообразователей применяются ксилол (ГОСТ 9949-76), толуол (ГОСТ 14710-78), ацетон (ГОСТ 2768-84), бутилацетат (ГОСТ 8981-78), этилцеллозольв (ГОСТ 8313-88) и др. Ниже приводятся примеры состава композиций, иллюстрирующие предполагаемое изобретение:
Пример 1.

Сополимер трихлорфторэтилена с простым виниловым эфиром и моноэтиловым эфиром этиленгликоля 100,0

Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла 12,0
Ксилол 100,0
Пример 2.

Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла 3,0

Пример 3.

Сополимер А-15-0 100,0
Технический углерод П-161 80
Грален 70
Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла 9,0

Пример 4.

Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла 6,0

Изготовление композиции производят в шаровой мельнице. Вначале загружают растворитель и водостойкий пленкообразователь и производят растворение пленкообразователя при включенной шаровой мельнице (3-4 ч). Затем загружается продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла и электропроводный наполнитель, шаровая мельница приводится во вращение до достижения степени перетира 70-80 мкм (18-24 ч
В таблице представлены результаты испытаний предлагаемой композиции и покрытия на ее основе в сравнении с прототипом.

Противообрастающие свойства покрытий на основе разработанных композиций определяли на морском стенде в Черном море. Стальные пластины размером 100х100 мм толщиной 1,5-2 мм окрашивались по схеме:
Грунтовка ВЛ-02 1 слой
Противокоррозионная эмаль ХС-436 4 слоя
Композиция по примерам 1-4 2 слоя.

Окрашенные пластины (по 3 параллельных образца для каждой схемы) погружали в море, и от источника тока на них подавалось анодное напряжение при различных плотностях тока 0,0002-0,0008 А/дм². Периодически производили визуальный осмотр испытуемых пластин и определяли плотность тока, обеспечивающую полную защиту от обрастания.

Как следует из данных, представленных в таблице, покрытие на основе предлагаемой композиции обладает в сравнении с прототипом сокращенным временем высыхания, высокими физико-механическими свойствами, а для обеспечения защиты от обрастания оно требует значительно меньшей плотности тока, что позволяет резко сократить энергозатраты.

Кроме того, покрытие на основе заявляемой композиции легко возобновляется при ремонте в условиях дока, т.к. наносится по противокоррозионному слою, обычно используемому для окраски судов и гидротехнических сооружений.

Формула изобретения

Композиция для электропроводного противообрастающего покрытия, включающая водостойкий пленкообразователь, электропроводный наполнитель и органический растворитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного одноосновной алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла со среднечисленной мол.м. 2000 10000 углеродных единиц и температурой плавления 145 160^oС при следующем соотношении компонентов, мас. ч.

Водостойкий пленкообразователь (в расчете на сухое вещество) 100
Электропроводный наполнитель 100 180
Продукт поликонденсации многоатомного спирта, этерифицированного одноосновной алифатической кислотой, с двухосновной кислотой и оксидом двухвалентного металла со среднечисленной мол.м. 2000 10000 углеродных единиц и температурой плавления 145 160^oС 3 12
Органический растворитель 100 740к

РИСУНКИ

Рисунок 1