Антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий
Изобретение относится к антикоррозионному наполнителю на основе одеревеневших отходов растительного сырья, который применяется в составе лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии металлических поверхностей. Наполнитель содержит основу из одеревеневших отходов растительного сырья, измельченного до порошкообразного состояния, и аминосодержащую добавку. В качестве одеревеневших отходов растительного сырья используют косточки фруктов (абрикосов, персиков, вишен, слив) и/или скорлупу орехов (грецких, миндальных, фисташковых, кокосовых, кедровых, арахиса) или их композиции в сочетании с косточками ягод (винограда, граната, кизила), измельченные до фракции 5-40 мкм. В качестве аминосодержащей добавки используют моноэтеноламин или триэтаноламин. Наполнитель обладает высокими противокоррозионными свойствами и свойствами преобразователя ржавчины. 6 з.п. ф-лы; 3 табл.
Изобретение относится к антикоррозионным наполнителям на основе одеревеневших отходов растительного сырья, которые применяется в составе лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии металлических поверхностей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в машиностроении, судостроении, металлургии, химической и нефтегазодобывающей промышленности и др.
Известен антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий (см. патент Украины №44949, C09D 5/12, дата публикации 15.03.2002 г.), содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, в качестве которого используют кору эвкалипта с влажностью не более 12-14 мас.%, полученную при переработке стволов эвкалиптовых деревьев и измельченную до порошкообразного состояния, аминосодержащую добавку и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| порошок коры эвкалипта с влажностью | |
| не более 12-14% | 75-80 |
| аминосодержащая добавка | 5-15 |
| вода | остальное. |
Недостатком известного технического решения является сравнительно низкая антикоррозионная эффективность, обусловленная слабыми свойствами к ингибированию коррозионных процессов во время преобразования ржавчины ввиду незначительного содержания высокомолекулярных (С14-С22) жирных кислот в экстрактивной части коры эвкалипта.
Известен антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий (см. патент Украины №37536 А, C09D 5/08, 5/12, дата публикации 15.01.2001 г.), содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, в качестве которого используют виноградные семена, измельченные до порошкообразного состояния, аминосодержащий компонент - моноэтаноламин и воду питьевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| порошок виноградных косточек | 75-80 |
| аминосодержащая добавка | 5-13 |
| вода питьевая | остальное. |
Недостатком указанного технического решения является невысокая способность к торможению коррозионных процессов (пассивации), происходящих на металлической поверхности со слоем ржавчины под пленкой лакокрасочного покрытия при его эксплуатации, что приводит к появлению пузырей и отслоению покрытия. Низкие ингибирующие свойства наполнителя по патенту №37536 А связаны с тем, что экстрактивная часть наполнителя на основе виноградных косточек содержит только низкомолекулярные (до C8-С10) жирные кислоты, которые являются агрессивными и способны только к растворению продуктов коррозии. Эти свойства данного наполнителя ограничивают область его применения исключительно для ржавых металлических поверхностей со слоем ржавчины не мене 40-50 мкм.
Кроме этого, в состав данной композиции, как и у аналога, входит такой компонент как вода, что вызывает необходимость в дополнительной операции по сушке конечного продукта и, таким образом, удорожает стоимость наполнителя и усложняет процесс его изготовления.
В основу изобретения поставлена задача расширения ассортимента антикоррозионных наполнителей за счет создания такого универсального антикоррозионного наполнителя для лакокрасочных покрытий на основе одеревеневших отходов растительного сырья, в котором за счет использования иных растительных компонентов и их соотношения между собой обеспечивается увеличение срока службы (противокоррозионной стойкости) лакокрасочного покрытия в результате повышения ингибирующих свойств наполнителя при одновременном сохранении его преобразующих ржавчину свойств. При этом заявляемая композиция не требует операции сушки конечного продукта - антикоррозионного наполнителя, что снижает затраты на его изготовление.
Поставленная задача решается тем, что в антикоррозионном наполнителе для лакокрасочных покрытий, содержащем основу из одеревеневших отходов растительного сырья, измельченного до порошкообразного состояния, и аминосодержащую добавку, согласно изобретению в качестве одеревеневших отходов растительного сырья используют косточки фруктов и/или скорлупу орехов или их композиции в сочетании с косточками ягод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| основа (измельченные одеревеневшие | |
| отходы растительного сырья: косточки | |
| фруктов и/или скорлупа орехов или | 90-97 |
| композиции упомянутых компонентов с | |
| косточками ягод) | |
| аминосодержащая добавка | остальное |
В качестве косточек фруктов используют, например, косточки абрикосов и/или косточки персиков и/или косточки вишен и/или косточки слив.
В качестве скорлупы орехов используют, например, скорлупу грецких орехов, и/или скорлупу миндальных орехов, и/или скорлупу фисташковых орехов и/или скорлупу арахиса, и/или скорлупу кокосовых орехов, и/или скорлупу кедровых орехов.
В качестве косточек ягод используют, например, косточки винограда и/или косточки граната, и/или косточки кизила.
Содержание косточек ягод в основе составляет не более 90%.
В качестве основы используют одеревеневшие отходы растительного сырья, измельченные до фракции 5-40 мкм.
В качестве аминосодержащей добавки используют моноэтеноламин или триэтаноламин.
Использование в качестве основы предлагаемого состава, например, измельченных косточек фруктов и/или скорлупы орехов, за счет дополнительного наличия в их экстрактивной части 5-15 мас.% анионов высокомолекулярных жирных кислот, при одновременном присутствии также и низкомолекулярных жирных кислот, обеспечивает более медленную деградацию лакокрасочного покрытия в процессе его эксплуатации путем блокирования слоя ржавчины и, следовательно, прекращения ее роста. Механизм данного явления основан на экстрагировании химически активных компонентов из наполнителя и химического взаимодействия ее с продуктами атмосферной коррозии на поверхности метала. При этом влага, проникающая через лакокрасочную пленку, насыщает, в первую очередь, частицы наполнителя, являющегося сорбентом влаги, и экстрагирует химически активные вещества, содержащиеся в нем. Достигая поверхности слоя ржавчины, влага превращается в экстракт, который способствует инертизации продуктов коррозии и превращает их в нерастворимые соединения. Использование в качестве основы композиции из упомянутых компонентов в сочетании с семенами ягод позволяет сохранить преобразующие ржавчину свойства наполнителя при одновременном повышении его противокоррозионных свойств. Таким образом, заявляемая композиция позволяет получить универсальный антикоррозионный наполнитель, который можно использовать в лакокрасочных покрытиях, предназначенных как для подготовленной металлической поверхности (при отсутствии продуктов коррозии), так и для прокорродировавшей со слоями ржавчины до 100 мкм. Кроме того, наполнитель предлагаемого состава не требует операции сушки, что значительно упрощает его изготовление и удешевляет стоимость.
Предлагаемый антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий готовят следующим образом.
Исходные одеревеневшие отходы растительного сырья или их композиции в заданном соотношении предварительно измельчают, например, в шаровой мельнице или другом измельчительном оборудовании до порошкообразного состояния с фракцией 5-40 мкм. В полученный порошок добавляют расчетное количество аминосодержащей добавки - этаноламина или триэтаноламина и продолжают измельчение в шаровой мельнице в течение 0,5-1,0 ч. В результате получают конечный продукт - антикоррозионный наполнитель.
Характеристика конечного продукта: внешний вид - порошок от бежевого цвета до темно-коричневого (в зависимости от компонентов); запах - слабоаммиачный или без запаха; дисперсность - не более 5-40 мкм; pH 10% водной вытяжки - от 5 до 8 условных единиц; растворимость в воде - от 3 до 10%.
В таблице 1 приведены примеры составов основы антикоррозионного наполнителя в зависимости от компонентов используемых одеревеневших отходов растительного сырья.
| Таблица 1 | ||||||||
| Примеры составов | Основа, мас.% | |||||||
| косточки фруктов | скорлупа орехов (грецкого, фундука, миндального, фисташкового, арахиса, кокосового, кедрового или их композиция) | косточки ягод | ||||||
| абрикосов | персиков | вишен | слив | винограда | кизила | граната | ||
| 1 | - | - | - | - | 30 | 70 | - | - |
| 2 | - | 50 | - | - | - | 50 | - | - |
| 3 | 20 | 10 | - | - | 20 | 50 | - | - |
| 4 | - | 10 | - | - | - | 90 | - | - |
| 5 | 30 | - | - | - | - | 70 | - | - |
| 6 | - | - | 30 | - | - | 30 | 10 | 30 |
| 7 | 20 | - | - | - | 20 | - | 20 | 40 |
| 8 | 10 | 20 | 20 | - | 20 | - | 30 | - |
| 9 | - | 30 | - | 20 | - | - | - | 50 |
| 10 | - | 30 | - | - | 30 | 20 | - | 20 |
| 11 | 20 | 20 | 10 | 10 | 20 | 10 | - | 10 |
| 12 | 100 | - | - | - | - | - | - | |
| 13 | 100 | - | - | - | - | - | - | |
| 14 | - | 100 | - | - | - | - | - | |
| 15 | - | - | 100 | - | - | - | - | |
| 16 | - | - | - | - | 100 | - | - | - |
Выбор состава основы обусловлен основным назначением наполнителя в лакокрасочном покрытии и толщиной слоя продуктов коррозии на обрабатываемой металлической поверхности. Для антикоррозионной защиты металлической поверхности с толстыми слоями ржавчины (90-120 мкм) требуется грунтовочный лакокрасочный материал с наполнителем, композиция которого включает до 80-90 мас.% порошка косточек ягод. С уменьшением толщины слоя продуктов коррозии для покрытия используются наполнители с композицией, в основе которой преобладают косточки фруктов и скорлупа орехов (60-80 мас.%). При отсутствии слоя продуктов коррозии рекомендуется использовать наполнитель, содержащий только косточки фруктов и скорлупу орехов.
Приведенные в Таблице 1 примеры составов основы антикоррозионного наполнителя не являются единственно возможными для достижения вышеуказанного технического результата и не исключают других вариантов композиций, которые содержат совокупность признаков, включенных в формулу изобретения.
В таблице 2 приведены примеры наполнителя в зависимости от содержания в нем основы и аминосодержащей добавки.
| Таблица 2 | |||
| Компоненты наполнителя | Содержание компонентов в наполнителе, мас.% | ||
| пример 1 | пример 2 | пример 3 | |
| Основа (измельченные одеревеневшие отходы растительного сырья: косточки фруктов и/или скорлупа орехов или композиции упомянутых компонентов с косточками ягод) | 90 | 93 | 97 |
| Аминосодержащая добавка (этаноламин или триэтаноламин) | 10 | 7 | 3 |
| Примечание: в примерах 1-3 использован состав 16 (табл.1) основы антикоррозионного наполнителя, включающий (1:1) скорлупу грецкого и фисташкового орехов. |
Использование антикоррозионного наполнителя осуществляется следующим образом: наполнитель в количестве до 8 мас.% добавляют к связующему, например, к краске МА-15, олифе, эмали ПФ-115, эпоксидной шпаклевке ЕП-0010 и тщательно диспергируют. Полученную композицию наносят методом распыления или щеткой на поверхность металла. Время полной полимеризации покрытия - 10-15 суток при температуре 20°С.
В таблице 3 приведены результаты испытаний предлагаемого антикоррозионного наполнителя в сравнении с наполнителем по патенту Украины №37536А в составе лакокрасочного покрытия.
| Таблица 3 | |||||
| Свойства лакокрасочного покрытия, которое содержит заявляемый наполнитель | Толщина слоя ржавчины, мкм | Показатели | |||
| примеры предложенной композиции | Наполнитель по патенту №37536А | ||||
| 1 | 2 | 3 | |||
| Скорость коррозии Ст3 со слоем ржавчины (30 мкм) в 10%-ных экстрактах наполнителей, определена по методу поляризационного сопротивления, мм/год | 30 | 15,4 | 13,5 | 16,0 | 32,0 |
| Степень защиты (ингибирования) от коррозии, % | 30 | 75 | 83 | 72 | 35 |
| Прочность на удар по У-1 А оценена после испытания покрытий в течение 25 суток в термогидрокамере, см | 50 | 38 | 45 | 35 | 15 |
| 100 | 28 | 35 | 25 | 12 | |
| Омическое сопротивление определено после экспонирования в течение 25 суток в 3% растворе хлористого натрия, Ом·см | 50 | 6900 | 8000 | 7100 | 2200 |
| 100 | 5600 | 6300 | 5950 | 1800 | |
| Степень поражения (%) покрытий оценена после 25 суток экспонирования в термогидрокамере при температуре 45°С, относительной влажности 95% | 50 | 15 | 10 | 18 | 50 |
| 100 | 20 | 15 | 25 | 75 |
Испытание антикоррозионного наполнителя проведено в составе системы лакокрасочного покрытия (1 слой лакокрасочного грунта ГФ-0119, в состав которого включено 7% наполнителя и 1 слой эмали ПФ-115). Общая толщина лакокрасочного покрытия составляет 80 мкм. Толщина слоя модельной ржавчины на металле составляет 50 и 100 мкм.
Оценка скорости коррозии Ст3 со слоем ржавчины (30 мкм) в 10% экстрактах наполнителей осуществлена по методу поляризационного сопротивления в соответствии с ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 9.514-99) Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Электрохимический метод определения защитной способности.
Изменение скорости коррозии регистрировали поляризационным методом на индикаторе поляризационного сопротивления Р5126.
Продукты коррозии на образцах получали в соответствии с разработанной собственной методикой быстрого получения равномерного слоя ржавчины путем травления металлических образцов в течение 10 минут в 10% соляной кислоте с температурой 40-50°С с последующим экспонированием по 15 минут в дистиллированной воде при постоянной интенсивной аэрации и выдержкой на воздухе (не менее 3 раз). Такая обработка приводит к образованию на поверхности металла слоя ржавчины, которая состоит, согласно результатам рентгеноструктурного анализа, проведенного на ДРОН-3 при Со-Кα излучении, главным образом, из γ-РеООН и α-FеООН.
Прочность на удар по У-1 А оценена после испытания покрытий в течение 25 суток в термогидрокамере. Оценка прочности на удар является стандартным показателем качества покрытия и проведена согласно ГОСТ 4765-73 на установке Константа У-1 А.
Омическое сопротивление лакокрасочного покрытий определено после экспонирования в течение 25 суток в 3% растворе хлористого натрия. Оценка омического сопротивления проведена согласно ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 30662-99) Преобразователи ржавчины. Методы испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий.
Степень поражения (%) покрытий оценена после 25 суток экспонирования в термогидрокамере при температуре 45°С, относительной влажности 95% - согласно ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 30662-99) Преобразователи ржавчины. Методы испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий. Оценка защитных свойств покрытий проведена согласно с ГОСТ 9.407-84.
Результаты испытаний, приведение в таблице 3, показывают, что заявляемый антикоррозийный наполнитель обладает как высокими противокоррозионными (ингибирующими) свойствами, так и свойствами преобразователя ржавчины. Эти качества обеспечивают значительное повышение срока службы лакокрасочного покрытия. При этом композиция позволяет получить универсальный антикоррозийный наполнитель, который можно использовать как в традиционных лакокрасочных покрытиях, так и в грунтах-преобразователях ржавчины. Стоимость данного наполнителя снижена за счет уменьшения энергозатрат на сушку и упрощения технологии синтеза.
1. Антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий, содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, измельченного до порошкообразного состояния, и аминосодержащую добавку, отличающийся тем, что в качестве одеревеневших отходов растительного сырья используют косточки фруктов, и/или скорлупу орехов, или композиции упомянутых компонентов с косточками ягод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| основа (измельченные одеревеневшие отходы | |
| растительного сырья: косточки фруктов, и/или | 90-97 |
| скорлупа орехов, или композиции упомянутых | |
| компонетов с косточками ягод) | |
| аминосодержащая добавка | остальное |
2. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве косточек фруктов используют, например, косточки абрикосов, и/или косточки персиков, и/или косточки вишен, и/или косточки слив.
3. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве скорлупы орехов используют, например, скорлупу грецких орехов, и/или скорлупу миндальных орехов, и/или скорлупу фисташковых орехов, и/или скорлупу арахиса, и/или скорлупу кокосовых орехов, и/или скорлупу кедровых орехов.
4. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве косточек ягод используют, например, косточки винограда, и/или косточки граната, и/или косточки кизила.
5. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что содержание косточек ягод в основе составляет не более 90%.
6. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве основы используют одеревеневшие отходы растительного сырья, измельченные до фракции 5-40 мкм.
7. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминосодержащей добавки используют моноэтаноламин или триэтаноламин.
