Антикоррозионная композиция
Владельцы патента RU 2405012:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к антикоррозионным композициям для защиты от коррозии магистральных трубопроводов, стальных поверхностей, эксплуатируемых в условиях воздействия нефтепродуктов, пресной и морской воды. Композиция включает эпоксидно-диановую смолу модифицированную сополимером стирола, метилметакрилата и метакриловой кислоты БМС-86, диоктилфталат, волластонит и микрокальцит, технический углерод, полиэтиленполиамин, органический растворитель. Покрытие обладает адгезией к металлической поверхности 93-97 Н/см, прочностью при сдвиге 183-189 Н/см, водопоглащением при 20°C 1,75-2%. 2 табл.
Изобретение относится к антикоррозионным композициям и может быть использовано для защиты от коррозии магистральных трубопроводов различного назначения, а также для защиты стальных поверхностей, эксплуатирующихся в условиях воздействия нефтепродуктов, пресной и морской воды.
Антикоррозионные композиции готовят на основе природных или синтетических пленкообразующих, пигментов и наполнителей. Антикоррозионные составы, предназначенные для защиты металлических труб от воздействия агрессивных сред с целью обеспечения высокой адгезии к металлу, готовят на основе пленкообразующих, обладающих клеевыми свойствами. Кроме того, в последнее время появилась тенденция к использованию наполнителей, которые повышают не только механические характеристики покрытий, но и придают композиции специальные свойства, например, повышают стойкость к истиранию и адгезию пленки к металлу.
Известна полимерная антикоррозионная композиция [1], содержащая в составе эпоксидно-диановую смолу (6,0-9,1 масс.%), олигомерный карбоксилатный каучук (35,0-38,0 мас.%), полиэтиленполиамин (7,0-8,0 мас.%), наполнитель (2,0-4,0 мас.%), оксиэтилированное производное олеиновой кислоты (14,0-20,0 мас.%), вода остальное.
Недостатком этой композиции является слабая адгезия и высокое водопоглощение из-за наличия в составе композиции остаточной воды.
Известна также композиция для защитного покрытия, содержащая эпоксидно-диановую смолу, модифицированную кремний органическим олигомером [2]. Данная композиция имеет следующий состав, мас.%:
| Эпоксидно-диановая смола | 19-23 |
| Кремнийорганический олигомер | 8,5-12 |
| Карбоксилсодержащий отвердитель | 18-21 |
| Алюминиевая пудра | 5-7 |
| Этилцеллюлоза | 18-21 |
| Толуол | 19,5-28 |
Недостаток этой композиции заключается в том, что ее использование требует специальной подготовки защищаемой поверхности. Кроме того, композиция имеет низкую температуру хрупкости, вследствие чего даже при +5°С на защитном покрытии образуются трещины.
В качестве ближайшего аналога выбрана композиция [3], которая включает, мас.ч.:
| эпоксидно-диановую смолу | 30,0-60,0 |
| аминосодержащую акриловую смолу | 60,0-120,0 |
| полиаминный отвердитель | 15,0-15,3 |
| пигменты (диоксид титана, углерод технический и т.д.) | 22,0-136,0 |
| наполнители (тальк, микротальк, слюда молотая, волластонит) | 57,0-150,0 |
| органический растворитель | 580,0-900,0 |
и может дополнительно содержать пластификатор - смесь дибутилфталата и триклезилфосфата в количестве 4,4-8,1 мас.ч.
Указанная композиция обеспечивает получение покрытий с высокой адгезией, твердостью, эластичностью, устойчивостью к задиру, влагостойкостью, стойкостью к перепаду температур.
Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа исключением триклезилфосфата из состава пластификатора, использованием диоктилфталата вместо дибутилфталалата при сохранении указанного в прототипе технического результата.
Волластонит прекрасно диспергируется в полярных и неполярных составах и благодаря своей морфологии и другим свойствам поверхности способствует лучшему распределению остальных компонентов наполненной системы. Кроме того, введение волластонита придает износостойкость и упрочнение материалам. Волластонит является синергистом по взаимодействию с антикоррозионными пигментами и неканцерогенной альтернативой асбесту [4]. Использование волластонита в определенном сочетании с техническим углеродом и микрокальцитом приводит к повышению прочности, износостойкости, также улучшаются термоизоляционные, огнеупорные и технологические свойства.
Применение в качестве модификатора для эпоксидной смолы акрилового сополимера приводит к образованию двухфазной композиции, которая характеризуется высокой стойкостью при циклическом нагружении и, как следствие, улучшенными деформационно-прочностными свойствами.
Компоненты состава имеют следующее соотношение, мас.%
| Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 31,5-35,5 |
| Акриловый сополимер | 15,5-17,5 |
| Диоктилфталат | 2,5-3,5 |
| Волластонит | 7-9 |
| Технический углерод | 7-9 |
| Микрокальцит | 7-9 |
| Полиэтиленполиамин | 2-3 |
| Растворитель | остальное |
Материалы, используемые в составе предложенной композиции, легко доступны: выпускаются в промышленном масштабе и регламентированы нормативными документами.
Деформационно-прочностные свойства покрытий проверялись методом неравномерного отслаивания их от стальной подложки из стали Ст 3 на разрывной машине Р-5. Предел прочности композиции при отрыве осуществляли следующим образом: два металлических «грибка» склеивали между собой с помощью испытуемого материала и выдерживали до полного высыхания. Затем образец растягивали со скоростью 10 мм/мин до разрыва плоскостей. Предел прочности при отрыве рассчитывали делением максимальной нагрузки на площадь контакта образцов.
Определение предела прочности при сдвиге проводили следующим образом: на две прямоугольные металлические пластинки наносили грунтовку и их склеивали, затем образец закрепляли в захваты и растягивали при скорости 10 мм/мин. Предел прочности при сдвиге рассчитывали делением максимальной нагрузки на площадь контакта образцов.
Модификация эпоксидной смолы акриловым сополимером в соотношении 2:1 приводит к увеличению прочности на разрыв в два раза по сравнению с немодифицированной эпоксидной смолой (предел прочности при отрыве составляет 24 Н/см). Введение волластонита приводит к большему увеличению предела прочности при отрыве до 100 Н/см, при этом предел прочности при сдвиге возрастает с 53 Н/см (для немодифицированной ненаполненной смолы) до 180 Н/см.
Способ получения антикоррозионного материала приводится на примерах 1-3.
Пример 1
Смешение осуществлялось в лабораторном смесителе емкостью 0,5 л, снабженном мешалкой. Число оборотов мешалки регулировалось с помощью реостата. С целью достижения требуемой степени перетира пигментов и наполнителей вводили бисер - стеклянные шарики диаметром 1 мм.
На первом этапе в смеситель заливали 26,5 мас.% растворителя, затем загружали 15,5% от массы образца акрилового сополимера, включали мешалку и порциями добавляли эпоксидную смолу в количестве 33,5% от массы образца. Перемешивали в течение 15 минут, после растворения загруженных компонентов поочередно порциями добавляли пигмент -технический углерод в количестве 7% от массы образца и наполнители волластонит в количестве 7% от массы образца и микрокальцит в количестве 7% от массы образца. Содержимое перемешивали в течение 15-20 минут и затем засыпали бисер и диспергировали в течение 3-4 часов. За 30 минут до окончания диспергирования добавляли пластификатор дибутилфталат в количестве 10% от массы эпоксидной смолы. После чего грунтовку отфильтровывали от бисера и, непосредственно, перед анализом в грунтовку добавляли полиэталенполиамин в количестве 2 мас.%. Оценивали качество как самой грунтовки, так и покрытий, полученных на ее основе.
Примеры 2 и 3 имеют технологию изготовления аналогичную примеру 1.
В таблице 1 приведены примеры составов эпоксидной композиции для покрытий, дополнительно приведен состав покрытия по прототипу. В таблице 2 приведены результаты испытаний свойств покрытий из композиций, приведенных в таблице 1.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый антикоррозионный материал (примеры 1-3) имеет более высокую адгезию к металлической поверхности, чем у прототипа, и следовательно, имеет более высокую прочность. Кроме того, предлагаемый антикоррозионный состав характеризуется тем, что в его состав входит экологически чистый наполнитель, что удовлетворяет современным требованиям по экологической безопасности.
| Таблица 1 | |||
| Составы эпоксидной композиции для антикоррозионных покрытий и количество ингредиентов | |||
| Наименование ингредиентов | Содержание ингредиентов, мас.% | ||
| № состава | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 33,5 | 31,5 | 35.5 |
| Акриловый сополимер БМС-86 | 16,5 | 15,5 | 17,5 |
| Диоктилфталат | 3,5 | 2,5 | 3,5 |
| Волластонит | 9 | 8 | 7 |
| Технический углерод | 7 | 9 | 7 |
| Микрокальцит | 7 | 9 | 8 |
| Полиэтиленполиамин | 2 | 3 | 3 |
| Толуол | 21,5 | 21,5 | 18,5 |
| Таблица 2 | ||||
| Результаты испытания покрытий | ||||
| Наименование показателей | По примерам | |||
| 1 | 2 | 3 | Требования стандарта [5] | |
| Жизнеспособность, час | 7 | 7,5 | 7,5 | Не менее 1 |
| Полное отверждение при 20°С, сут | 5 | 5 | 5 | Не более 7 |
| Адгезия к металлической поверхности, определенная методом нормального отрыва, Н/см | 97 | 99 | 93 | Не менее 50 |
| Прочность покрытия при сдвиге, Н/см | 186 | 189 | 183 | Не менее 35 |
| Водопоглощение при 20°С, % | 1,75 | 2 | 1,9 | Не более 5 |
Источники информации
1. Авт. свид. CCCPN 1348364.
2. Авт. свид. СССР N 1682370.
3. Патент РФ RU 2335521 C1, 10.10.2008, 7 с.
4. Назаренко В.В. Анизотропные силикатные наполнители: специальные свойства в ЛКМ и покрытиях. // Лакокрасочные материалы и их применение, №1-2, 2008-с.25-33.
5. ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.
Антикоррозионная композиция для защиты стальных поверхностей, включающая эпоксидно-диановую смолу, модифицированную сополимером стирола, метилметакрилата и метакриловой кислоты БМС-86, пластификатор - диоктилфталат, наполнители - волластонит и микрокальцит, технический углерод, отвердитель - полиэтиленамин, органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 31,5-35,5 |
| указанный акриловый сополимер | 15,5-17,5 |
| диоктилфталат | 2,5-3,5 |
| волластонит | 7-9 |
| технический углерод | 7-9 |
| микрокальцит | 7-9 |
| полиэтиленполиамин | 2-3 |
| растворитель | остальное до 100 |
