Состав для ремонта дефектов неорганического силикатного эмалевого покрытия на металлической поверхности санитарно-технического оборудования
Владельцы патента RU 2405015:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз") (RU)
Изобретение относится к ремонту дефектных участков покрытия из неорганической силикатной эмали, нанесенной на металлическую поверхность санитарно-технического оборудования. Состав содержит (мас.%): эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 20,0-26,0, каучук полиэфируретановый ППГ-3А 6,0-9,0, модификатор - непредельный эпоксидный олигомер 6,0-9,0, наполнители - оксид титана 10,0-14,0 и стеклянный шлам 43,0-49,0, полиэтиленполиамин 5-4. Отверждается при температуре 15-35°С в течение не менее 48 часов. Обеспечивает простую технологию изготовления и нанесения ремонтного состава. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области разработки рецептуры и технологии изготовления и нанесения состава для ремонта дефектных участков неорганического силикатного эмалевого покрытия на металлической поверхности санитарно-технического оборудования.
В конструкциях санитарно-технического оборудования (газовые и электрические плиты, бытовые ванны, тазы и др.) важное место занимают металлические детали, наружная поверхность которых покрыта на заводе-изготовителе неорганической силикатной эмалью белого или других цветов.
Однако в процессе транспортирования и эксплуатации такого санитарно-технического оборудования случаются повреждения эмали, образуются местные сколы эмали, царапины, потемнения поверхности и др.
Ремонт таких повреждений эмали ввиду сложной ее рецептуры, сложной технологии изготовления и нанесения производится, как правило, в заводских условиях по технологии, принятой на стекольных заводах. Производится зачистка мест со сколами эмали до металлического блеска, последующее обезжиривание мест зачистки ЛВЖ, например, этилацетатом; нанесение на дефектный участок суспензии специальной грунтовочной эмали (1 слой), сушка и спекание ее при температуре 700…1300°С, охлаждение. Затем производится нанесение покровной эмали (2-ой, 3-ий и последующие слои в зависимости от заданной толщины) с выдержкой каждого слоя до тиксотропного состояния, ее спекание при температуре 700…1300°С. Например, для нанесения грунтовочных эмалей на поверхности из стали, чугуна используются составы (фритты), содержащие: SiO2 - 43,0…50,0%; Al2O3 - 2,2…8,0%; B2O3 - 12,3…26,1%; СаО - 0…11,6%; Na2O - 11,9…23,2%; K2O - 0…4,7%, СоО - 0,4…1,2%; NiO - 0,6…0,8%; MnO - 0…2,6%; CaF2 - 0…7,5%; другие компоненты: F - 2,6…3,4%; TiO2 - 3,5%; Fe2O3 - 0,7%. То есть достаточно сложная рецептура и технология нанесения.
Затем на грунтовые эмали наносят слой покрывных эмалей, которые могут иметь следующий состав: SiO2 - 57,2…69,5%; TiO2 - 0…7,6; Al2O3 - 2,7…4,3%; B2O3 - 1,9…3,7%; СаО - 2,6…9,1%; Li2O - 0…10%; Na2O - 5,6…19,2%; K2O - 0…4,2%; CaF2 - 0…8,3%. Другие добавки: F - 3,0…3,8% сверх 100%; Cr2O3 - 0,8%; NaSiF6 - 6,2%; СоО - 0,5…0,9%; ZrO2 - 1,9…2,0%). То есть не менее сложная рецептура и технология нанесения. Белый цвет эмалей получается, например, при использовании эмалей следующего состава:
Фторидная эмаль: SiO2 - 46,4…51,0%; B2O3 - 9,1…9,7%; Al2O3 - 6,9…7,2%; Ni2O - 7,7…11,1%; K2O - 5.3…6.6%; Na3AlF6 - 15,3…18,4%.
Титановая эмаль: SiO2 - 43,5%; TiO2 - 16,8%; B2O3 - 14,0%; Al2O3 - 3,4%; MgO - 1,0%; Na2O - 7,3%; K2O - 3,2%; P2O5 - 1,9%; Na3AlF6 - 8,9%.
Циркониевая эмаль: SiO2 - 30,5…48,2%; ZrO2 - 0…14%; CeO2 - 0…16,9%; B2O3 - 13,2…13,4%.
Сурьмяная эмаль: SiO2 - 44,3%; B2O3 - 6,8%; Al2O3 - 4,6%; Sb2O3 - 7,5%; ZnO - 4,1%; Na2O - 12,3%; K2O - 2,9%; Na2SiF6 - 14,7%; CaF2 - 2,8%.
Апатитовая эмаль: SiO2 - 47,0%; Al2O3 - 7,0%; СаО - 11,0%; Na2O - 14,9%; P2O5 - 8,5%; Na2SiF6 - 11,6%.
Компоненты, идущие на изготовление эмалей, предварительно готовят по технологии, принятой в стекловарении. Затем из них готовят шихту. Приготовленную шихту сплавляют в печах при Т=1000…1600°С в течение 2…3 часов, далее готовый состав вынимают из печи и выливают в холодную воду. Благодаря быстрому охлаждению происходит гранулирование смеси. Затем эту смесь измельчают в шаровых или вибрационных мельницах. На дефектное место наносят суспензию из этой смеси компонентов. Оплавление грунтовых силикатных эмалей на стали или чугуне обычно производят при 850…900°С, покровных при 750…870°С.
Эти составы, используемые для ремонта эмалей дефектных участков, находящихся на металлической поверхности санитарно-технического оборудования, имеют близкий или одинаковый состав с основной эмалью, нанесенной на это оборудование при его изготовлении в заводских условиях.
Описание типовых силикатных грунтовых и покрывных эмалей бытового назначения, наносимых на стальные и чугунные поверхности, приведены в книге А.А.Аппена «Температуроустойчивые неорганические покрытия», стр.110…113, издательство «Химия», Ленинградское отделение, 1976 г. Эти рецептуры и технологии изготовления и нанесения эмалей взяты нами в качестве прототипа.
Основным недостатком таких эмалей является многокомпонентный химический состав, сложная технология приготовления и нанесения состава на поверхность деталей санитарно-технического оборудования. Изготовление и нанесение таких эмалей можно производить лишь в специализированных производственных условиях по технологии, принятой на стекольных заводах. Такую рецептуру состава нельзя приготовить и нанести в обычных производственных или домашних условиях.
Указанные выше для прототипа недостатки препятствуют широкому его использованию для ремонта дефектных участков на эмали санитарно-технического оборудования и чаще всего такое оборудование с незначительными дефектами эмалевого покрытия просто изымаются из эксплуатации и заменяется новым оборудованием.
Технической задачей изобретения является разработка состава для ремонта неорганического силикатного эмалевого покрытия белого и цветного на металлической поверхности санитарно-технического оборудования на полимерной основе, более простой рецептуры, малокомпонентного с простой технологией изготовления и нанесения, с тем чтобы проведение ремонта можно было вести в обычных производственных или домашних условиях при нормальной комнатной температуре 15…35°С.
Указанная техническая задача решена разработкой и использованием для ремонта дефектов неорганического силикатного эмалевого покрытия белого или цветного на металлической поверхности санитарно-технического оборудования полимерного состава с нанесением его на зачищенное до металла место дефекта или шерохованную поверхность эмалевого покрытия в месте дефекта:
1. Состав для ремонта дефектов неорганического силикатного эмалевого покрытия на металлической поверхности санитарно-технического оборудования, включающий эпоксидно-диановую смолу с содержанием эпоксидных групп 20-22%, каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами с содержанием эпоксидных групп 3,8-5,0% и молекулярной массой 2500-5000, модификатор - непредельный эпоксидный олигомер с содержанием эпоксидных групп 4,0-4,5% и молекулярной массой 2700-3000, наполнители - стеклянный шлам, оксид титана и отвердитель - полиэтиленполиамин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эпоксидно-диановая смола с содержанием эпоксидных групп 20-22% | 20,0-26,0 |
| полиэфируретановый каучук ППГ-3А с содержанием эпоксидных групп 3,8-5,0% | 6,0-9,0 |
| непредельный эпоксидный олигомер с содержанием эпоксидных групп 4,0-4,5% | 6,0-9,0 |
| оксид титана | 10,0-14,0 |
| стеклянный шлам | 43,0-49,0 |
| полиэтиленполиамин отверждаемый при комнатной температуре 15-35°С в течение не менее 48 часов | 3,0-4,5 |
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что для ремонта дефектов цветного эмалевого покрытия дополнительно содержат красящее вещество, выбранное из группы, включающей оксид кобальта, оксид марганца, оксид хрома, оксид железа, оксид никеля, сульфид железа и их смесей, в количестве 3,0-5,0 мас.%.
Компоненты, входящие в рецептуру предлагаемого состава для ремонта эмалевого покрытия, выпускаются промышленностью по следующей документации:
1. Смола эпоксидно-диановая неотвержденная марки ЭД-20 по ГОСТ 10587-84.
2. Каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами ППГ-3А по ТУ 38.03.1.001-89.
3. Непредельный эпоксидный олигомер по ТУ 38.40290-86.
4. Оксид титана по ГОСТ 7808-84.
5. Стеклянный шлам (осадок) - промежуточный продукт стекольного производства, образующийся при обработке расплавленной стеклянной массы холодной водой.
6. Полиэтиленполиамин по ТУ 6-02-594-80.
Основные характеристики предлагаемого состава для ремонта дефектов неорганической силикатной эмали при температуре 20°С:
| вязкость, Па·с | 300…500 |
| жизнеспособность (живучесть), мин | 50…60 |
| условная прочность после отверждения при разрыве, МПа | 20…33 |
| относительное удлинение после отверждения при разрыве, % | 3…7 |
| твердость, усл.ед. | 100…120 |
| прочность связи с металлом, МПа, | не менее 20 |
| прочность связи с шероховатой поверхностью неорганической силикатной эмали, МПа, | не менее 20 |
| температурный диапазон стеклования, °С, | минус 20…60 |
| температурный диапазон эксплуатации, °С, | минус 20…плюс 80. |
Технология ремонта дефектных участков эмали.
Места ремонта подвергают механической обработке абразивом с помощью электродрели, например, наждаком в виде цилиндра диаметром 20…25 мм, длиной 25…30 мм, укрепленном на металлическом стержне диаметром 6…10 мм, длиной 30…60 мм для зажатия в кулачках электродрели. Зачистку производят до металла, снятие грунтовочного слоя (черного цвета) обязательно.
Дефектные места на эмали также могут быть зачищены шлифовальной шкуркой №№16…25 ГОСТ 5009-82 или другими абразивными материалами.
Затем места зачистки обезжиривают путем протирки их не менее 2-х раз тампоном из чистой хлопчатобумажной ткани, смоченной этилацетатом ГОСТ 22300-76 или ГОСТ 8981-78 с выдержкой после каждого обезжиривания 10…15 минут. Ремонтный состав готовится перед использованием. Приготовление состава заключается в смешении вначале навесок эпоксидно-диановой смолы ЭД-20, каучука ППГ-3А, непредельного эпоксидного олигомера, оксида титана и порошка стеклянного шлама до получения однородной массы, а затем смешивается с отвердителем полиэтиленполиамином. Перемешивание компонентов при изготовлении исходной массы при смешении с отвердителем полиэтиленполиамином производится вручную лопаткой или шпателем. Температура - комнатная 15…35°С. Длительность смешения не менее 5 минут на каждую операцию. Смешение ведут до получения однородной массы. Жизнеспособность состава при температуре 15…35°С - 50…60 минут. За это время состав должен быть израсходован, т.е. нанесен на места дефектов. Температура связующего и отвердителя, а следовательно, и состава должна быть 15…35°С. Загустевший состав, который не распределяется ровным слоем, для использования не пригоден.
В зависимости от конфигурации и размеров дефектного участка на конструкции, удобства нанесения могут применяться различные приемы нанесения, например, твердым шпателем или с гибким металлическим или пластмассовым лезвием. Состав должен наноситься равномерно, слоем, равным толщине основной эмали (0,3…0,5 мм).
Отверждение эмали, нанесенной на конструкцию, производится в том же помещении, где производилось нанесение. Температура помещения должна быть не ниже 15°С. Длительность отверждения не менее 48 часов.
Пример 1
Приготовлен заделочный состав следующей рецептуры с номинальным содержанием компонентов, мас.%:
| эпоксидно-диановая смола неотвержденная ЭД-20 | 23,0 |
| каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами | 7,5 |
| непредельный эпоксидный олигомер | 7,5 |
| оксид титана | 12,0 |
| стеклянный шлам | 46,0 |
| полиэтиленполиамин | 4,0. |
Наряду с этим для ремонта сколов эмали белого цвета были также изготовлены образцы для определения адгезионных и физико-механических характеристик состава, отвержденного в диапазоне температур 15…35°С.
Для определения прочности скрепления этого заделочного состава с подготовленной металлической поверхностью без грунтовой и покрывной эмали образцы представляли собой пластины размером 100×25×2 мм, вырезанные из корпуса газовой плиты. На пластину вместо убранного эмалевого покрытия наносился предлагаемый заделочный состав толщиной 2,0 мм. Отверждение образцов проводили при температурах 15, 25, 35°С в течение 24 часов и 48 часов. Прочность скрепления составила от 20 до 28 МПа. Образцы готовили и испытывали в соответствии с ГОСТ 209-62.
Для определения физико-механических характеристик состав заливали в форму размером 240×180 мм с углублением 2,0 мм. Залитый в форму состав отверждали при 15, 25 и 35°С в течение 24 и 48 часов. Физико-механические характеристики определяли по ГОСТ-270-64. Прочность состава при разрыве составляла от 21 до 30 МПа. Относительное удлинение при разрыве составило от 4-х до 6%.
Пример 2
Для обоснования пределов содержания компонентов в рецептуре состава и выявления влияния их на адгезионные и физико-механические свойства при тех же режимах отверждения (пример 1) был приготовлен состав с минимальным по рецептуре содержанием компонентов (мас.%):
| эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 20,0; |
| каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами ППГ-3А | 6,0 |
| непредельный эпоксидный олигомер | 6,0 |
| оксид титана | 10,0 |
| стеклянный шлам | 43,0 |
| полиэтиленполиамин | 3,5. |
Изготовление образцов и их испытания проводили аналогично описанному в примере 1. Прочность скрепления составила 29 МПа. Физико-механические характеристики следующие: σразр.=28…33 МПа; εразр.=5…7%.
Пример 3
Для обоснования пределов содержания компонентов в рецептуре состава и выявления их влияния на адгезионные и физико-механические характеристики был приготовлен состав с максимальным по рецептуре содержанием компонентов (мас.%.):
| эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 26,0 |
| каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами ППГ-3А | 9,0 |
| непредельный эпоксидный олигомер | 7,5 |
| оксид титана | 12,0 |
| стеклянный шлам | 46,0 |
| полиэтиленполиамин | 4,5 |
Изготовление образцов, их отверждение и испытание проводились анологично описанному в примере 1. Прочность скрепления состава с металлической поверхностью и подготовленной к скреплению поверхностью неорганической эмали составили 28,0…30 МПа. Физико-механические характеристики следующие: σр=26…31 МПа, εр=4,7%.
Пример 4
Было исследовано изготовление цветных составов и проверена возможность их использования для ремонта санитарно-технического оборудования, покрытого цветной эмалью.
Был изготовлен состав следующей рецептуры, мас.%:
| эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 23,0 |
| каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксидными группами ППГ-3А | 7,5 |
| непредельный эпоксидный олигомер | 7,0 |
| оксид титана | 12,0 |
| стеклянный шлам | 46,0 |
| полиэтиленполиамин | 4,5 |
| дополнительно цветной пигмент в каждом варианте состава: оксид кобальта, или оксид марганца, или оксид хрома, или оксид никеля, или оксид железа, или сульфид железа, а также их смеси в различных соотношениях | 3,0. |
После смешения компонентов с красящим пигментом получался ремонтный состав соответствующего цвета. Цвет подбирался идентичным цвету основной эмали. При введении в состав оксида хрома - слабо-зеленого цвета, оксида марганца- светло-черного цвета, сульфида железа - черного цвета, оксида кобальта - розового цвета и т.д.
Подготовка дефектных мест изделий санитарно-технического оборудования, нанесение ремонтного состава и отверждение его не отличалось от описанных в примерах 1, 2, 3. Прочность скрепления ремонтного состава с металлом и заводской эмалью составляла 20…30 МПа. Физико-механические характеристики состава: σразр.=22…35 МПа, εразр.=6…7%.
Пример 5. Результаты производственных испытаний.
Проводились испытания санитарно-технических конструкций с поверхностями, содержащими места ремонта сколов эмали, царапин, потертостей, потемнений поверхностей на соответствие их требованиям ГОСТ 23695-79 «Приборы санитарно-технические стальные эмалированные» по следующим показателям:
- проверка ударной прочности покрытия;
- термическая стойкость покрытия;
- проверка химической стойкости покрытия по отношению к щелочам.
По результатам проведенных испытаний установлено, что отремонтированные участки названных дефектов заводской эмали (сколы, потемнения эмали, потертости и другие дефекты) испытания выдержали.
В соответствии с заключением НИИ промышленной гигиены МЗ РФ о токсичности и опасности предлагаемый состав в целом согласно ГОСТ 12.1.007-76 можно оценить, как умеренно токсичный и умеренно опасный, 3-ий класс токсичности и опасности. Он может быть допущен для ремонта дефектов санитарно-технического оборудования, в том числе и бытового назначения.
1. Состав для ремонта дефектов неорганического силикатного эмалевого покрытия на металлической поверхности санитарно-технического оборудования, включающий эпоксидно-диановую смолу с содержанием эпоксидных групп 20-22%, каучук полиэфируретановый с концевыми эпоксиуретановыми группами с содержанием эпоксидных групп 3,8-5,0% и молекулярной массой 2500-5000, модификатор - непредельный эпоксидный олигомер с содержанием эпоксидных групп 4,0-4,5% и с молекулярной массой 2700-3000, наполнители - стеклянный шлам, оксид титана и отвердитель - полиэтиленполиамин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эпоксидно-диановая смола с содержанием | |
| эпоксидных групп 20-22% | 20,0-26,0 |
| полиэфируретановый каучук ППГ-3А | |
| с содержанием эпоксидных групп 3,8-5,0% | 6,0-9,0 |
| непредельный эпоксидный олигомер | |
| с содержанием эпоксидных групп 4,0-4,5% | 6,0-9,0 |
| оксид титана | 10,0-14,0 |
| стеклянный шлам | 43,0-49,0 |
| полиэтиленполиамин | 3,5-4,5 |
отверждаемый при комнатной температуре 15-35°С в течение не менее 48 ч.
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что для ремонта дефектов цветного эмалевого покрытия дополнительно содержит красящее вещество, выбранное из группы, включающей оксид кобальта, оксид марганца, оксид хрома, оксид железа, оксид никеля, сульфид железа и их смесей, в количестве 3,0-5,0 мас.%.
