Термостойкая антикоррозионная композиция
Владельцы патента RU 2468053:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к лакокрасочным антикоррозионным материалам и может быть использовано для защиты металлических поверхностей, эксплуатируемых в условиях повышенной температуры при воздействии высокой коррозионной среды: нефтепродуктов, пресной и морской воды, а также в быту и промышленности. Термостойкая антикоррозионная композиция для покрытия содержит эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, модифицированную термостойким борорганическим полимером - полиметилен-n-трифениловым эфиром борной кислоты, пластификатор диоктилфталат, микроармирующий наполнитель волластонит, пигмент технический углерод, армирующий наполнитель микрокремнезем, органический растворитель и отвердитель. Технический результат - улучшение физико-механических и термических показателей покрытия и повышение седиментационной устойчивости композиции в процессе хранения. 2 табл., 4 пр.
Изобретение относится к лакокрасочным антикоррозионным материалам и может быть использовано для защиты металлических поверхностей, эксплуатируемых в условиях повышенной температуры при воздействии высокой коррозионной среды: нефтепродуктов, пресной и морской воды, а также в быту (окраска печных систем) и промышленности (для защиты двигателей и выхлопных систем автомобилей, дымовых труб и печей, теплоизоляции конструкций).
Известна композиция для термостойкого покрытия [1], включающая полифенилсилоксановую смолу, акрилатный сополимер, алюминиевую пудру и органический растворитель, наполнитель и реологическую добавку. При этом в качестве наполнителя используют микротальк, а в качестве реологической добавки аэросил, бентонит. Недостатком данной композиции является то, что она имеет пониженную седиментационную устойчивость в процессе хранения, а покрытия, выполненные на ее основе, имеют недостаточно высокую эффективность в условиях эксплуатации.
Известна композиция для защитного покрытия [2], содержащая полифенилсилоксановую смолу, сополимер бутилметакрилата и метакриловой кислоты, пигмент и органический растворитель. Недостатком данной композиций является то, что она имеет недостаточно высокие показатели твердости пленки и пониженную седиментационную устойчивость в процессе хранения.
В качестве прототипа выбрана композиция [3], содержащая полифенилсилоксановый полимер, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, наполнитель - алюмосиликат калия, волластонит, реологическую добавку и органический растворитель.
Недостатком композиции является то, что составы на основе полифенилсилоксанового полимера имеют достаточно большое время высыхания. Вторым недостатком является то, что в процессе эксплуатации изделий при большой толщине (30-40 мкм) термостойкий пигмент, входящий в состав композиции, может выступать в роли концентратора напряжений вследствие местного перепада температур, что приводит к снижению защитных свойств покрытия и, в конечном счете, к его разрушению.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности защитного покрытия за счет увеличения физико-механических показателей покрытия и позволит решить проблему снижения защитных свойств покрытия при длительном воздействии высоких температур.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- улучшение физико-механических и термических показателей покрытия. Данный результат достигается путем использования термостойкого полимера - полиметилен-n-трифенилового эфира борной кислоты. Известно [4], что термодеструкция данного полимера происходит без каких-либо тепловых эффектов. Отсутствие тепловых эффектов при разложении является важным преимуществом борорганического полимера, поскольку в процессе высокотемпературной эксплуатации изделий на его основе не будет возникать градиента температуры в массе материала, что исключает появление концентраторов напряжений в изделии, вследствие местного перепада температур. Кроме того, у данного полимера наблюдается высокая устойчивость к тепловому воздействию за счет наличия метиленовых групп, которые создают дополнительный каркас;
- повышение седиментационной устойчивости композиции в процессе хранения. Данный результат достигается при использовании в качестве армирующего наполнителя микрокремнезема, выполняющего роль реологической добавки. Частицы микрокремнезема имеют размер от 0,1 до 0,4 мкм, что меньше средних размеров частиц наполнителя (волластонита) и пигмента (технического углерода), поэтому он распределяется в полимерной матрице достаточно равномерно, выполняя роль не только реологической добавки, но и армирующего компонента;
- снижение стоимости композиции за счет исключения из состава дорогостоящих термостойких пигментов и реологических добавок. Частично роль термостойкого наполнителя выполняет волластонит, имеющий температуру плавления 1540 градусов Цельсия и низкий температурный коэффициент линейного расширения. Волластонит прекрасно диспергируется в полярных и неполярных растворителях и, благодаря своей морфологии, 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 [5]. Использование волластонита в определенном сочетании с техническим углеродом и микрокремнеземом приводит к повышению прочности, износостойкости, также улучшаются термоизоляционные, огнеупорные и технологические свойства. При этом стоимость волластонита в 10 раз меньше стоимости термостойкого наполнителя.
Предлагаемая термостойкая антикоррозионная композиция для покрытия имеет следующее соотношение компонентов, масс.%
Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 - 35,5-42,5
Пластификатор диоктилфталат - 3,5-4,5
Полиметилен-n-трифениловый эфир борной кислоты - 3-8
Микроармирующий наполнитель волластонит - 6-10
Пигмент технический углерод - 7-10
Армирующий наполнитель микрокремнезем - 6-10
Органический растворитель - остальное до 100
Отвердитель Полиам БС-10 на основе ароматических аминов - 13,4-16,1 (сверх 100%)
Материалы, используемые в составе предложенной композиции, легкодоступны: выпускаются в промышленном масштабе и регламентированы нормативными документами. В качестве растворителя используют ацетон (ГОСТ 2768-84), толуол (ГОСТ 14710-78). В качестве термостойкого полимера используют 80%-ный раствор полиметилен-п-трифенилового эфира борной кислоты в ацетоне.
Композицию получают следующим образом. В первый реактор загружают расчетное количество органического растворителя (20% от количества растворителей) и борорганического полимера. Перемешивают при температуре не выше 40 градусов Цельсия до полного растворения полимера. Во второй реактор загружают расчетное количество растворителя, эпоксидной смолы, пластификатора - диоктилфталата. Смесь перемешивают в течение 2 часов, затем загружают наполнители, пигмент и диспергируют в течение 3 часов. Затем массу из первого реактора перекачивают во второй и перемешивают в течение 1 часа. После чего отбирается проба композиции для определения показателей качества. Готовая композиция перекачивается на расфасовку.
Предлагаемая термостойкая композиция для покрытия может наноситься на защищаемые поверхности кистью или валиком.
Для определения показателей качества полученного термостойкого антикоррозионного состава композицию наносили на металлические пластины с помощью кисти и сушили при комнатной температуре.
Деформационно-прочностные свойства покрытия проверялись на приборе адгезиметр ОР. Измерение прочностных свойств покрытия указанным способом дает более полную информацию о величине адгезии покрытия к металлу и расширяет область применения данной композиции.
Предлагаемое изобретение представлено примерами 1-4. В таблице 1 приведены примеры предлагаемых составов термостойкой композиции для покрытий. В таблице 2 приведены результаты испытаний свойств покрытий из композиций, приведенных в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Состав термостойкого антикоррозионного состава | ||||
| Наименование ингредиентов | Содержание ингредиентов, масс.% | |||
| № состава | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 35,5 | 37,5 | 39,5 | 42,5 |
| Пластификатор диоктилфталат | 3,5 | 3,8 | 4,0 | 4,5 |
| Полиметилен-n-трифениловый эфир борной кислоты | 3 | 4 | 6 | 8 |
| Микроармирующий наполнитель волластонит | 6 | 10 | 8 | 6 |
| Пигмент технический углерод | 7 | 8 | 10 | 9 |
| Армирующий наполнитель микрокремнезем | 6 | 8 | 6 | 10 |
| Ацетон | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Растворитель 646 | 29 | 18,7 | 16,5 | 10 |
| Отвердитель Полиам БС-10 на основе ароматических аминов* | 13,4 | 14,2 | 14,9 | 16,1 |
| * Концентрация отвердителя, % (масс.), рассчитывается по отношению к эпоксидной смоле |
| Таблица 2 | |||||
| Результаты испытаний свойств покрытий | |||||
| Наименование показателей | По примерам | ||||
| Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Продолжительность высыхания до степени 3, ч | - | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Термостойкость покрытия, °С | 600 | 600 | 600 | 650 | 670 |
| Адгезия к металлической поверхности, балл | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Адгезия к металлической поверхности, определенная методом нормального отрыва, Н/см | - | 23,9 | 23,14 | 23,8 | 24,0 |
| Прочность покрытия при ударе, см | - | 30 | 35 | 32 | 38 |
| Твердость пленки, усл. ед. | 0,5-0,54 | 0,5 | 0,5 | 0,52 | 0,53 |
| Стойкость к соляному туману, ч | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Стойкость пленки к статическому воздействию при 20±20С, ч | |||||
| воды | 120 | 720 | 720 | 720 | 720 |
| бензина | 72 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Минерального масла | 72 | 200 | 200 | 200 | 200 |
Таким образом, заявляемая композиция для покрытия имеет высокую седиментационную устойчивость при хранении, характеризуется быстрым высыханием, обеспечивает получение термостойких антикоррозионных покрытий с высокой адгезией к подложке и стойкости к различным агрессивным средам. Для проверки эффективности предложенной композиции были проведены лабораторные испытания термостойкого антикоррозионного состава, которые показали улучшение физико-механических и термических показателей покрытия
Источники информации
1. Патент RU 2137793, 6 C09D 183/06, C09D 5/08, C09D 133/06, 1999.09.20.
2. Патент RU 2157397, 7 C09D 183/04, C09D 5/08, 2000.10.10.
3. Патент RU 2266937, 7 C09D 183/04, C09D 5/08, 2004.04.12.
4. Корнева О.В., Ленский М.А., Белоусов A.M., Андрощук А.А., Ананьева Е.С. Особенности термического разложения полиэфиров и полиметиленэфиров фенолов и борной кислоты. - Перспективы создания и применения конденсированных высокоэнергетических материалов: Доклады II научно-технической конференции молодых ученых 25-26 сентября 2008 г. (г.Бийск, Алтайский край). - Бийск: Изд-во БТИ АлтГТУ, 2008. - 222 с. - С.93-98.
5. Назаренко, В.В. Анизотропные силикатные наполнители: специальные свойства в ЛКМ и покрытиях // Лакокрасочные материалы и их применение, №1-2, 2008. - с.25-33.
Термостойкая антикоррозионная композиция для покрытия, содержащая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, пластификатор диоктилфталат, пигмент технический углерод, микроармирующий наполнитель волластонит, органический растворитель, отвердитель, отличающаяся тем, что эпоксидно-диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким борорганическим полимером - полиметилен-n-трифениловым эфиром борной кислоты, а в качестве армирующего наполнителя содержит микрокремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 | 35,5-42,5 |
| Пластификатор диоктилфталат | 3,5-4,5 |
| Полиметилен-n-трифениловый эфир борной кислоты | 3-8 |
| Микроармирующий наполнитель волластонит | 6-10 |
| Пигмент технический углерод | 7-10 |
| Армирующий наполнитель микрокремнезем | 6-10 |
| Органический растворитель | Остальное до 100 |
| Отвердитель | 13,4-16,1 (сверх 100%) |
