Композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей
Изобретение относится к композиции для наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных изделий. Композиция содержит аддукт с активными атомами водорода, являющийся продуктом взаимодействия смеси как минимум двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г и ароматического амина - диаминодиэтилтолуола. Аддукт включает гомогенизированные в нем диалкилфталат, сланцевый битум и салициловую кислоту. Изобретение позволяет получить композицию с пониженной токсичностью при сохранении высоких технологических характеристик и защитных свойств отвержденного покрытия даже при повышении содержания пластификатора до 45%. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области антикоррозионной защиты стальных изделий, работающих в среде влаги, атмосферного кислорода и активных сред грунта как в условиях подземной эксплуатации, так и в трассовых условиях, а именно к композициям для наружного защитного покрытия (далее защитная композиция), наносимым механизированным способом на предварительно обработанную грунтовочным составом металлическую поверхность и образующим после отверждения прочное покрытие.
К наружным защитным покрытиям стальных поверхностей от коррозии предъявляется целый комплекс требований, среди которых одним из основных является стойкость к катодному отслаиванию, определяемая площадью отслоения покрытия, которая не должна превышать 10 см2 после выдержки покрытого изделия в 3% растворе хлорида натрия при потенциале поляризации 1,5 В при 60°C в течение 30 суток. К другим основным требованиям относятся реологические свойства и скорость отверждения защитной композиции, обеспечивающие возможность ее нанесения механизированным способом.
Известна композиция для наружного защитного покрытия, содержащая 2 компонента - полиуретановый предполимерный отвердитель и смесь жидких соединений с активными атомами водорода (полиоксиалкиленполиолы или полиоксиалкиленамины), удлинитель цепи, каменноугольную смолу и различные дорогостоящие функциональные добавки [пат. РФ 2072905, B05D 7/22, опуб. 10.02.1997].
Известна также двухкомпонентная композиция для наружного защитного покрытия, включающая компонент 1 - аддукт с активными атомами водорода, полученный взаимодействием эпоксидного олигомера или смеси эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,1-3,9 мг·экв./г, двух ароматических аминов с аминным числом 9,0-10,4 мг·экв./г и средней фракции каменноугольной или сланцевой смолы с вязкостью 18-25 сСт и основностью 1,3-1,5 мг·экв./г HCl при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
эпоксидный олигомер | 27-44 |
смесь ароматических аминов | 31,5-50,5 |
средняя фракция каменноугольной или сланцевой смолы | 17,5-31,5 |
Указанный аддукт отверждается компонентом 2 - изоцианатным отвердителем, взятым в количестве, достаточном для отверждения аддукта без катализатора и добавок [патент РФ №2225422, C09D 5/08, C09D 163/00, опубл. 10.03.2004].
Полученная защитная композиция обеспечивает высокий уровень защиты поверхности стальных труб и не содержит дорогих добавок (прототип).
Однако указанная защитная композиция разработана для изоляции и переизоляции труб в трассовых условиях, поскольку из-за наличия в ней каменноугольной или сланцевой смолы, совместимых с ее ингредиентами и удешевляющих композицию, но имеющих резкий неприятный фенольный запах и являющихся токсичными из-за наличия в них гидроксилсодержащих ароматических производных, бензпиренов и дибензантраценов, не может быть использована для обработки изделий в базовых условиях (цехах) без оснащения их мощными средствами защиты, что ограничивает область применения этой композиции. В настоящее время для повышения качества изделий изоляция и переизоляция элементов трубопроводов должна производится в базовых условиях при температуре помещения не ниже 10°С.
Другим недостатком композиции является усадка отвержденного защитного покрытия, приводящая к нестабильности свойств во времени, в том числе и повышению влагоемкости по мере старения материала.
Изобретение решает задачу разработки композиции для наружного защитного покрытия с пониженной токсичностью, имеющей реологические свойства, обеспечивающие ее нанесение машинным способом, и технологические и эксплуатационные характеристики, удовлетворяющие предъявляемым требованиям к защитным свойствам покрытий без увеличения стоимости производства. Снижение токсичности, в свою очередь, облегчает процесс нанесения защитной композиции, т.к. упрощает требования к оснащению помещений средствами защиты.
Сущность изобретения заключается в том, что композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей от коррозии, содержащая аддукт с активными атомами водорода (компонент 1), отверждаемый изоцианатным отвердителем (компонент 2), включает следующие ингредиенты.
Компонент 1 - аддукт с активными атомами водорода, являющийся продуктом взаимодействия эпоксидной составляющей - смеси по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г и ароматического амина - диаминодиэтилтолуола, взаимодействующего с указанными эпоксидными олигомерами, и гомогенизированных в нем диалкилфталата, сланцевого битума и салициловой кислоты при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
смесь по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров | |
с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв/г | 28,5-33 |
диаминодиэтилтолуол | 22-26,5 |
диалкилфталат | 35-40 |
сланцевый битум | 5-10 |
салициловая кислота | 0,3-1,5% к общей массе ингредиентов |
Компонент 2 - изоцианатный отвердитель с содержанием NCO групп 14-16% в количестве, обеспечивающем отверждение аддукта с активными атомами водорода.
Полученный аддукт с активными атомами водорода (компонент 1) реагирует с изоцианатным отвердителем (компонент 2) с образованием целевого защитного покрытия.
Отличительным признаком защитной композиции является качественный и количественный состав компонента 1: эпоксидная составляющая - смесь по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г, в качестве которых могут быть использованы низковязкие полиглицидиловые эфиры, представленные в таблице 1, ароматический амин - диаминодиэтилтолуол, инертный пластификатор - диалкилфталат - диоктилфталат или являющийся предпочтительным его изомер ди(2-этилгексил)фталат, дополнительный пластификатор сланцевый битум, введенный для удешевления целевого наружного защитного покрытия и придания ему черного цвета и в указанных количествах не приводящий к негативным свойствам покрытия. Салициловая кислота в составе аддукта с активными атомами водорода регулирует скорость его образования и скорость отверждения наружного защитного покрытия.
Сочетание указанных ингредиентов аддукта с активными атомами водорода обеспечивает защитной композиции снижение токсичности при сохранении ее высоких технологических характеристик и защитных свойств отвержденного защитного покрытия даже при повышении содержания пластификатора до 45% (в прототипе максимальное содержание пластификатора составляет 31%).
Отверждение аддукта с активными атомами водорода осуществляют изоцианатными отвердителями «Фрайтур» или «Сурэл-МЛ», представляющими собой уретановый предполимер с 14-16% свободных изоцианатных групп.
Все ингредиенты защитной композиции являются промышленными и доступными продуктами.
Примеры получения компонента 1.
Пример 1. В реактор с рубашкой и мешалкой загружают 180 г полипропиленгликоль диглицидилового эфира марки CAS-21142-30-3, 45 г 3-глицерин полиглицидилового эфира марки EPORESIT АН-12 и 70 г диглицедилового эфира политетрагидрофурана марки EPORESIT АН-21, добавляют 255 г диаминодиэтилтолуола, 80 г сланцевого битума, 370 г ди(2-этилгексил)фталата, 10 г салициловой кислоты, смешивают до получения гомогенной массы и нагревают до 95°C, после чего выдерживают 24 часа при этой температуре.
Аналогично получают другие вариации компонента 1, представленные в таблице 2.
Готовый компонент 1 перемешивают с компонентом 2 - изоцианатным отвердителем с содержанием NCO групп 14-16% в объемном соотношении 1:08 для получения образцов для испытаний. (Объемное соотношение определяется конструкцией или настройкой распыляющего устройства.)
Для испытания используют очищенные и прогрунтованные пластины из стали ст-3 размером 100×100 мм. Смешение компонентов 1 и 2 и нанесение композиции на пластины толщиной 2,5-3 мм осуществляют с помощью установки с раздельной безвоздушной подачей компонентов. После выдержки пластин до полного отверждения проводят испытания покрытия на стойкость к катодному отслаиванию. Другие испытания покрытия проводили при нанесении его на полиэтиленовые подложки. Условия испытаний и их результаты представлены в таблице 3.
Как видно из приведенных данных, заявляемое наружное защитное покрытие обеспечивает высокий уровень защиты метала от действия коррозионных факторов.
Таблица 1 | ||
Применяемые эпоксидные олигомеры | ||
№ п/п | Наименование и торговая марка | Эпоксидное число, мг·экв./г |
1 | Полипропиленгликоль диглицидиловый эфир Gas-21142-30-3 | 2,8-3,6 |
2 | Полипропиленгликоль диглицидиловый эфир Eporesit AH-19 | 2,9-3,2 |
3 | 3-глицерин полиглицидиловый эфир Eporesit АН-12 | 6,5-7,5 |
4 | Политетрагидрофуран диглицидиловый эфир Eporesit АН-21 | 2,2-2,5 |
5 | Триметилолпропан триглицидиловый эфир Eporesit АН-20 | 6,7-7,1 |
Примечание: продукт Gas-21142-30-3 производится в Китае фирмой JiaSina Chemical Co. Ltd, продукты Eporesit АН производятся венгерской фирмой POLIMER KEMIA KFT. |
Таблица 2 | |||||||
Состав компонента 1, мас.% | |||||||
№ п/п | Наименование ингредиента / № примера | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | СAS-21142-30-3 | 18 | |||||
2 | Eporesit AH-19 | 20 | 23,5 | 23 | |||
3 | Eporesit AH-12 | 4,5 | 11,5 | 11,5 | |||
4 | Eporesit AH-21 | 7 | 17 | 17 | |||
5 | Eporesit AH-20 | 11,5 | 7,5 | 12,5 | |||
6 | Эпоксидное число | 3,47 | 4,35 | 4,16 | 4,15 | 4,7 | 4,35 |
7 | Диаминодизтилтолуол | 25,5 | 26,5 | 23,5 | 22 | 23,5 | 26,5 |
8 | Ди(2-этилгексил)фталат | 37 | 40 | 35 | 37 | 35 | |
9 | Диоктилфталат | 40 | |||||
10 | Сланцевый битум | 8 | 5 | 10 | 10 | 6 | |
11 | Общая масса компонентов | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
12 | Салициловая кислота, % от общей массы | 1 | 1 | 1,5 | 0,3 | 1 |
Таблица 3 | |||||||
Защитные свойства наружного защитного покрытия | |||||||
Наименование показателя / № опыта | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Показатели по прототипу |
Жизнеспособность, с | От 6 до 8 | От 7 до 8 | От 3 до 4 | 12 | От 6 до 7 | 06.08.13 | От 3 до 12 |
Набухание в воде 24 ч при 80°C, % | 2,0 | 1,5 | 1,8 | 1,3 | 1,6 | 2,4 | От 1,8 до 3,0 |
Стойкость к катодному отслаиванию, 15 В, 30 сут, 60°C, см2 | 6,8 | 4,2 | 6,5 | 4,5 | 5,5 | 7,4 | От 4,5 до 9,5 |
Ударная прочность от -40 до +40°C, Дж | 19 | 20 | 21 | 22 | 20 | 23 | От 15 до 24 |
Адгезия покрытия после выдержки в воде 1000 ч при 60°C | 7,1 | 6,5 | 6,3 | 6,2 | 6,5 | 4,2 | От 4,2 до 6 |
1. Композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей от коррозии, включающая аддукт с активными атомами водорода (компонент 1), полученный взаимодействием эпоксидных олигомеров с ароматическим амином, отверждаемый изоцианатным отвердителем (компонент 2), отличающаяся тем, что в качестве отверждаемого изоцианатным отвердителем аддукта с активными атомами водорода она содержит смесь продуктов взаимодействия диаминодиэтилтолуола со смесью по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г, диалкилфталат, сланцевый битум и салициловую кислоту при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
смесь по меньшей мере двух эпоксидных олигомеров | |
с эпоксидным числом смеси 3,47-4,7 мг·экв./г | 28,5-33 |
диаминодиэтилтолуол | 22-26,5 |
диалкилфталат | 35-40 |
сланцевый битум | 5-10 |
салициловая кислота | 0,3-1,5% к общей массе ингредиентов |
изоцианатный отвердитель | |
с содержанием NCO групп 14-16% | в количестве, обеспечивающем отверждение вышеуказанного аддукта |
2. Композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей от коррозии по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидных олигомеров она содержит диглицидиловые эфиры с эпоксидным числом 2,2-3,6 мг·экв./г и триглицидиловые эфиры с эпоксидный числом 6,5-7,5 мг·экв./г.
3. Композиция для наружного защитного покрытия стальных поверхностей от коррозии по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве диалкилфталата она содержит ди(2-этилгексил)фталат.