Способ получения порошкового пигмента-преобразователя ржавчины (варианты)

Группа изобретений относится к вариантам противокоррозионных материалов и может быть использована в составе лакокрасочных композиционных материалов для защиты металлических конструкций. Для получения преобразователя ржавчины измельченные до фракции 1,5-2,0 мм растительные отходы смешивают с химическими модификаторами и осуществляют процесс измельчения и модификации до порошкообразного состояния смеси в два этапа. Растительные отходы представляют собой рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку. В первом варианте в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, а на втором этапе - безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту. Во втором варианте наоборот. Продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси. Обеспечивается повышение противокоррозионной эффективности при упрощении технологии изготовления конечного продукта и расширении сырьевой базы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области противокоррозионных материалов, которые используются в составе лакокрасочных покрытий защиты металлических изделий и конструкций от коррозионных разрушений.

Основой противокоррозионных материалов - пигментов наполнителей для защитных лакокрасочных покрытий, в данном случае, являются отходы сельскохозяйственных и гидролизных производств.

Отходы сельскохозяйственных культур и гидролизной промышленности, соответствующим образом переработанные и активированные, в составе лакокрасочного покрытия выполняют функцию преобразователей ржавчины.

Преобразователи ржавчины находят широкое применение для защиты металлических поверхностей во многих отраслях промышленности и техники: в судостроении, судоремонте, вагоностроении, агропромышленном комплексе (защита от коррозии металлоконструкций животноводческих и птицеферм), в нефте- и газодобывающей отрасли (морские стационарные и плавучие объекты и т.п).

Известны составы и способы получения преобразователей (модификаторов) ржавчины на основе отходов сельскохозяйственного производства, например, «Преобразователь ржавчины» (Патент Украины №37536 А, МПК C09D 5/08, дата публикации 15.01.2001), содержащий гидролизованную кожуру персика и (или) абрикоса, и (или) сливы, и (или) скорлупу ореха грецкого (мас. %) 75-80; гидроксида аммония - 20; водный раствор - 5-13; остальное - питьевая вода до 100%; антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий.

Известен «Антикорризийный наполнитель для лакокрасочных покрытий» (Патент РФ №2381247, МПК C09D 5/08, БИ-4-2010 г.), содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья измельченного до порошкообразного состояния и аминную добавку. 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, и (или) композиция упомянутых компонентов с косточками ягод) - 90-97; аминная добавка остальное, причем в качестве косточек фруктов использовали: косточки абрикосов и (или) персиков, и (или) вишни, и (или) слив, и (или) скорлупу арахиса, и (или) скорлупу кокосового ореха, и (или) скорлупу кедровых орехов; в качестве косточек ягод используют косточки винограда и (или) косточки фаната, и (или) косточки кизила. В качестве аминной добавки используют моноэтаноламин или триэтаноламин.

Однако, как в первом, так и во втором примерах получаемые модификаторы ржавчины проявляют преобразующие свойства не в полной мере, особенно при эксплуатации металлических конструкций и агрегатов в агрессивных средах и экстремальных условиях, и при этом не совсем качественно обеспечивается сохранность металла и защита от коррозии.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому техническому результату и принятому в качестве прототипа является «Способ получения пигмента-преобразователя ржавчины» (Патент на полезную модель Украины №65532, МПК C09D 5/08, бюл. №23, 2011 г.), содержащий растительный компонент - комплексообразователь - модификатор и химические реагенты, при этом в качестве растительного компонента используют не гидролизованную скорлупу косточковых плодов; верхний перикарп грецкого ореха, скорлупу миндаля, арахиса, которые составляют основу комплексообразователя-модификатора ржавчины, а в качестве модифицирующих ингредиентов используют безводный карбонат аммония, безводную щавелевую кислоту; безводную динатриевую соль ЭДТА (трилон Б) и кубовые остатки от перегонки моноэтаноламина при следующем соотношении, мас. %:

- не гидролизованная косточка персика и (или) абрикоса, и (или) сливы, и (или) вишни, и (или) перикарп грецкого ореха, и (или) скорлупа фундука, и (или) фисташки, и (или) кедрового ореха, и (или) кокосового ореха - 92,7-98,2;

- безводный карбонат аммония - 1,0-5,0;

- безводная щавелевая кислота - 0,3-1,4;

- безводная динатриевая соль ЭДТА (трилон-Б) - 0,1-0,4;

- кубовые остатки от перегонки моноэтаноламина - 0,4-0,5.

Описанный в прототипе материал, пигмент - преобразователь ржавчины (ППР) имеет ряд положительных качеств, таких как:

- высокая адгезия лакокрасочной композиции (смесь лакокрасочного материала с порошковым преобразователем ржавчины) к поверхности металла;

- повышенная прочность при ударе и изгибе;

- хорошая совместимость со многими лакокрасочными материалами (лаки, краски, эмали и т.п.);

- достаточно высокая радиационная стойкость в присутствии радионуклидов в контактных средах, а также при воздействии ионизирующих излучений.

- введение порошкового преобразователя ржавчины в лакокрасочный материал в 2,5-3,0 раза увеличивает срок службы покрытия в атмосферных условиях и агрессивных средах.

Однако, при получении данного материала существует ряд недостатков, которые влияют на качество воспроизводимого продукта, которые снижают его положительные свойства.

Такими недостатками являются:

- сезонность сырьевой базы (косточковый материал поступает в период сбора урожая);

- необходимость создания специальных условий хранения и кондиционирования исходного сырья (косточковый материал подвержен гниению с потерей качества и физико-химических свойств);

- целевой продукт, полученный из исходного материала, хранящегося длительное время (более 0,5 года), по качеству не всегда соответствует техническим условиям и требует дополнительной доработки (активации).

В основу изобретения поставлена задача разработки нового способа получения пигмента-преобразователя ржавчины из отходов сельскохозяйственного производства с достижением технического результата - повышения противокоррозионной эффективности при упрощении технологии изготовления конечного продукта и расширении сырьевой базы.

Поставленная в настоящем изобретении задача в первом варианте, выполняется тем, что в «Способе получения пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2», содержащем растительные отходы сельскохозяйственных производств и химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту,

в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку,

далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа,

при этом в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, а на втором этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту,

затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси;

кроме того,

- растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,5-94,9;

- безводный карбонат аммония - 2,5-3,0;

- безводный оксалат аммония - 0,5-1,0;

- безводный карбамид - 0,5-1,0;

- безводный рутил - 0,1-0,5;

- безводная щавелевая кислота - 1,0-1,5;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5;

- на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид и безводный рутил, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм;

- на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модераторы; безводная щавелевая кислота и безводная этилендиаминотетрауксусная кислота, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - рабочая фракция не менее 85% размеры частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм;

- при классификации продукта отбирают рабочую фракцию - порошок с размером частиц 5-20 мкм;

- магнитные примеси удаляют путем обработки рабочей фракции на электромагнитном фильтре.

Выполним анализ признаков первого варианта заявляемого технического решения в сравнении с прототипом.

Существенными признаками первого варианта заявляемого способа, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:

- содержит растительные отходы сельскохозяйственных производств;

- содержит химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту.

Отличительными от прототипа существенными признаками первого варианта заявляемого способа являются следующие признаки:

- в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку;

- далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа;

- в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, а на втором этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту;

- затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси.

Частными отличительными от прототипа существенными признаками первого варианта заявляемого способа являются следующие признаки:

- растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,5-94,9;

- безводный карбонат аммония - 2,5-3,0;

- безводный оксалат аммония - 0,5-1,0;

- безводный карбамид - 0,5-1,0;

- безводный рутил - 0,1-0,5;

- безводная щавелевая кислота - 1,0-1,5;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5;

- на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид и безводный рутил, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм;

- на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модераторы - безводная щавелевая кислота и безводная этилендиаминотетрауксусная кислота, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - размеры не менее 85% частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм;

- при классификации продукта отбирают рабочую фракцию - частицы порошка размером 5-20 мкм;

- магнитные примеси удаляют путем обработки рабочей фракции на электромагнитном фильтре.

Поставленная в настоящем изобретении задача во втором варианте, выполняется тем, что в «Способе получения пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2», содержащем растительные отходы сельскохозяйственных производств и химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту,

в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку,

далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа,

при этом в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, а на втором этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил,

затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси;

кроме того,

- растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,0-94,2;

- безводный карбонат аммония - 3,0-3,5;

- безводный оксалат аммония - 0,1-0,5;

- безводный карбамид - 0,1-0,5;

- безводный рутил - 0,2-0,5;

- безводная щавелевая кислота - 1,5-2,0;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5;

- на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм.;

- на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модераторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - размеры не менее 85% частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм;

- при классификации продукта отбирают рабочую фракцию - порошок с размером частиц 5-20 мкм;

- магнитные примеси удаляют путем обработки рабочей фракции на электромагнитном фильтре.

Выполним анализ признаков второго варианта заявляемого технического решения в сравнении с прототипом.

Существенными признаками второго варианта заявляемого способа, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:

- содержит растительные отходы сельскохозяйственных производств;

- содержит химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту.

Отличительными от прототипа существенными признаками второго варианта заявляемого способа являются следующие признаки:

- в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку;

- далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа;

- при этом в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, а на втором этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил,

- затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси.

Частными отличительными от прототипа существенными признаками второго варианта заявляемого способа являются следующие признаки:

- растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,0-94,2;

- безводный карбонат аммония - 3,0-3,5;

- безводный оксалат аммония - 0,1-0,5;

- безводный карбамид - 0,1 -0,5;

- безводный рутил - 0,2-0,5;

- безводная щавелевая кислота - 1,5-2,0;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5;

- на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм;

- на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модераторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температура в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - размеры не менее 85% частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм;

- при классификации продукта отбирают рабочую фракцию - частицы порошка размером 5-20 мкм;

- магнитные примеси удаляют путем обработки рабочей фракции на электромагнитном фильтре.

Между существенными отличительными признаками первого и второго вариантов заявляемого технического решения и достигаемым с их помощью техническим результатом - повышением противокоррозионной эффективности при упрощении технологии изготовления конечного продукта и расширении сырьевой базы - существует следующая причинно-следственная связь.

Действительно, новый способ позволяет повысить противокоррозионную эффективность и расширить сырьевую базу конечного продукта и достичь высокой эффективности при окрашивании лакокрасочными композициями металлических поверхностей, находящихся в агрессивных средах и экстремальных условиях эксплуатации, за счет использования отходов переработки растительного сырья, а именно: рисовой шелухи и соломы, и (или) хлопковой шелухи, и (или) подсолнечной лузги, и (или) пшеничной клетчатки, при этом процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси.

Высокая противокоррозионная активность и эффективная защита металлических поверхностей, эксплуатируемых в агрессивных средах и экстремальных условиях на длительную перспективу, достигается тем, что при получении преобразователя ржавчины в качестве растительного сырья используют отходы сельскохозяйственных производств: рисовую шелуху и (или) солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, а в качестве модифицирующих ингредиентов используют безводный карбонат аммония [(NH4)2CO3], оксалат аммония [(NH4)2C2O4], карбамид CO(NH2)2, рутил (TiO2), щавелевую кислоту (Н2С2О4) и этилендиаминотетрауксусную кислоту [ЭДТА(ЭДТУК)], при соотношении, мас. %, указанных в пунктах 2 и 6 формулы изобретения.

При этом следует отметить, что повышение технологических свойств конечного продукта достигается за счет того, что растительное сырье - рисовая солома, подсолнечная лузга, пшеничная клетчатка - по сравнению с прототипом - имеет следующие преимущества:

- расширение сезонности сырьевой базы, в отличие от косточкового материала (по прототипу), который поступает в период сбора урожая;

- отсутствие необходимости создания специальных условий для хранения и кондиционирования исходного сырья (по прототипу) из-за того, что косточковый материал подвержен гниению с потерей качества и физико-химических свойств;

- целевой продукт (по прототипу), получаемый из исходного материала, при хранении в течение длительного времени (более 0,5 года), по качеству не всегда соответствует техническим условиям и требует дополнительной доработки (активации), в отличие от сырья по заявляемому способу.

Кроме того, очевидно, что измельчение рисовой соломы, подсолнечной лузги, пшеничной клетчатки требует значительно меньших энергетических и технологических затрат по сравнению технологией измельчения твердых косточковых материалов.

Тем самым, можно сделать вывод, что технология по заявляемому способу проще, а растительное сырье доступнее, чем технологии и сырье по прототипу.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, который включает поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлены аналоги, которые характеризуются всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемого способа, указанных в формуле изобретения.

Потому можно утверждать, что изобретение соответствует условию патентоспособности по критерию «новизна».

Данное техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. по совокупности всех существенных признаков, указанных в формуле изобретения, для специалиста они явным образом не следуют из уровня техники.

Кроме того, изобретение промышленно применимо, потому что заявляемое техническое решение позволяет использовать его при разработке технологии и изготовлении порошкового пигмента-преобразователя ржавчины в промышленных масштабах.

Возможность осуществление заявляемой полезной модели подтверждается нижеприведенным описанием ее практической реализации и иллюстрируется таблицами и примерами.

Порошковый пигмент-преобразователь ржавчины готовят следующим образом.

Растительное сырье (рисовая солома, подсолнечная лузга, пшеничная клетчатка) предварительно размельчают на винтовой мельнице или других измельчителях до фракции 1,5-2,0 мм. Предварительно измельченный продукт до фракции 1,5-2,0 мм загружают в шаровую или бисерную мельницу, или дезинтегратор, или другие измельчители, имеющие герметически плотные рабочие объемы измельчения.

1 этап - в соответствии с установленным соотношением мас. % в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы:

- по первому варианту:

безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид и безводный рутил;

- по второму варианту:

безводную щавелевую кислоту и безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту.

На этом этапе в обоих вариантах ведут обработку смеси в течение 24-36 часов. Во время механохимической обработки смеси температура в камере не должна превышать 85-90°С (контроль за температурой ведут постоянно не допуская превышения пределов путем орошения водой или временной остановки процесса). Избыточное давление внутри рабочей камеры, за счет образования газообразных продуктов может достигать 2,5-3 атм.

2 этап - после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят в соответствии с установленными соотношениями масс % следующие химические модераторы:

- по первому варианту:

безводную щавелевую кислоту и безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту;

- по второму варианту:

безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид и безводный рутил.

На этом этапе в обоих вариантах обработку смеси ведут в течение 12-18 часов (при необходимости время может быть увеличено). Технологические параметры такие же, как на первом этапе. Кроме того, в процессе механической обработки ведется контроль над степенью помола. Степень помола не должна превышать 20-30 мкм не менее 85% от общего объема.

В результате механического процесса измельчения проходят химические превращения измельченного продукта при повышенном давлении и температуре, и механическом воздействии происходит разрыв волокон макромолекул целлюлозы, гемицеллюлозы, холоцеллюлозы, лигнина и целлолигнина, входящих в структуру растительного сырья с образованием активированных фрагментов макромолекулы. При этом, образуются свободные радикальные образования, хинонметидные составляющие, раскрываются заблокированные активные центры макромолекул, которые вступают в реакции конденсации и присоединения с различными химически активными фрагментами и функциональными группами присутствующих в контактной зоне механического процесса.

Активированные фрагменты растительного сырья свободнорадикальные образования вступают в химическое взаимодействие с ионизированными частями химических ингредиентов-модификаторов (безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводная щавелевая кислота, безводная диаминотетрауксусная кислота).

При этом в первом варианте на первом этапе, наряду с образованием свободнорадикальных образований, проходит окислительный аммонолиз (рутил в реакционной смеси выполняет функцию катализатора аммонолиза) с присоединением к фрагментам макромолекулы растительного сырья -NH2 (амино); =NH (амино); ≡N (амидо) групп. При последующей механохимической обработке (2 этап) происходит «мягкий» гидролиз целлюлозы, при котором к фрагментам присоединяются дополнительные функциональные группы -ОН (фенольные); -СООН карбоксильные, а во втором варианте на первом этапе сначала происходит «мягкий» гидролиз целлюлозы, при котором к фрагментам присоединяются дополнительные функциональные группы -ОН (фенольные); -СООН карбоксильные, а на втором этапе, наряду с образованием свободнорадикальных образований, проходит окислительный аммонолиз (рутил в реакционной смеси выполняет функцию катализатора аммонолиза) с присоединением к фрагментам макромолекулы растительного сырья -NH2 (амино); =NH (амино); ≡N (амидо) групп.

В дальнейшем при окончании технологического процесса механохимической активности, происходит (конденсация) полимеризация мономерных фрагментов. Введение в матрицу растительного полимера функциональные группы при контакте способны вступать в химические реакции с продуктами коррозии, связывать их в прочные химические соединения, тем самым ингибировать процессы коррозии.

Полученный целевой продукт классифицируется (отбирается рабочая фракция 5-20 мкм); обрабатывается на электромагнитном фильтре, с целью удаления магнитных примесей.

После окончания процесса получается готовый товарный продукт - пигмент-преобразователь ржавчины - «Фолиокс-2».

В таблицах 1 (первый вариант) и 2 (второй вариант) приведены составы компонентов для получения пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» по заявленному способу.

Функциональный анализ целевого продукта, прототипа (патент UA №65532) и антикоррозионного наполнителя по патенту RU 2381247 выполнен по методикам Г.Ф. Закис «Функциональный анализ лигнинов и их производных» - Рига: «Зинатне», 1987, 230 с.

Наличие в полученном материале реакционноспособных функциональных групп определяет его способность к связыванию продуктов коррозии в прочные комплексы, тем самым ингибировать коррозийный процесс.

Для исследования функционального состава целевого продукта, прототипа и состава по патенту RU 2381247 брали оптимальные составы (opt).

Результаты исследований приведены в таблицах 3 (первый вариант) и 4 (второй вариант).

Характеристика целевого продукта пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» как товарного продукта:

- Внешний вид - порошок светлых типов (в зависимости от исходного сырья - от светло-желтого до светло-серого);

- Запах - слабо аммиачный;

- Дисперсность - 5-30 мкм (рабочая фракция 5-10 мкм не менее 85%);

- рН водной вытяжки - более 8;

- Растворимость в воде, % - 0,1-0,5;

- Растворимость в органических растворителях, % - 1-5;

- Растворимость в щелочах, % - 2,5-9,0;

- Растворимость в кислотах, % - 0,5-0,7.

Технология приготовления защитной лакокрасочной композиции с использованием пигмента-преобразователя ржавчины - «Фолиокс-2».

Пигмент в количестве 5-7 мас. % добавляют к лакокрасочному материалу или связующему, например: краска МА-15, эмаль ВЛ-515, грунтовка ВЛ-023, эпоксидная шпаклевка ЭП-00-10 и др.

Смесь тщательно диспергируют и перетирают в краскотерке или миксере до необходимой консистенции (однообразный цвет ЛКМ, отсутствие «светлых» или «темных» прожилок). Полученную лакокрасочную композицию наносят одним из способов (распылением, валиком или кистью) на металлическую поверхность с плотным слоем ржавчины не более 120 мкм, предварительно удалив загрязнения, рыхлую и пластовую ржавчину. Противокоррозионные испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9.905-82 «Методы коррозионных испытаний».

Защитная способность атмосферостойкости покрытия определялась по ГОСТ 6992-88 «Покрытия лакокрасочные».

Испытания на стойкость к статическому воздействию жидкости проводили по методике 1 (метод погружения). В качестве среды для ускоренных испытаний использовали 3% раствор хлорида натрия по ГОСТ 4233-73.

Нижеприведенные примеры по составу взяты из таблицы 1 (первый вариант).

Пример 1 (min)

Пигмент-преобразователь ржавчины «Фолиокс-2», содержащий, мас. %:

- Рисовая шелуха - 91,5;

- Безводный карбонат аммония - 3,0;

- Безводный оксалат аммония - 1,0;

- Безводный карбамид - 1,0;

- Безводный рутил (TiO2) - 0,5;

- Безводная щавелевая кислота - 1,5;

- Безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 1,5,

вносят в количестве 7% к эмали ВЛ-515 (ТУ 6.10-1052-75), тщательно перемешивают до одноцветной прозрачной массы и наносят одним слоем вручную кистью, тщательно втирая и растушевывая на поверхности трех металлических пластин из Ст. 3 размерами 70×50 мм, толщина пластины - 2-3 мм.

Защитную композицию ЛКМ наносят на пластину с плотным слоем ржавчины (до 120 мкм) одним слоем толщиной 0,8-0,9 мм. После выдержки 4 суток на окрашенную поверхность наносят второй слой эмали ВЛ-515 (без добавок пигмента-преобразователя ржавчины).

Повторно окрашенные пластины выдерживали до 10 суток, после чего проводят испытания.

Образцы помещают в гидростат и выдерживают при t=45-50°С и относительной влажности 100% в течение 40 суток.

В аналогичных условиях проводили испытания с прототипом (патент UA №65532) и материалом по патенту РФ №2381247.

Результаты испытаний:

- Целевой продукт «Фолиокс-2». Внешний вид в отдельных местах (5-8% поверхности) локализованная мелкая сыпь; адгезия - 11 балла. Степень преобразования продуктов коррозии 97,5%;

- Прототип (по патенту UA №65532). Внешний вид в отдельных местах (6-10% поверхности) локализованная мелкая сыпь; адгезия - 11 балла. Степень преобразования продуктов коррозии 96,9%;

- Образец по патенту РФ №2381247. Покрытие по всей поверхности (78-80%) мелкая локализованная сыпь, местами отслоения композиции от подложки (3-4 мм); адгезия - 2.1 балла. Степень преобразования продуктов коррозии - менее 20%.

Пример 2 (opt).

Пигмент-преобразователь ржавчины «Фолиокс-2», содержащий, мас. %:

- Рисовая шелуха - 93,2;

- Безводный карбонат аммония - 2,75;

- Безводный оксалат аммония - 0,75;

- Безводный карбамид - 0,75;

- Безводный рутил (TiO2) - 0,3;

- Безводная щавелевая кислота - 1,25;

- Безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 1,00.

Технология условия подготовки образцов для испытания, и испытания аналогичные, приведенных в примере 1.

Результаты испытаний:

- Целевой продукт «Фолиокс-2». Внешний вид - без изменений, единичная локализованная сыпь (2-3% поверхности); адгезия - 11 балла. Степень преобразования продуктов коррозии 98,5%;

- Прототип (по патенту UA №65532). Внешний вид без изменений; единичная локализованная сыпь (3-5% поверхности); адгезия - 11 балла; степень преобразования продуктов коррозии 97,8%;

- Образец по патенту РФ №2381247. Внешний вид - мелкая сыпь по всей поверхности до 80%, местами отслоение покрытия; адгезия - 2.1 балла. Степень преобразования продуктов коррозии - менее 20%.

Пример 3 (max).

Пигмент-преобразователь ржавчины «Фолиокс-2», содержащий, мас. %:

- Рисовая шелуха - 94,9;

- Безводный карбонат аммония - 2,5;

- Безводный оксалат аммония - 0,5;

- Безводный карбамид - 0,5;

- Безводный рутил (TiO2) - 0,1;

- Безводная щавелевая кислота - 1,0;

- Безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5.

Технология условия подготовки образцов для испытания, и испытания аналогичные, приведенных в примерах 1 и 2.

Результаты испытаний:

- Целевой продукт «Фолиокс-2». Внешний вид в отдельных местах (4-6% поверхности) локализованная мелкая сыпь; адгезия - 11 балла. Степень преобразования продуктов коррозии 98%;

- Прототип (по патенту UA №65532). Внешний вид в отдельных местах (10-15% поверхности), единичные мелкие пузыри. Степень преобразования продуктов коррозии - 84%;

- Продукт по патенту RU №2381247. Внешний вид - покрытие по всей поверхности локализованная мелкая сыпь (72%), местами отслоения защитного покрытия от поверхности подложки. Адгезия - 2.1 балла. Степень преобразования продуктов коррозии - менее 20%.

Одновременно с противокоррозионными испытаниями проводили физико-механические испытания на твердость защитного лакокрасочного покрытия, прочность покрытия при ударе и радиационную стойкость. Для этих целей использовали пластины из стали марки 08 КП (ГОСТ 16523-70) размером 70×50 мм, толщиной - 0,8-0,9 мм.

Для каждого вида испытаний готовили по 3 (три) образца из заявленного материала «Фолиокс-2», прототипа (патент UA №65532), материала по патенту RU №2381247 и контрольным образцом без добавок пигмента; эмаль ВЛ 515 (ТУ 6-10-1052-75) (состав opt).

Твердость определяли на маятниковом приборе М-3 по ГОСТ 5233-67, прочность пленки при ударе на приборе У-1 по ГОСТ 4765-73.

Приготовление защитной лакокрасочной композиции и технология нанесения

Приготовление лакокрасочной композиции и нанесение ее на образцы по технологии по Примеру 2 (opt)

Результаты испытаний (усредненные значения из трех образцов):

1. Покрытие с заявленным продуктом 7 мас. % + ВЛ-515:

- Твердость пленки - 1,0 усл. ед;

- Прочность пленки при ударе - 528 Н⋅см

2. Покрытие с прототипом (патент UA №65532):

- Твердость пленки - 1,0 усл. ед;

- Прочность пленки при ударе - 525 Н⋅см

3. Покрытие с продуктом (RU №2381247):

- Твердость пленки - 0,98 усл. ед;

- Прочность пленки при ударе - 516 Н⋅см

4. Покрытие ВЛ-515 без добавок:

- Твердость пленки - 0,5 усл. ед;

- Прочность пленки при ударе - 304 Н⋅см.

Аналогичные испытания были проведены по составу из таблицы 2 (второй вариант), при этом результаты испытаний практически совпадают с результатами испытаний по первому варианту (в пределах приборной погрешности).

По результатам испытаний всех образцов в идентичных условиях установлено, что образцы, окрашенные с наполнителем из заявленного продукта «Фолиокс-2», имеют несколько лучшие показатели, чем из прототипа (патенту UA №65532), патенту RU №2381247 и намного лучше, чем без добавок.

Преимуществом предлагаемого продукта «Фолиокс-2» перед известными являются:

1. Лакокрасочные материалы с добавками «Фолиокс-2» обладают более высокими противокоррозионными и физико-механическими свойствами, чем прототип (патент UA №65532) и продукт по патенту RU №2381247, (последний обладает очень слабыми преобразующими свойствами практически не вступает в химические взаимодействия с продуктами коррозии).

Высокие диэлектрические свойства композиции с добавками указанного продукта связаны с повышенными физико-механическими свойствами покрытия, которое со временем понижается и не противодействует диффузии коррозионных агентов и поверхности металла, которые активируют коррозионный процесс на границе раздела «металл - лакокрасочное покрытие»).

2. При изготовлении пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» используются доступное крупнотоннажное сырье (рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка), не требующих специальных условий хранения и кондиционирования.

При использовании сырья, хранящегося до двух и более лет, получен качественный продукт, соответствующий техническим требованиям целевого продукта.

Напротив, сырье косточковое (персика, сливы, вишни), верхний пери-карп грецкого ореха, фисташки, кокос, во-первых, сезонное (поступает в период сбора урожая), а во-вторых, требует необходимых условий для хранения и кондиционирования, причем не соблюдение этих условий снижает качество сырья и в итоге конечного продукта.

Технология получения целевого продукта безотходная и экологически безопасная. После классификации целевого продукта фракции более 20 мкм могут быть использованы без дополнительной обработки и модификации, в центробежных экстракторах и калиевых фильтрах для очистки технологических жидких и газовоздушных сред от вредных примесей и радионуклидов.

Производство заявляемого продукта - пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» на доступном крупнотоннажном сырье (отходы сельскохозяйственного производства) перспективно не только в практике противокоррозионной защиты металлических изделий и конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах и экстремальных условиях, но и создает условия для утилизации отходов сельскохозяйственных производств по безотходной, экологически чистой технологии.

Таким образом, на основании вышеприведенных материалов можно сделать вывод, что задача, поставленная в настоящем изобретении - разработки нового способа получения пигмента-преобразователя ржавчины из отходов сельскохозяйственного производства выполнена с достижением технического результата - повышением противокоррозионной эффективности при упрощении технологии изготовления конечного продукта и расширении сырьевой базы.

Состав компонентов для получения пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» по заявленному способу (min - opt - max)

Первый вариант

Состав компонентов для получения пигмента-преобразователя ржавчины «Фолиокс-2» по заявленному способу (min - opt - max)

Второй вариант.

Результаты функционального анализа

Первый вариант

*Примечание: связанный азот зафиксирован в азотсодержащих функциональных группах: аммонийных -COONH4; амидных -CONH2; иминных =C=NH; имидных -СО-NH-CO-; амминных ≡C-NH2.

Результаты функционального анализа

Второй вариант

*Примечание: связанный азот зафиксирован в азотсодержащих функциональных группах: аммонийных -COONH4; амидных -CONH2; иминных =C=NH; имидных -СО-NH-CO-; амминных ≡C-NH2.

1. Способ получения пигмента-преобразователя ржавчины, содержащего растительные отходы сельскохозяйственных производств и химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту,

отличающийся тем, что

в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку,

далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа,

при этом в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, а на втором этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту,

затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,5-94,9;

- безводный карбонат аммония - 2,5-3,0;

- безводный оксалат аммония - 0,5-1,0;

- безводный карбамид - 0,5-1,0;

- безводный рутил - 0,1-0,5;

- безводная щавелевая кислота -1,0-1,5;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид и безводный рутил, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температуре в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модификаторы: безводная щавелевая кислота и безводная этилендиаминотетрауксусная кислота, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температуре в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - размеры не менее 85% частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм.

5. Способ получения пигмента-преобразователя ржавчины, содержащего растительные отходы сельскохозяйственных производств и химические модификаторы - карбонат аммония, оксалат аммония, карбамид, рутил, щавелевую кислоту, тетрауксусную кислоту,

отличающийся тем, что

в качестве растительных отходов используют предварительно измельченные до фракции 1,5-2,0 мм рисовую шелуху и солому, и (или) хлопковую шелуху, и (или) подсолнечную лузгу, и (или) пшеничную клетчатку, далее процесс измельчения и химической модификации ведут в измельчителе с герметичным рабочим объемом до порошкообразного состояния смеси в два этапа,

при этом в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, а на втором этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил,

затем продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что растительные отходы и химические модификаторы используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- рисовая шелуха и солома, и (или) хлопковая шелуха, и (или) подсолнечная лузга, и (или) пшеничная клетчатка - 91,0-94,2;

- безводный карбонат аммония - 3,0-3,5;

- безводный оксалат аммония - 0,1-0,5;

- безводный карбамид - 0,1-0,5;

- безводный рутил - 0,2-0,5;

- безводная щавелевая кислота -1,5-2,0;

- безводная этилендиаминотетрауксусная кислота - 0,5-1,5.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на первом этапе процесса измельчения и химической модификации в измельченный исходный продукт вводят следующие химические модификаторы - безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту, далее ведут обработку смеси в течение 24-36 часов при температуре в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на втором этапе процесса измельчения и химической модификации после выполнения технологических условий первого этапа и остановки процесса на 1,5-2 часа давление в камере сбрасывают до нормального и вводят следующие химические модификаторы - безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, при этом обработку смеси ведут в течение 12-18 часов при температуре в камере не выше 85-90°С при избыточном давлении внутри рабочей камеры около 2,5-3 атм, причем ведут контроль степени помола - размеры не менее 85% частиц порошка должны быть не более 20-30 мкм.

9. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что при классификации продукта отбирают рабочую фракцию - частицы порошка размером 5-20 мкм.

10. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что магнитные примеси удаляют путем обработки рабочей фракции на электромагнитном фильтре.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обрабатывающему устройству (1) для одностадийного травления и фосфатирования металлического обрабатываемого изделия (2). Устройство содержит обрабатывающий резервуар (4) для принятия изделия (2) и текучей обрабатывающей композиции (6), насосное устройство (10) для циркуляции по меньшей мере части композиции (6), фильтрационное устройство (18) для фильтрования композиции (6) и удаления загрязнений.

Изобретение относится к очистке поверхности теплообменного оборудования от накипно-коррозионных отложений. В способе используют жидкий очищающий состав, содержащий аскорбиновую кислоту, комплексообразователь, воду и, возможно, вспомогательные добавки, который заливают или прокачивают через теплообменное оборудование.
Настоящее изобретение относится к кислотному очищающему средству для очистки поверхностей от минеральных отложений, включающему нитрат мочевины, отличающемуся тем, что содержит ингибиторы коррозии, такие как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C6-C14, при следующем соотношении компонентов (мас.%): азотная кислота в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%, ингибиторы коррозии - 0,2-5%, вода - 10-15%, мочевина - остальное до 100%.
Изобретение относится к химическим средствам удаления ржавчины, накипи и минеральных отложений с металлических поверхностей и может быть использовано для очистки поверхностей теплообменных аппаратов, нагревательных элементов, трубопроводов, котлов, бойлеров, отопительных систем, а также различных деталей и механизмов.

Изобретение относится к химической обработке металлов и может быть использовано при химической обработке металлических изделий для удаления оксидов и гидроксидов железа различного происхождения, а также для подготовки поверхности изделий к последующим технологическим операциям нанесения лакокрасочных покрытий.
Изобретение относится к химических средствам, используемым для очистки изделий из металлов, пластмасс и других материалов от накипно-коррозионных отложений НКО, например, при очистке энергетического и технологического оборудования водоснабжения - котлов, теплообменников, водонагревателей, холодильников, водоводов, турбин, насосов всех типов и т.д.

Изобретение относится к химическим средствам, используемым для очистки изделий из металлов, пластмасс и различных типов подложек с покрытием от накипи и отложений продуктов коррозии, например при очистке энергетического оборудования (паровых котлов, турбин, водонагревателей и т.д.).

Изобретение относится к обработке поверхности черных и цветных металлов, для очистки от оксидов, солей и жировых загрязнений и может быть использовано в промышленности для подготовки поверхности металлов под окраску, нанесение гальванопокрытий, последующую консервацию, а также в бытовой химии.

Изобретение относится к химическим средствам, используемым для очистки различных поверхностей изделий из черных и цветных металлов, пластмасс, различных поверхностей с покрытиями от отложений накипи, продуктов коррозии, например, при очистке энергетического оборудования (паровых котлов, турбин, водонагревателей и др.

Изобретение относится к подготовке поверхности металлов к гальваническому покрытию, в частности к химическому удалению окалины с поверхности цветных металлов и их сплавов без отрицательного воздействия на окружающую среду, и может быть использовано в областях, где необходимы высококачественные поверхности.
Изобретение относится к сфере сахарной промышленности, более конкретно к чистке установок, содержащих реакторы, испарители, контейнеры, клапаны, шланги, трубопроводы, применяющихся при производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.

Группа изобретений относится к вариантам противокоррозионных материалов и может быть использована в составе лакокрасочных композиционных материалов для защиты металлических конструкций. Для получения преобразователя ржавчины измельченные до фракции 1,5-2,0 мм растительные отходы смешивают с химическими модификаторами и осуществляют процесс измельчения и модификации до порошкообразного состояния смеси в два этапа. Растительные отходы представляют собой рисовую шелуху и солому, и хлопковую шелуху, и подсолнечную лузгу, и пшеничную клетчатку. В первом варианте в качестве химических модификаторов на первом этапе используют безводный карбонат аммония, безводный оксалат аммония, безводный карбамид, безводный рутил, а на втором этапе - безводную щавелевую кислоту, безводную этилендиаминотетрауксусную кислоту. Во втором варианте наоборот. Продукт классифицируют и удаляют магнитные примеси. Обеспечивается повышение противокоррозионной эффективности при упрощении технологии изготовления конечного продукта и расширении сырьевой базы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

Наверх