Способ нанесения защитного покрытия из полиуретана на стальные изделия

Настоящее изобретение относится к способу нанесения защитного состава из полиуретана на стальные изделия, и может быть использовано при нанесении состава с целью увеличения срока службы стальных изделий при работе в экстремальных условиях. Способ включает смешивание компонентов А и Б двухкомпонентной полиуретановой системы путем количественного переноса компонента Б к компоненту А в соотношении 1:5, растворение растворителем, подготовка поверхности стального изделия, напыление по меньшей мере одного слоя грунтующего состава на всю поверхность изделия, отверждение каждого слоя грунтующего состава, напыление по меньшей мере одного слоя защитного состава на всю поверхность изделия, высыхание каждого слоя защитного состава, проведение по меньшей мере одной дефектоскопии и дополнительной полимеризации. Компонент А полиуретановой системы состоит из преполимера на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата и технического углерода, представляющего собой мелкодисперсный порошок, содержание влаги в котором составляет не более 3% от массы. Компонент Б состоит из аминного отвердителя уретановых полимеров, жидкого низкомолекулярного полиэтиленгликоля и диэтилтолуолдиамина. Изобретение обеспечивает увеличение срока службы стальных изделий, повышение адгезии защитного состава к поверхности стали, а также повышение эффективности обработки поверхности при нанесении защитного состава. 4 з.п. ф-лы.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу нанесения защитного состава из полиуретана на стальные изделия, и может быть использовано при нанесении состава с целью увеличения срока службы стальных изделий при работе в экстремальных условиях.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способам нанесения защитных покрытий на металлические изделия, в частности на стальные.

Из уровня техники известно техническое решение по патенту № RU 2669672 «Способ нанесения покрытий на металлические поверхности субстратов и изделия с нанесенными по данному способу покрытиями», правообладатель - Chemetall GmbH (ХЕМЕТАЛЛ ГМБХ), Германия, которое относится к нанесению органического покрытия на металлические поверхности субстратов. Способ включает подготовку субстрата, его контактирование с водной композицией в форме дисперсии для нанесения органического покрытия и сушку и/или обжиг органического покрытия. При этом используют водную композицию в форме дисперсии, содержащую комплексный фторид, выбранный из группы, состоящей из гекса- или тетрафторидов титана, циркония, гафния, кремния, алюминия и/или бора в количестве от 1,1-10-6 моль/л до 0,30 моль/л, в пересчете на катионы. Используют анион-стабилизированную дисперсию из пленкообразующих полимеров с содержанием твердых веществ от 2 до 40 мас. % и средним размером частиц от 10 до 1000 нм, стабильную при рН от 0,5 до 7,0, к которой добавляют по меньшей мере один анионный полиэлектролит в количестве от 0,01 до 5,0 мас. % в пересчете на общую массу конечной смеси. Причем водная композиция образует органическое покрытие на основе ионогенного геля, который связывает катионы, выделенные растворением из металлической поверхности, или катионы, образованные на стадии предварительной обработки и/или при приведении в контакт металлической поверхности с упомянутой водной композицией.

Еще одним схожим по назначению изобретением является техническое решение. Раскрытое в патенте № RU 2566779, правообладатель - Borealis AG (БОРЕАЛИС АГ), Австрия.

Изобретение относится к способу соединения стальных труб с полимерным покрытием, включающему стадии получения сегментов трубы с полимерным покрытием, не содержащих покрытие на обоих концах; стадии сварки сегментов трубы с полимерным покрытием; нанесение отверждаемого полимера (А) на не содержащую покрытие зону сварных сегментов трубы с получением первого слоя покрытия; и нанесение полимерной композиции (В) на первый слой покрытия с получением верхнего слоя покрытия с толщиной от 0,5 до 10 мм, в котором полимерная композиция (В) имеет скорость течения расплава СТР2 в диапазоне от 1,0 до 6,0 г/10 мин, измеренная согласно ISO 1133 при температуре 190°С и нагрузке 2,16 кг, и включает в качестве основного компонента полимер, состоящий из (В-1) неэластомерного полиэтилена в количестве от 60 до 85 мас. % от общей массы композиции, который получают с помощью катализатора с единым центром полимеризации, и (В-2) эластомера, включающего сополимер этилена и по меньшей мере один полярный сомономер, при этом компонент (В-1) или компоненты (В-1) и (В-2) привиты с помощью кислотного прививающего агента. Также изобретение относится к применению композиции (В) в качестве верхнего слоя покрытия толщиной от 0,5 до 10 мм, который используется для покрытия стальной трубы в зоне сварных швов, а также к способу покрытия стальной трубы и применению полимерной композиции (В) для покрытия зоны сварных швов стальной трубы или самих стальных труб. Покрытие обладает сильной адгезией к поверхности и имеет хорошие механические свойства.

За аналог заявленного изобретения примем патент № RU 2680400 немецкой компании BASF Coatings GmbH (БАСФ КОАТИНГС ГМБХ). Изобретение относится к способу получения многослойного покрытия (М) на основе (S), а также к многослойным покрытиям и к их применению. Способ включает следующие стадии: обеспечение грунтового покрытия (В) на основе (S) путем нанесения водного материала грунтового покрытия на основу, причем материал грунтового покрытия является двухкомпонентной композицией покрытия, и обеспечение прозрачного покрытия непосредственно поверх грунтового покрытия путем нанесения материала водного прозрачного покрытия непосредственно на грунтовое покрытие, причем материал прозрачного покрытия является двухкомпонентной композицией покрытия. Указанная двухкомпонентная композиция покрытия включает компонент связующего и отверждающий компонент. Компонент связующего включает по меньшей мере одну полиуретановую смолу, имеющую гидроксильное число от 15 до 100 мг КОН/г и кислотное число от 10 до 50 мг КОН/г, по меньшей мере одну водную дисперсию, включающую воду и фракцию полиуретановой смолы, состоящую из по меньшей мере одной полиуретановой смолы, где фракция полиуретановой смолы имеет гелевую фракцию, доля которой составляет по меньшей мере 50%, стеклование которой происходит при температуре менее -20°С, а связанный с плавлением переход происходит при температуре менее 100°С, и по меньшей мере один окрашивающий и/или обеспечивающий эффект пигмент. Отверждающий компонент включает по меньшей мере один гидрофильно модифицированный полиизоцианат с содержанием изоцианата от 8 до 18%. Многослойные покрытия, полученные указанным способом, обладают хорошими оптическими качествами, высокой механической устойчивостью и гибкостью, а также устойчивы к внешним механическим воздействиям.

Раскрытие изобретения

Технический результат заключается в увеличении срока службы стальных изделий, в повышении адгезии защитного состава к поверхности стали, а также в повышении эффективности обработки поверхности при нанесении защитного состава.

Технический результат достигается тем, что на стальные изделия наносится состав методом напыления. Опытным путем было подтверждено, что такой метод позволяет получать равномерные по толщине покрытия без потеков и наплывов, способ технологичен и имеет высокую производительность. Для увеличения адгезии защитного состава к поверхности стали используется грунтующий состав. Также завершающими этапами нанесения защитного состава являются дефектоскопия, позволяющая устранить визуальные дефекты, и дополнительная полимеризация, за счет которой испаряются остатки растворителя и достигается окончательная полимеризация защитного покрытия. После полного высыхания состава обработанное стальное изделие увеличивает срок своей службы при условии соблюдения порядка операций в способе нанесения защитного состава.

Осуществление изобретения

Способ осуществляют следующим образом.

Подготавливается защитный состав, состоящий из двух компонентов А и Б.

Компонент А получают перемешиванием в течение 15 минут 831,3 г преполимера на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата (ТДИ), представляющего собой твердую белую массу и переходящего в прозрачную жидкость при температуре выше +30°С, вязкость которой составляет 6,5±2 Па⋅с, и содержание NCO - 6.0±0.3% от массы, заранее разогретого в течение 7 часов при температуре 50-60°С, и 1,7 г технического углерода, представляющего собой мелкодисперсный порошок черного цвета с содержанием влаги не более 3% масс, при этом придерживаясь частоты перемешивания - 60 об/мин. После чего полученный продукт плотно закрывают крышкой и держат в термошкафу или термокамере при 50-60°С до начала смешивания с компонентом Б.

Компонент Б получают перемешиванием с помощью стеклянной или металлической палочки 116,9 г аминного отвердителя преполимера, представляющего собой гранулы от желтого до желто-серого цвета с температурой плавления 103°С и массовой долей воды не более 0,35% масс., 48,4 г жидкого низкомолекулярного полиэтиленгликоля с массовой долей воды не более 0,5% масс., и потерей массы при сушке не более 3% масс., и 1,7 г жидкого отвердителя эпоксидных смол (диэтилтолуолдиамин), представляющего собой прозрачную жидкость желтоватого цвета с температурой плавления -15°С, до однородной массы. После чего помещают в термошкаф с температурой 155°С на 25-30 минут. После прогрева массы до 145-155°С нижний слой аминного отвердителя преполимера плавится, и образуется двухслойная жидкая система. Содержимое емкости тщательно перемешивают в течение 15 мин (частоты перемешивания - 60 об/мин) до получения однородного раствора желто-коричневого цвета, плотно закрывают крышку и переносят в термошкаф или термокамеру с температурой 50-60°С.

Смешивают компоненты А и Б при температуре 50-60°С путем количественного переноса компонента Б в емкость с компонентом А в соотношении 1:5. Смесь компонентов А и Б тщательно перемешивают 20 мин до получения теплого однородного раствора. Придерживаться частоты перемешивания 60 об/мин.

Для снижения вязкости защитного состава под распыление пневматическим распылителем к смеси А+Б добавляют растворитель Р4 в соотношении 3:1. В результате получают готовый к распылению раствор реакционной смеси. Время жизни такого раствора составляет 1-1,5 часов в зависимости от температуры окружающей среды, при большем времени выдержки раствор желируется и уже не подлежит распылению.

Далее поверхность стального изделия обрабатывают при помощи пескоструйного аппарата или крупнозернистой наждачной бумаги с целью удаления окислов (ржавчины) и увеличения площади поверхности на микроуровне.

Следующим этапом наносится грунтующий состав. Изделие под напыление располагается так, чтобы обеспечить свободный доступ ко всей рабочей поверхности. Настраивают подходящее раскрытие факела из капель раствора и переходят к обработке изделия со всех сторон. После обработки изделие размещается так, чтобы обеспечить отверждение грунтующего состава, оставив его при температуре 18-25°С. В случае применения кислотного грунта изделие оставляют на 30 минут, в случае применения эпоксидного грунта - на 8 часов.

После отверждения таким же образом производят напыление подготовленного раствора защитного состава, сохраняя условия размещения изделия при обработке, температуру при высыхании и время соответственно.

Затем проводится дефектоскопия - органолептическим методом осматривается изделие на предмет наличия дефектов в защитном слое. Защитное покрытие должно иметь равномерный цвет и не иметь сквозных дефектов. При выявлении дефектов (раковин/полостей) их следует обработать раствором защитного состава при помощи распылителя или кисти.

При использовании кислотного грунта может потребоваться нанесение второго слоя защитного покрытия, вследствие появления пор и раковин на поверхности после нанесения первого слоя. В этом случае нужно выждать 30 минут после нанесения первого слоя и нанести второй, затем выждать 30 минут для высыхания состава.

Заключительным этапом является помещение обрабатываемого стального изделия с защитным покрытием в термошкаф с температурой 60°С на 24 часа для испарения остатков растворителя и достижения окончательной полимеризации защитного покрытия.

1. Способ нанесения защитного состава, представляющего собой двухкомпонентную полиуретановую систему типа А+Б, в котором компонент А состоит из преполимера на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата, представляющего собой твердую белую массу, превращающуюся в прозрачную жидкость при температуре выше +30°С, вязкость которой составляет 6,5±2 Па⋅с, и содержание NCO - 6.0±0.3% от массы, и технического углерода, представляющего собой мелкодисперсный порошок черного цвета и содержание влаги в котором не более 3% от массы, а компонент Б состоит из отвердителя уретановых преполимеров, представляющего собой аминный отвердитель уретановых полимеров, а именно порошок от желтого до желто-серого цвета и имеющего температуру плавления +103°С, жидкого низкомолекулярного полиэтиленгликоля, массовая доля воды которого не более 0,5% от массы, потеря массы при сушке которого составляет не более 3% от массы, и жидкого отвердителя эпоксидных смол, представляющего собой диэтилтолуолдиамин и являющегося прозрачной жидкостью желтоватого цвета с температурой плавления -15°С, смешиваемые путем количественного переноса компонента Б к компоненту А в соотношении 1:5 и с дальнейшим разбавлением растворителем на стальные изделия, заключающийся в том, что сначала готовят защитный состав и подготавливают поверхность стального изделия, затем напыляется по меньшей мере один слой грунтующего состава на всю поверхность изделия, обеспечивается отверждение каждого слоя грунтующего состава, далее на всю поверхность производится напыление по меньшей мере одного слоя защитного состава, обеспечивается высыхание каждого слоя защитного состава, после чего проводится по меньшей мере одна дефектоскопия и дополнительная полимеризация.

2. Способ нанесения защитного двухкомпонентного полиуретанового состава на стальные изделия по п. 1, в котором поверхность стального изделия обрабатывается пескоструйным аппаратом.

3. Способ нанесения защитного двухкомпонентного полиуретанового состава на стальные изделия по п. 1, в котором поверхность стального изделия обрабатывается крупнозернистой наждачной бумаги.

4. Способ нанесения защитного двухкомпонентного полиуретанового состава на стальные изделия по п. 1, в котором применяется кислотный грунтующий состав.

5. Способ нанесения защитного двухкомпонентного полиуретанового состава на стальные изделия по п. 1, в котором применяется эпоксидный грунтующий состав.