ГРУНТ-ЭМАЛЬ АНТИКОРРОЗИОННАЯ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ Российский патент 2007 года по МПК C09D5/12 C09D5/10 C09D163/02 

Изобретение относится к лакокрасочным материалам на основе эпоксидных смол, а именно к грунтовочным антикоррозионным водно-дисперсионным композициям, предназначенным для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях; может использоваться и как грунтовка, и как самостоятельное покрытие.

Известны композиции аналогичного назначения, обладающие высокими физико-механическими свойствами, которые включают данную полимерную основу, органический растворитель, различные модифицирующие добавки, в том числе и твердые вещества (Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия, М.: Химия, 1982, с.51-52). Однако при их отверждении полиэтиленполиамином получаются хрупкие покрытия, которые имеют недостаточную защитную способность, что затрудняет их широкое использование для покрытия металлических конструкций и оборудования.

Известен состав грунтовочного покрытия для защиты металлоконструкций от коррозии (Патент №2187524, С09D 5/12, 163/02), состоящий из (масс.ч.):

Эпоксидно-диановая смола ЭД-20- 9,0-11,0Жидкий бутадиеновый карбоксил-нитрильный каучук СКН-26-1А- 2,0-3,0Толуол- 30,0-32,0Полиэтиленполиамин- 1,5-2,5Оксид хрома (III)- 3,5-4,5Фосфат цинка- 9,0-12,0Тальк- 10,0-12,0

Недостатком данного состава является использование огнеопасного органического растворителя.

Известна грунт-эмаль водно-дисперсионная антикоррозионная серии «Кронакрил» (Патент №2223996, С09D 5/12), включающая (мас.%) акриловую дисперсию 30-50, колеровочную пасту 1-10, диспергатор 0,1-1,0, загуститель 0,05-0,2 и воду, крон фосфатно-кальциевый 0,1-20 в качестве антикоррозионного пигмента. Недостатком данного состава является то, что он не может наноситься непосредственно на ржавую поверхность и требует ее предварительной зачистки, что связано с существенными трудозатратами.

Известна грунтовка для антикоррозионного покрытия (Патент №2049800, С09D 5/12), содержащая (мас.%):

Эпоксидно-диановая смола- 16,0-26,6Полиэтиленполиамин- 3,2-6,6Гашеная известь- 30,0-31,310% водный раствор метилсиликоната натрия- 1,0-1,1Поливинилхлорид- 2,8-4,0Диоктилфталат- 1,8-2,63%-ный водный раствор метилцеллюлозы- остальное

Недостатками являются трудоемкий способ нанесения грунтовки, невысокие внешние качества полученных покрытий при использовании их в качестве основного покрывного материала, небольшая жизнеспособность композиции.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является водно-дисперсионный лакокрасочный состав (Патент №2154079, С09D 5/02), содержащий (мас.%):

Водоразбавляемое связующее (в пересчете на сухое вещество)- 15,0-40,0Эмульсия эпоксидная (в пересчете на сухое вещество)- 1,0-15,0Пигменты- 2,0-40,0Поверхностно-активное вещество- 0,2-3,0Биоцидная добавка- 0,01-0,5Загуститель- 0,1-5,0Ингибитор коррозии- 0,1-1,6Коалесцирующая добавка- 3,0-10,0Вода- остальное

Недостатками данного состава являются нетехнологичный и трудоемкий способ приготовления лакокрасочного состава, невысокие качества полученных покрытий при использовании их в агрессивных средах, недостаточная, по сравнению с предложенным составом, стойкость к воздействию смазочно-охлаждающей жидкости, бензина и минеральных масел.

Целью предлагаемого изобретения является создание технологичной при приготовлении композиции, которая может преобразовать имеющиеся на обрабатываемой поверхности продукты коррозии, защитить поверхность от образования новой ржавчины (задача грунтовки); образовать на поверхности защитно-декоративное покрытие с хорошими внешними качествами (задача эмали) и эффективно защищать поверхность от воздействия масел, бензина, смазочно-охлаждающей жидкости и агрессивных сред.

Данная грунт-эмаль по отношению к коррозии несет двойную нагрузку: выступает как пассиватор металла от дальнейшей коррозии и служит грунтовкой, при этом создавая блестящее декоративное покрытие.

Наличие воды в рецептуре грунт-эмали дает возможность наносить ее на влажную металлическую поверхность, при этом время ее высыхания не увеличивается.

Результат достигается тем, что грунт-эмаль, содержащая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 в качестве пленкообразователя, полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола в качестве поверхностно-активного вещества, антикоррозионный пигмент красный железоокисный и воду, дополнительно содержит в качестве дополнительных пленкообразователей 50%-ную поливинилацетатную дисперсию и каучук синтетический олигопипериленовый; в качестве пластификатора - дибутилфталат; в качестве антикоррозионных пигментов - окись хрома (III), гидроокись алюминия; в качестве модифицирующей добавки - ортофосфорную кислоту; в качестве сорастворителя - бутилцеллозольв и в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Эпоксидно-диановая смола ЭД-20- 10,0-60,050%-ная поливинилацетатная дисперсия марок Д50Н, Д51С, Д51 В- 5,0-15,0Каучук синтетический олигопипериленовый марки 3- 0,2-2,0Полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола- 0,003-0,1Окись хрома (III)- 2,0-5,0Гидроокись алюминия- 2,0-5,0Пигмент красный железоокисный- 2,0-5,0Бутилцеллозольв- 1,0-10,0Дибутилфталат- 0,3-0,7Ортофосфорная кислота- 0,01-1,0Полиэтиленполиамин- 8,0-12,0Вода- до 100

В качестве пленкообразователей используют эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-93), 50%-ную поливинилацетатную дисперсию гомополимерную грубодисперсную марок Д50Н, Д51С, Д51В (ГОСТ 18992-80) и каучук синтетический олигопипериленовый (СКОП) марки 3 (ТУ 38.103542-89).

В качестве антикоррозионных пигментов используют пигмент красный железоокисный (ТУ 6-10-602-86), окись хрома (III) (ГОСТ 2912-79) и гидроокись алюминия (ТУ 1711-045-00196368-93).

В качестве поверхностно-активного вещества используют оксиэтилированные алкилфенолы - вспомогательное вещество ОП-7 или ОП-10 (ГОСТ 8433-81).

В качестве пластификатора используют дибутилфталат (ГОСТ 8728-77).

В качестве отвердителя используют полиэтиленполиамин (ТУ 6-02-594-85).

В качестве модифицирующей добавки используют ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76).

В качестве сорастворителя используют бутилцеллозольв (ТУ 6-01-222-68).

Предложенный состав отличается от прототипа тем, что содержит в качестве дополнительного пленкообразователя 50%-ную поливинилацетатную дисперсию, модифицированную ортофосфорной кислотой, служащую основой для грунтовочного слоя покрытия и позволяющую связать продукты коррозии в неактивные комплексы, а также пленкообразователь - каучук синтетический олигопипериленовый, улучшающий водостойкость покрытия и стойкость к нефтепродуктам (бензин, масло и др.). В качестве антикоррозионных пигментов используются окись хрома и гидроокись алюминия, которые под действием влаги и окислителей обладают пассивирующим и защитным действием на металлической поверхности. В качестве сорастворителя состав содержит бутилцеллозольв, легкосовмещающийся с водой; полиэтиленполиамин является отвердителем системы.

Грунт-эмаль готовят по следующей технологии:

1. Модификация поливинилацетатной дисперсии

Модификация 50%-ной поливинилацетатной дисперсии осуществляется путем перемешивания ее с ортофосфорной кислотой в течение 2-х часов и последующего добавления дибутилфталата при температуре 35-40°С до полного совмещения продуктов.

2. Приготовление пигментной пасты

Приготовление пигментной пасты осуществляется путем механического смешения воды со следующими компонентами: полиоксиэтиленовым эфиром алкилфенола (вспомогательным веществом ОП-7 или ОП-10), окисью хрома (III), гидроокисью алюминия, пигментом красным железоокисным, бутилцеллозольвом. Полученную смесь перетирают на бисерной мельнице до достижения степени перетира (по прибору «Гриндометр») 30 мкм.

3. Приготовление грунта

Изготовление грунта осуществляется путем механического смешения пигментной пасты, бутилцеллозольва, полиэтиленполиамина, модифицированной поливинилацетатной дисперсии, каучука синтетического олигопипериленового.

4. Приготовление эмали

Приготовление эмали осуществляется смешением эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 и бутилцеллозольва.

5. Приготовление грунт-эмали

Изготовление грунт-эмали производится на месте проведения работ и осуществляется смешением грунта и эмали в массовом соотношении 1:1 или 2:3 соответственно.

Пример

Модификацию поливинилацетатной дисперсии проводят путем введения в 8,566 вес.ч. 50%-ной поливинилацетатной дисперсии 0,004 вес.ч. ортофосфорной кислоты и перемешивания в течение 2-х часов. Добавление в смесь 0,43 вес.ч. дибутилфталата и перемешивание массы при температуре 35-40°С проводят в течение не менее 3-х часов.

Для приготовления пигментной пасты 0,003 вес.ч. ОП-10 вводят в 14,097 вес.ч. воды и перемешивают в течение 0,3 часа. После чего последовательно добавляют 3,44 вес.ч. окиси хрома (III), 3,44 вес.ч. гидроокиси алюминия, 3,44 вес.ч. пигмента красного железоокисного и 0,68 вес.ч. бутилцеллозольва. После чего пигментную пасту перетирают в бисерной мельнице до достижения степени перетира (по прибору «Гриндометр») 25-30 мкм.

Изготовление грунта осуществляется механическим смешением 25,1 вес.ч. пигментной пасты, 2,9 вес.ч. бутилцеллозольва, 11,0 вес.ч. полиэтиленполиамина, 9,0 вес.ч. модифицированной поливинилацетатной дисперсии, 2,0 вес.ч. каучука синтетического олигопипериленового в течение не менее 20 минут.

Для приготовления эмали 46,5 вес.ч. эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 смешивают с 3,5 вес.ч. бутилцеллозольва до однородности.

Для получения грунт-эмали 50,0 вес.ч. грунта смешивают с 50,0 вес.ч. эмали в течение 20 минут.

Технология получения грунт-эмали во всех примерах аналогична; соотношение компонентов приведено в таблице 1. Для сравнительных испытаний использован состав известного водно-дисперсионного лакокрасочного состава (состав 1).

Показатели качества грунт-эмали в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.

Испытания проводились на пластинках из стали марки Ст.3 ГОСТ 380-94 размером 70×150 мм, покрытых равномерным слоем продуктов коррозии, полученных в условиях агрессивных производств. Перед нанесением грунт-эмали пластинки зачищали от пластовой и рыхлой ржавчины с последующим обезжириванием растворителем (ацетон по ГОСТ 2768-84, уайт-спирит по ГОСТ 3134-78). Для определения времени высыхания грунт-эмаль наносили в один слой; для определения остальных показателей грунт-эмаль наносили в два слоя. Перед испытанием покрытий на стойкость к воздействию агрессивных сред подготовленные образцы выдерживали при температуре (20±2)°С и относительной влажности (65±5)% в течение не менее 5 суток.

Анализ прототипа и приведенных составов к воздействию агрессивных сред проводили в соответствии с ГОСТ 9.403-80, метод А при температуре (20±2)°С. После проведения испытаний отмечали состояние внешнего вида поверхности покрытий и наличие подслойной коррозии.

Для испытаний использовали жидкость смазочно-охлаждающую МР-11-ПАВЕКС по ТУ 0258.001.ПАВЕКС-95. Остальные среды, взятые для испытаний, приведены в Приложении 1 ГОСТ 9.403-80.

Определение времени высыхания проводили по ГОСТ 19007-73, степень 3. Определение адгезии проводили по ГОСТ 15140-78, метод 2.

Определение эластичности проводили по ГОСТ 6806-73 на стержнях с диаметром 1 и 2 мм.

Определение стойкости покрытий к воздействию климатических факторов проводили на стенде атмосферокоррозионной станции в условиях эксплуатации У1 по ГОСТ 9.104-79, тип атмосферы II (промышленная) по ГОСТ 15150-69 в течение 30 суток.

По окончании испытаний проводили контроль состояния поверхности металла под покрытием разрушающим способом с визуальной оценкой присутствия подпленочной коррозии при помощи лупы с увеличением 10^х по ГОСТ 25706-83.

Как видно из таблицы 2, при использовании компонентов в рекомендуемых формулой изобретения пределах состав превосходит прототип по стойкости к воздействию агрессивных сред (2%-ного раствора соляной кислоты, 10%-ного раствора гидроокиси натрия), смазочно-охлаждающей жидкости, бензина, минерального масла, атмосферостойкости (примеры 1-5).

Уменьшение содержания поливинилацетатной дисперсии относительно нижнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к ухудшению адгезии и эластичности покрытия; а его увеличение относительно верхнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, - к увеличению времени высыхания покрытия, ухудшению адгезии и эластичности покрытия, снижению его защитных свойств при воздействии 20%-ного раствора хлористого натрия и в атмосферных условиях (примеры 6 и 8).

Увеличение содержания эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 относительно верхнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к увеличению времени высыхания покрытия, ухудшению его адгезии и эластичности, стойкости к воздействию 20%-ного раствора хлористого натрия (пример 7); а его уменьшение относительно нижнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, - к ухудшению защитных свойств покрытия: стойкости к воздействию агрессивных сред, смазочно-охлаждающей жидкости, бензина, минерального масла и в атмосферных условиях (пример 9).

Увеличение содержания бутилцеллозольва относительно верхнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к увеличению времени высыхания покрытия, ухудшению его стойкости к воздействию смазочно-охлаждающей жидкости, 10%-ного раствора едкого натра, 20%-ного раствора хлористого натрия, 2%-ного раствора соляной кислоты; ухудшению адгезии и эластичности покрытия, его защитных свойств в атмосферных условиях (пример 10), а уменьшение содержания бутилцеллозольва относительно нижнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к получению густой нетехнологичной массы (пример 11).

Уменьшение содержания СКОПа относительно нижнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к ухудшению стойкости покрытия к смазочно-охлаждающей жидкости, 10%-ному раствору едкого натра, 20%-ному раствору хлористого натрия, 2%-ному раствору соляной кислоты, ухудшению адгезии и эластичности покрытия, его защитных свойств в атмосферных условиях (пример 12); а увеличение его содержания относительно верхнего предела, рекомендуемого формулой изобретения, приводит к ухудшению высыхания покрытия (пример 15).

Изменение содержания полиэтиленполиамина как в сторону увеличения, так и в сторону его уменьшения относительно пределов, рекомендованных формулой изобретения, приводит к увеличению времени высыхания покрытия (примеры 13, 14).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый состав грунт-эмали обеспечивает получение покрытий, обладающих более высокими физико-механическими и защитными свойствами, чем прототип.

Таблица 1
Составы композицииНаименование компонентовНДПримеры составовПрототип123456789101112131415123456789101112131415161718Эпоксидно-диановая смола ЭД-20ГОСТ 10587-935,046,540,060,046,555,050,062,040,039,046,046,550,546,546,546,5Алкилсульфат натрияТУ 2481-007-131-644-01-930,5---------------Дисперсия акриловая Лакрил 43НПО «Огрхимпром»40,0---------------Пигмент красный железоокисныйТУ 6-10-602-867,53,43,43,44,53,43,52,05,03,53,55,51,53,43,43,4Вспомогательное вещество ОП-10ГОСТ 8433-810,10,10,0030,0030,10,0050,010,100,0070,0030,10,0050,10,010,0050,003ЭтиленгликольГОСТ 19710-833,5---------------Нитрит натрияГОСТ 19906-740,1---------------Лакрил 41ТУ 2241-008-39251899-695,0---------------Жидкость полиметилсилоксановая марок ПМС-100, ГОСТ 13032-770,1---------------ПМС-200,                 ПМС-200АОСТ 6-02-20                Тиурам ДГОСТ 740-760,1---------------Вода питьеваяГОСТ Р 51232-9838,116,0631,6572,1579,456,84513,0721,9717,39327,99712,7516,35520,3814,1519,65513,857ПолиэтиленполиаминТУ 6-02-594-85-11,08,012,011,010,011,512,08,08,011,011,011,013,07,511,0Окись хромаГОСТ 2912-79-3,43,43,44,53,43,52,05,03,53,55,51,53,43,43,4Гидроокись алюминияТУ 1711-045-00196368-93-3,43,43,44,53,43,52,05,03,53,55,51,53,43,43,4Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная марки
Д 51 СГОСТ 18992-80 8,58,55,010,010,04,05,016,012,08,08,54,08,58,58,5БутилцеллозольвТУ 6-01-222-68-7,01,010,07,06,010,012,02,01,011,00,59,07,07,07,0Кислота ортофоефорнаяГОСТ 10678-76-0,040,040,040,050,050,0180,031,11,00,050,040,020,040,040,04ДибутилфталатГОСТ 8728-88-0,40,40,40,40,40,70,70,30,30,40,40,40,40,40,4Каучук синтетический олигопипериленовыйТУ 38.103542-89-0,20,20,22,01,50,20,20,20,20,20,20,10,20,22,5

Таблица 2
Показатели качества составовПримеры составовСтойкость к агрессивным средамВремя высыхания до степени 3, чАдгезия, баллЭластичность при изгибе, ммСтойкость к воздействию атмосферных факторовСОЖ10%-ный раствор NaOH20%-ный раствор NaCl2%-ный раствор HClБензинМинеральное маслоК сухой поверхностиК мокрой поверхности123456789101112Прототип25 ч - незначительное размягчение и побеление покрытия; коррозия отсутствует8 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствует24 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует0,5 ч - в месте контакта вздутие, побеление покрытия; коррозия отсутствует6 суток -размягчение покрытия; коррозия отсутствует32 сутки - размягчение покрытия; коррозия отсутствует3111Наличие очагов коррозии170 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует8 ч - без изменений26 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует0,5 ч - в месте контакта покрытие изменило цвет; коррозия отсутствует21 сутки - потемнение покрытия; коррозия отсутствует35 суток - без изменений; коррозия отсутствует20111Поверхность под покрытием без коррозии2100 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует8 ч - без изменений25 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует1 ч - незначительное изменение цвета покрытия; коррозия отсутствует26 суток - потемнение покрытия; коррозия отсутствуетТо же16111То же360 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствует10 ч - без изменений24 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствует1 ч - незначительное изменение цвета покрытия; коррозия отсутствуетТо жеТо же19111То же4120 ч - без измененияТо жеТо же1 ч - незначительное изменение цвета покрытия в месте контакта; коррозия отсутствуетТо жеТо же17111То же5120 ч - без измененияТо же24 ч - незначительное побеление покрытия; коррозия отсутствуетТо жеТо жеТо же20111То же6120 ч - без измененияТо жеТо жеТо жеТо жеТо же24222То же7100 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствует10 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствует10 ч - без изменении1 ч - небольшое вздутие покрытия; коррозия отсутствует36 суток - потемнение покрытия; коррозия отсутствуетТо же29212То же8120 ч - без изменения10 ч - без изменений10 ч - незначительное побеление покрытия;1 ч - в месте контакта покрытие изменило цвет;То жеТо же28222Наличие коррозии   коррозия отсутствуеткоррозия отсутствует       930 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствует8 ч - побеление покрытия; коррозия отсутствуетТо же1 ч - в месте контакта вздутие. Наличие коррозии20 суток - потемнение покрытия; коррозия отсутствует26 суток - потемнение покрытия; коррозия отсутствует16111Наличие небольших очагов коррозии10То жеТо жеТо же1 ч - в месте контакта покрытие изменило цвет. Наличие коррозииТо же35 суток - без изменений25222То же11Масса густая нетехнологичная1230 ч - значительное8 ч - покрытие значительно8 ч - побеление покрытия;1 ч - в месте контакта покрытие26 суток - потемнение покрытия;35 суток - без изменений;20221-2То же изменение цвета покрытия; коррозия отсутствуетизменило цвет покрытия; коррозия отсутствуеткоррозия отсутствуетизменило цвет; коррозия отсутствуеткоррозия отсутствуеткоррозия отсутствует     13      Не сохнет    14      Не сохнет    15      Не сохнет    

Изобретение относится к грунтовочной антикоррозионной водно-дисперсионной композиции, предназначенной для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях, и может использоваться как грунтовка и как самостоятельное покрытие. Грунт-эмаль включает следующее соотношение компонентов, в мас.%: 40,0-60,0 эпоксидно-диановой смолы ЭД-20, а также 5,0-15,0 50%-ной поливинилацетатной дисперсии и 0,2-2,0 каучука синтетического олигопипериленового в качестве пленкообразователей, 0,03-0,1 полиоксиэтиленового эфира алкилфенола в качестве поверхностно-активного вещества, 2,0-5,0 окиси хрома (III), а также 2,0-5,0 гидроокиси алюминия и 2,0-5,0 красного железоокисного в качестве антикоррозионных пигментов, содержит 8,0-12,0, полиэтиленполиамина в качестве отвердителя, 0,3-0,7 дибутилфталата в качестве пластификатора, 1,0-10,0 бутилцеллозольва в качестве сорастворителя, 0,01-1,0, ортофосфорной кислоты в качестве модифицирующей добавки, воды - до 100. Изобретение позволяет повысить внешние качества покрытия, а также стойкость к воздействию масел, бензина, смазочно-охлаждающей жидкости и агрессивных сред. 2 табл.

Грунт-эмаль антикоррозионная водно-дисперсионная, включающая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 в качестве пленкообразователя, полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола в качестве поверхностно-активного вещества, антикоррозионный пигмент красный железоокисный, воду, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразователя дополнительно содержит 50%-ную поливинилацетатную дисперсию и каучук синтетический олигопипериленовый, в качестве антикоррозионного пигмента дополнительно содержит окись хрома (III) и гидроокись алюминия и дополнительно содержит полиэтиленполиамин в качестве отвердителя, дибутилфталат в качестве пластификатора, бутилцеллозольв в качестве сорастворителя, ортофосфорную кислоту в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Эпоксидно-диановая смола ЭД-2040,0-60,050%-ная поливинилацетатная дисперсия5,0-15,0Каучук синтетический олигопипериленовый0,2-2,0Полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола0,003-0,1Окись хрома (III) 2,0-5,0Гидроокись алюминия 2,0-5,0Пигмент красный железоокисный 2,0-5,0Бутилцеллозольв 1,0-10,0Дибутилфталат 0,3-0,7Ортофосфорная кислота 0,01-1,0Полиэтиленполиамин 8,0-12,0Вода До 100