АНТИКОРРОЗИЙНОЕ ПОКРЫТИЕ "КОНТАКТ" И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК C09D127/24 C09D5/20 C09D5/08 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано для временной защиты от коррозии (консервации) контактных поверхностей фрикционных соединений крупногабаритных мостовых металлоконструкций при их транспортировании и хранении после изготовления на заводе-производителе.

Коррозия - естественное явление, определяемое как разрушение твердых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами на их поверхности при взаимодействии с окружающей средой. Само слово коррозия произошло от латинского corrosio - разъедание. Если коррозия - это процесс, то продукты коррозии (ржавчина) - один из его результатов. Коррозия может приводить к опасным и дорогостоящим повреждениям различных сооружений - от мостов и общественных зданий до сооружений в химической и изделий в обрабатывающих отраслях промышленности. Особое место занимают техногенные катастрофы, вызванные разрушением несущих конструкций зданий и сооружений. Около 20% общего количества металлов ежегодно теряется из-за коррозии, и огромные средства тратятся на защиту от коррозии.

При выборе способа борьбы с коррозией учитываются не только особенности самого металла, но и условия его эксплуатации. Особую сложность вызывает выбор способа защиты металла, эксплуатирующегося в средах с комплексными параметрами (температура, концентрация, давление), изменяющимися в ходе процесса, что зачастую и встречается в химических процессах. Все используемые на практике способы антикоррозионной защиты можно разделить по характеру их воздействия на металл и на среду.

Способов защиты от коррозии бесконечно много в зависимости от видов коррозии, и это прямым образом влияет на разработку схем антикоррозионной защиты. Борьба с коррозией проводится методами, разработанными на основе хорошо известных научных принципов, однако она остается одной из самых серьезных и сложных задач современной техники.

Укрупненно современные методы защиты от коррозии можно разделить на два направления:

1) повышение химического сопротивления конструкционных материалов, изоляция поверхности металла от агрессивной среды различными покрытиями,

2) понижение агрессивности производственной среды или снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).

По первому направлению методы защиты обычно реализуются до начала производственной эксплуатации. По второму направлению методы защиты могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации и не связаны с какой-либо предварительной обработкой металлоизделий до начала их использования.

Покрытия, применяемые для защиты металлов от коррозии, подразделяют на металлические, неметаллические и образованные в результате химической или электрохимической обработки поверхности металла.

Следует отметить, что эффективность защиты от коррозии во многом обеспечивается правильной подготовкой поверхности, заключающейся в обезжиривании и устранении окалины, ржавчины и посторонних веществ (если они имеются) со стальной поверхности перед нанесением на нее заводской грунтовки или праймера.

Наилучшим способом стальная поверхность может быть очищена абразивно-струйным методом с применением абразивных материалов, таких как металлическая дробь, купершлак, корунд, гарнет, кварцевый песок, стеклянная дробь, алюминиевая дробь, крошка фруктовых косточек, сухой лед. В нашем случае, применительно к крупногабаритным металлоконструкциям, абразивно-струйная обработка необходима еще и для обеспечения наивысших параметров фрикционности контактных поверхностей, сочленяемых путем обжатия высокопрочными крепежными изделиями. Особенностью контактных поверхностей является необходимость их временной противокоррозионной защиты на период от изготовления металлоконструкций на заводе-производителе до начала монтажных работ на строительных площадках.

Стальная поверхность может быть очищена от ржавчины следующими способами.

Механическая - очищение поверхности с помощью металлической щетки, зубила и т.д.

Абразивно-струйная очистка - обдувка сжатым воздухом с применением абразивных материалов, таких как металлическая дробь, купершлак, корунд, гарнет, кварцевый песок, стеклянная дробь, алюминиевая дробь, крошка фруктовых косточек, стальной песок, сухой лед.

Гидроабразивная очистка - ведется с помощью суспензии абразива в струе воды под высоким давлением. Один из важнейших положительных факторов - отсутствие пылеобразования, однако использование воды предполагает последующую тщательную осушку для исключения образования ржавчины.

Газодинамическая очистка - применяется для очистки металла толщиной более 6 мм. Используется принцип дополнительного разгона абразивных частиц в реактивной струе газов сгоревшего органического топлива.

Химическая очистка - травление кислотами и щелочами. Различают полную очистку (до чистого металла) и обработку модификаторами ржавчины, которая применяется в основном на стальных поверхностях в труднодоступных для других видов обработки местах.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки, но все они связаны с экологическими и санитарно-гигиеническими (для обслуживающего персонала) последствиями, необходимо также учитывать экономические факторы.

Вслед за очисткой для антикоррозийной защиты относительно небольших изделий применяются пассивирование, фосфатирование, гальванические покрытия. Для больших конструкций в основном применяются краски, эмали и специальные составы.

Известно большое количество различных составов, композиций, эмалей, лаков и т.п., выпускаемых различными отечественными и зарубежными производителями и применяемых в том числе и для временной противокоррозионной защиты.

Известна композиция, представляющая консервационный смазочный материал на основе минеральных масел с добавлением реактивного топлива (Т-1, поливинил-н-бутилового эфира (загущающая присадка винипол) и окисленного петропетума (присадка МНИ-3), для повышения коррозионной стойкости вводят смесь эфирных масел эгенола с цитралем в определенном соотношении компонентов (Патент РФ № 2029779). Однако указанный консервационный смазочный материал не сохраняет требуемые фрикционные характеристики поверхностей после его удаления, т.к. даже незначительное его количество снижает коэффициент трения при обжатии контактных поверхностей высокопрочными метизами.

Известен Патент РФ № 2019550. Сущность изобретения: в лакокрасочный материал на основе алкидных, акриловых, эпоксидных и виниловых смол вводят в качестве ингибитора коррозии фенольное производное меркаптобензтиазола определенной структуры в количестве 0,5-5,0% в расчете на массу твердого вещества лакокрасочного материала. Примером фенольного производного является продукт конденсации 2-меркаптобензтиазола с карбонильным соединением и фенолом (2,6-дизамещенный фенол, 2- или 2,4-дизамещенный фенол). Это покрытие обеспечивают защиту металла от коррозии на период до одного года, но для его снятия требуется применять пескоструйные или химические методы очистки, влияющие на условия работы обслуживающего персонала и вызывающие дополнительные трудозатраты при проведении монтажных операций.

В настоящее время наиболее востребованы составы, обеспечивающие возможность съема покрытия с наименьшей трудоемкостью.

Известно съемное покрытие «VpCl-388» производства Швеции, дистрибьютор фирма «International», г.С-Петербург. Оно формируется из высоковязкой исходной композиции. Цвет покрытия голубой. Материал технологичен при нанесении (мало потеков), укрывистость покрытия хорошая, но из-за высокой вязкости на сформированном покрытии видны следы кисти. Время сушки однослойного покрытия достаточно большое - 1,5 часа. Покрытие эластичное, но снимается с отдробеструенной поверхности металла с трудом, рвется при снятии отдельными кусками. На поверхности металла под покрытием, поскольку оно приготовлено на водной основе, видны многочисленные точки коррозии металла.

Съемное покрытие «DL-22-0000» производства немецкой фирмы LANKWITZER LACKFABRIK формируется из низковязкой, текучей основы. Цвет покрытия темно-синий, материал технологичен при нанесении (потеки отсутствуют), укрывистость покрытия хорошая. Время сушки однослойного покрытия 0,5 часа. Покрытие достаточно эластичное, легко снимается с отдробеструенной поверхности металла, не оставляя видимых следов покрытия. Точек коррозии металла под покрытием не обнаружено. После выдержки в течение 14 дней снимаемость покрытия «DL-22-0000» осталась отличной. Следов коррозии металла под покрытием также не обнаружено. Недостатком покрытия является его нетехнологичность, поскольку требуемая толщина покрытий (100-120 мкм), обеспечивающая возможность его облегченного снятия, может быть сформирована только за 4 слоя. Кроме того, температура формирования покрытия: от +10 до +30°С, что затрудняет защиту контактных поверхностей мостовых конструкций в зимнее время.

Известны и отечественные съемные покрытия, например эмаль КЧ-7101 ВВ производства Загорского ЛКЗ и покрытие «Карболатс» (г.Санкт-Петербург, ВНИИСК им. Лебедева). Недостатком первого из них является высокая толщина пленки (250 мкм и более), что требует большого расхода материала, кроме того, при съеме покрытие может рваться. К недостаткам второго покрытия следует отнести то, что на стадии его отверждения отмечается появление точечной коррозии металла под покрытием из-за влаги, содержащейся в водоразбавляемом латексе. После удаления покрытия отмечается изменение цвета металла.

Рассмотренные выше съемные покрытия в той или иной степени не удовлетворяют поставленным задачам для защиты контактных поверхностей крупногабаритных металлоконструкций.

Наиболее близким составом к заявленному (по химическому составу и функциональному назначению) является легкосъемное покрытие (вариант В3-7 по ГОСТ 9.014-78), представляющее собой смесь красно-коричневой лакокрасочной эмали ХВ-114 (92 мас.%) и присадки минерального масла АКОР-1 (8 мас.%). Основой одноупаковочной эмали ХВ-114 является перхлорвиниловая смола. Маслорастворимый ингибитор коррозии АКОР-1 изготавливается из нитрованных базовых масел М8 или М11 с добавлением при защелачивании 9-11 мас.% технического стеарина. Недостатком прототипа является возможность формирования покрытия требуемой толщины (100-120 мкм) только за 3-4 слоя, обеспечивающей легкость его снятия. Указанное обстоятельство затрудняет применение покрытия по прототипу на потолочных и вертикальных плоскостях металлоконструкций, существенно повышает трудоемкость работ и расход исходного материала. Следует отметить также, что согласно п.8 Приложения 5 ГОСТ 9.014-78 покрытие по прототипу не допускается наносить на поверхности металла после дробеструйной и пескоструйной обработки, т.к. образующееся покрытие плохо снимается с шероховатой поверхности, оставляя неудаляемые частицы покрытия. Однако требование выполнения абразивно-струйной обработки контактных поверхностей с шероховатостью не менее R_z=40 мкм является обязательным условием для контактных поверхностей мостовых конструкций, т.к. при их обжатии высокопрочными метизами необходимо сохранять фрикционные показатели соединяемых поверхностей для обеспечения прочности соединений и исключения «разбалчивания» соединений.

Технической задачей изобретения является создание легкосъемного антикоррозийного состава, свободного от вышеуказанных недостатков и позволяющего обеспечить временную антикоррозийную защиту фрикционных соединений крупногабаритных мостовых металлоконструкций.

Технический результат достигается за счет того, что в известную композицию, включающую хлорвиниловую основу (эмаль ХВ-114) и малорастворимый ингибитор коррозии (АКОР-1), дополнительно вводится реологическая добавка (БИК-410) в количестве 0,5-1.0 мас.%. Изменено также количественное содержание известных компонентов: лакокрасочной хлорвиниловой эмали в пределах от 95 до 97 мас.%, а малорастворимого ингибитора коррозии (АКОР-1) - в пределах от 2,5 до 4,5 мас.%.

Реологическая добавка представляет раствор модифицированной мочевины в N-метилпирролидоне. После добавления ее в систему покрытия в количестве от 0,5 до 1,0 мас.% трехмерная структура композиции выстраивается таким образом, что предотвращает образование наплывов и одновременно загущает и повышает тиксотропность (нерастекание) получаемого лакокрасочного материала.

Выбор именно этой реологической добавки в качестве регулятора тиксотропности явился результатом многочисленных исследований, в объеме которых в смесь известных компонентов (хлорвиниловая эмаль ХВ-114 и ингибитор коррозии АКОР-1) вводились различные жидкие и порошковые загустители, а также различные марки реологической добавки БИК, причем массовое содержание компонентов варьировалось в различных пределах.

В результате анализа полученных результатов научно-исследовательской работы и были определены количественные диапазоны содержания каждого компонента, входящего в состав антикоррозийного покрытия «Контакт».

В зависимости от реальных условий нанесения антикоррозийного покрытия (времени года) конкретный состав исходной композиции получают путем тщательного перемешивания задаваемых количеств лакокрасочной эмали и малорастворимого ингибитора коррозии, взятых в определенных количествах (мас.%). После окончания смешения этих двух компонентов в смесь вводят жидкую реологическую добавку БИК 410 как последний компонент рецептуры. Количество вводимой добавки БИК-410 может меняться в зависимости от времени года: более низкая концентрация в зимнее время, но большая концентрация (до 1,0%) при повышенных температурах. При введении реологической добавки осуществляют постоянное перемешивание композиции по всему ее объему во избежание желатинизации. Следствие введения реологической добавки проявляется спустя 2-4 часа после внесения ее в замес и заключается в том, что она медленно выделяется (в управляемом режиме) из композиции, образуя очень мелкие, игольчатые микрокристаллы, которые затем формируют трехмерную (решетчатую) структуру покрытия. Наилучшие результаты достигаются при введении реологической добавки БИК-410 в количестве 0,8% массовых процентов, если температура окружающей среды находится в пределах 18-20°С.

Покрытие «Контакт» сохраняет технологические свойства в диапазоне от отрицательных температур (не ниже минус 15°С) до плюсовых температур (до 35°С).

Диапазон эксплуатационных температур покрытия «Контакт» составляет от -40 до +40°С, что также повышает привлекательность его применения для временной защиты поверхностей крупногабаритных металлоконструкций.

В числе наиболее характерных примеров необходимости применения анитикоррозионного покрытия «Контакт» следует отметить следующие элементы металлоконтструкций:

- контактные поверхности болтовых заводских и монтажных соединений на элементах (стенки и пояса балок, элементы решетчатых систем, элементы связей);

- контактные (рабочие) поверхности монтажных накладок (фасонок);

- кромки сварных монтажных элементов, подготовленные на заводе;

- поверхности, не окрашиваемые при изготовлении конструкций, для защиты соседних окрашенных поверхностей от повреждения продуктами коррозии в процессе хранения и монтажа (верхние пояса сталежелезобетонных конструкций и т.п.).

Нанесение легкосъемного антикоррозийного состава «Контакт» осуществляется любым из известных способов: ручным с помощью кисти или валика, окунанием или напылением с помощью пневматических сопловых устройств.

Общие операции технологии нанесения легкосъемного антикоррозийного состава «Контакт» аналогичны тем же, которые используются при нанесении аналогичных лакокрасочных покрытий, грунтовок и т.п., включая подготовку поверхности и само нанесение покрытия.

Известно изобретение (Патент РФ №2174161), в котором для достижения повышения качества очистки поверхности предлагается проводить механическую обработку металлической поверхности одновременно с подачей в зону обработки предлагаемого химического состава. При этом время контакта состава с поверхностью составляет не менее 30 секунд в зоне обработки и не более 3 часов после окончания обработки при температуре окружающего воздуха и обрабатываемой поверхности от +10 до +30°С.

В качестве антикоррозийного вещества предлагается использовать состав, содержащий ортофосфорную кислоту, моющий препарат на основе карбоната натрия, тринатрийфосфата и метасиликата натрия, воду, окись цинка, гексаметафосфат натрия, гипофосфит кальция и продукт взаимодействия солей щелочных металлов бензойной и хромовой кислот (продукт БХИ), а моющий препарат дополнительно содержит ПАВ ОП-7 или ОП-10 при определенном соотношении компонентов.

Практически этот метод совмещает подготовку поверхности с одновременным нанесением антикоррозийного фосфатирующего слоя(ев).

Однако в этом способе защиты нельзя использовать пескоструйную обработку, которую предусматривает ГОСТ 9.014-78 «Временная противокоррозионная защита изделий». Фосфатирующий состав сложен, а следовательно, значительно дороже предлагаемого в настоящем изобретении состава.

Кроме того, нанесение фосфатирующего состава, содержащего воду, исключает возможность его применения в диапазоне минусовых температур.

Наиболее близким способом подготовки и нанесения антикоррозийного покрытия является способ, включающий подготовку поверхности, нанесение на нее защитного покрытия и его отверждение. Причем подготовку поверхности производят путем ее абразивно-струйной очистки до обнажения поверхностных пор с определенной суммарной площадью их отверстий, а затем наносят защитный слой покрытия в виде растворов полисилоксанов, обеспечивая их проникновение в обнаженные поры. Затем отверждают нанесенное покрытие выдержкой его в течение времени от 6 до 24 ч в допустимом диапазоне температур и поддержания значений влажности воздуха в пределах от 30 до 100% (Заявка № 97116446).

Недостатком этого способа является очень длительное время его отверждения. Кроме того, покрытие по прототипу не учитывает некоторых эксплуатационных требований (снимаемость покрытия, обеспечение фрикционности поверхности после снятия покрытия), которые должен обеспечить заявляемый состав «Контакт».

В связи с этим в известный способ, включающий подготовку металлической поверхности путем абразивно-струйной обработки, нанесение антикоррозийного покрытия, отверждение нанесенного покрытия с определенной выдержкой времени внесены изменения, а именно:

- нанесение антикоррозийного покрытия осуществляют в несколько слоев (оптимально в два слоя), причем суммарный слой должен иметь определенную толщину (оптимально - 100-120 мкм);

- выдержка после нанесения каждого слоя покрытия для его отверждения не должна превышать 0,25-1,0 ч (при оптимальном составе композиции - 0,25 ч).

Ниже приводятся примеры реализации предлагаемого изобретения.

Пример 1

К 15,0 кг лакокрасочной эмали марки ХВ-114 добавляют 0,5 кг малорастворимого ингибитора коррозии, в качестве которого применяют известный состав АКОР-1. Компоненты тщательно перемешивают, смесь выдерживают два часа, а затем добавляют примерно 125 г реологической добавки БИК-410. Состав тщательно перемешивают и выдерживают до загустения в течение 2-4 ч. Оптимальный состав по приготовлению исходного лакокрасочного материала для заявляемого антикоррозийного покрытия «Контакт» (в мас.%) при условии его применения температуре 18-20°С следующий: лакокрасочная эмаль (ХВ-114) - 96,0; ингибитор коррозии (АКОР-1) - 3,2; реологическая добавка БИК-410 - 0,8. Затем после тщательного перемешивания композиция наносится в 2 слоя на поверхность металла, подготовленную абразивно-струйным методом до степени чистоты Sa 2,5 и шероховатости Rz≥40 мкм. После нанесения первого слоя толщиной 50-60 мкм (расход состава на один слой составляет 300-400 г/м²) и выдержки в течение не менее 0,25 часа наносят второй слой антикоррозийного состава «Контакт» с аналогичным расходом. Последующая выдержка в течение одного часа необходима для полного отверждения (сушки) покрытия.

В результате на металлической поверхности конструкции образуется покрытие толщиной 100-120 мкм. Адгезионная прочность пленки покрытия из композиции «Контакт» при толщине 100-120 мкм достаточна для формирования защитного противокоррозийного покрытия. В то же время покрытие, благодаря указанной толщине, достаточно прочно и легко снимается с металлоконструкций перед выполнением монтажных работ. После надрезки острым инструментом оно легко снимается «чулком», в том числе с поверхностей, подготовленных абразивно-струйным методом.

Покрытие «Контакт» сохраняет технологические свойства при его нанесении в диапазоне от отрицательных температур (не ниже минус 15°С) до плюсовых температур (35°С), а диапазон эксплуатационных температур покрытия «Контакт» составляет от -40 до +40°С.

Остальные примеры реализации предлагаемой композиции « Контакт» и результирующие параметры его нанесения приведены в нижеприведенной таблице.

Анализ этой таблицы позволяет сделать выводы о том, что диапазон задаваемых значений количественного состава исходной композиции (мас.%): лакокрасочная эмаль - 95,0-97,0; малорастворимый ингибитор коррозии - 2,5-4,5 и реологической добавки - 0,5-1,0, а также время выдержки каждого слоя (отверждение) - 0,25-0,5 ч, при естественной сушке, выбраны правильно (примеры 1, 2, 4,).

Наиболее оптимальным является состав по примеру 1, несколько хуже результаты в примере 2, в котором расход композиции увеличился из-за необходимости нанесения третьего слоя, а в примере 4 необходимо нанесение даже четырех слоев.

Технологические и технические показатели композиции «Контакт»№ п/пСостав, мас.%Технические и технологические показателиЭмаль ХВ-114Акор-1BYK-410Вязкость сек, по В3-246Толщина1 слоя, мкмОптим. кол. слоевОптим. толщина мкмРасход г/м²Время сушки, ч196,03,20,815050-602100-120600-8000,25295,04,20,814050-603150-180800-12000,5394,54,51,018070-802140-1601200-16000,30497,02,50,58040-504160-2001600-20001,0597,52,00,58540-504160-2001600-20001,2695,04,60,47035-454160-2001600-20001,5795,03,81,214555-653165-195900-12800,4892,08,0-6030-404120-1601200-16003.0

Наихудшие результаты получены в примере 6, где количество слоев покрытия достигает четырех, а время сушки 1,5 ч.

В примере 8 приведены результаты применения антикоррозийного покрытия по прототипу, являющиеся наихудшими. Показатели всех остальных примеров применения антикоррозийного покрытия «Контакт» в той или иной мере лучше, чем у прототипа.

Использование покрытия из композиции «Контакт» позволяет полностью устранить проведение повторной абразивно-струйной обработки контактных поверхностей соединяемых металлоконструкций перед их монтажом в условиях строительной площадки и сохраняет, в отличие от прототипа, фрикционные свойства подготовленных абразивно-струйным методом поверхностей металла, соединяемых высокопрочными метизами. Это достигается в том случае, если осуществлять нанесение покрытия сразу же после изготовления элементов конструкции на заводе-производителе.

В этом случае значительно снижаются трудозатраты при монтаже, улучшаются условия труда обслуживающего персонала и экологическая обстановка на строительной площадке.

Антикоррозийное покрытие «Контакт» прошло промышленную проверку на нескольких мостовых объектах г.Санкт-Петербурга при их ремонте или восстановлении, а также еще на ряде объектах.

Полученные результаты показали целесообразность его применения в практике других строительных организаций.

Антикоррозийное покрытие может быть использовано для временной защиты от коррозии (консервации) контактных поверхностей фрикционных болтовых соединений крупногабаритных мостовых металлоконструкций при их транспортировании и хранении после изготовления на заводе-производителе. Антикоррозийное покрытие получают из состава, содержащего хлорвиниловую эмаль ХВ-114, маслорастворимый ингибитор коррозии Акор-1 и реологическую добавку - раствор модифицированной мочевины в N-метилпирролидоне, который наносят на металлическую поверхность после ее струйно-абразивной очистки в несколько слоев с последующим их отверждением. Использование покрытия позволяет полностью устранить проведение повторной абразивно-струйной обработки контактных поверхностей соединяемых металлоконструкций перед их монтажом в условиях строительной площадки и сохраняет фрикционные свойства подготовленной абразивно-струйным методом поверхностей металла, соединяемых высокопрочными метизами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Антикоррозийное покрытие, выполненное из состава, содержащего хлорвиниловую эмаль ХВ-114, маслорастворимый ингибитор коррозии Акор-1 на основе нитрованных базовых масел с добавлением при защелачивании 9-11 мас.% технического стеарина и реологическую добавку - раствор модифицированной мочевины в N-метилпирролидоне, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорвиниловая эмаль95-97Маслорастворимый ингибитор коррозии Акорр-12,5-4,5Указанная реологическая добавка0,5-1,0