ЭМАЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК C09D5/24 C09D123/08 

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, в частности к электропроводящим эмалям для формирования защитных покрытий нефтехимической аппаратуры, транспортных средств, перевозящих различные нефтепродукты и жидкие углеводороды, с целью защиты их от коррозии и зарядов статического электричества.

Известна электропроводящая краска на основе полимерного пленкообразующего связующего, в состав которой входит растворитель полимерного связующего и мелкодисперсный электропроводный наполнитель из частиц графита или углерода с содержанием 10-50% от общей массы состава композиции (РСТ, заявка 92-03509, кл. С09D 5/24, 1992).

Однако данная электропроводящая краска имеет большое удельное объемное сопротивление пленки покрытия порядка 10³-10⁶ Ом·см. Для значительного снижения удельного объемного сопротивления пленки покрытия требуется не только повышение процентного содержания углеродсодержащих частиц в составе краски, но и определенное процентное содержание чистого углерода в указанных частицах в совокупности с определенной удельной адсорбционной поверхностью упомянутых углеродсодержащих частиц.

Известна электропроводящая композиция со стабильными физико-механическими свойствами в условиях воздействия повышенных температур при высокой влажности. Композиция содержит 20-70 мас.ч. угольного порошка, 30-80 мас.ч. связующего эпоксиноволака и 0,1-2 мас.ч. отвердителя (имидазола) на 100 мас.ч. связующего (JP, заявка 61-276868, кл. С09D 5/24, 1986).

Недостатком данной композиции является высокое процентное содержание углеродсодержащего наполнителя в виде угольного порошка (сажи), неблагоприятно влияющего на механическую прочность пленочного покрытия из данной композиции, что ограничивает область ее использования и снижает долговечность.

Известна электропроводящая краска на основе полимерного пленкообразующего связующего, в состав которой входит растворитель полимерного связующего и мелкодисперсный электропроводный наполнитель в виде смеси серебра (60-75% от общей массы компонентов) и графита (0,5-10% от общей массы компонентов). Пленка лакокрасочного покрытия данного состава после высыхания имеет высокое удельное объемное сопротивление порядка 10³-10⁴ Ом·см (FR, заявка 2662703, кл. С09D 5/24, 1992).

Длительную антикоррозионную защиту гарантирует комплексная система покрытия, состоящая из одного слоя фосфатирующего грунта и 3-4 слоев эмали марок ХС-78, ХС-720, ХС-748, изготовленных на основе сополимера А-15-0 или А-15 (импортные аналоги - продукты UCAR VAGH и UCAR VYHH).

Такой комплекс обеспечивает наибольший срок защиты металла от коррозии, так как покрытия на основе сополимеров винилхлорида с винилацетатом характеризуются стойкостью к соленой и пресной воде, разбавленным кислотам и щелочам, нефтепродуктам, смазочным маслам, алифатическим углеводородам и спиртам, светостойкостью и, что немаловажно, могут наноситься при отрицательных температурах (Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий. Том 1, 2. Л.: Гос. научн. - техн. изд-во хим. лит-ры, 1959).

Однако покрытие на основе сополимера А-15-0 не обладает свойствами электропроводности. Кроме того, к недостаткам сополимеро-винилхлоридных материалов следует отнести низкий сухой остаток (30-45%), небольшую толщину однослойного покрытия 40-50 мкм, низкую стойкость к воздействию растворителей, необходимость тщательной подготовки поверхности.

Известна эмаль марки ХС-5132 (ТУ 6-10-2012-85) - аналог заявляемого состава эмали, представляющая собой суспензию пигментов в 15%-ном растворе частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом (А-15-0) в смеси органических растворителей, состоящей из бутилацетата, ацетона и толуола при их соотношении 1:2:5. Эмаль содержит пигмент, состоящий из смеси технического углерода марки П-366-Э или П-367-Э и коллоидно-графитового препарата марки С-1 при их соотношении, мас.% 60:40, соответственно. В состав эмали компоненты входят в следующем соотношении, мас.%:

раствор сополимера А-15-0 (15%) - 79,20 технический углерод - 3,70 коллоидно-графитовый препарат - 2,46 органический растворитель - 14,64

Покрытия на основе эмали ХС-5132 имеют хорошие электрические показатели (удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v не более 1·10² Ом·см), но твердость и износостойкость их не очень высокие.

Известна эмаль марки ХС-1535 (ТУ 2313-076-00206919-2004) - прототип заявляемого состава эмали, в которой в качестве пленкообразующего компонента использован 20% раствор сополимера А-15-0 в смеси бутилацетата, ацетона и толуола при их соотношении 1:2:5, а в качестве пигмента - смесь шунгита с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35% и коллоидно-графитового препарата марки С-1 в соотношении, мас.% 42:58 соответственно. В состав эмали компоненты входят в следующем соотношении, мас.%:

раствор сополимера А-15-0 (20%) - 45,50 шунгит - 4,54 коллоидно-графитовый препарат - 6,36 органический растворитель - 43,60

Покрытия на основе эмали ХС-1535 имеют высокую твердость и износостойкость, но удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v=3·10⁶ значительно выше показателя ρ_v для класса электропроводящих лакокрасочных материалов.

Техническим результатом заявляемых составов эмали является уменьшение удельного объемного электрического сопротивления при одновременном повышении твердости и износостойкости покрытия.

Заявленный технический результат достигается двумя вариантами состава эмали.

По первому варианту эмаль содержит пленкообразующий компонент (А-15-0) - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом в смеси органических растворителей и наполнитель, в составе которого присутствуют технический углерод, природный минерал волластонит и шунгит с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35% при следующем соотношении названных компонентов, мас.%:

пленкообразующий компонент 69,00-80,50 технический углерод 3,10-3,90 волластонит 1,90-2,90 шунгит 1,80-2,80 органический растворитель остальное

По второму варианту предлагается эмаль, содержащая пленкообразующий компонент (А-15-0) - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом в смеси органических растворителей, и наполнитель, в составе которого присутствуют технический углерод, природный минерал шунгит с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35% при следующем соотношении названных компонентов, мас.%:

пленкообразующий компонент 88,30-90,50 технический углерод 3,70-4,30 шунгит 2,20-3,10 органический растворитель остальное

В обоих вариантах эмаль отверждается изоцианатным отвердителем ДГУ из расчета 16,1 мас.% на 100 мас.% эмали, в качестве технического углерода составы содержат углерод марки П-366-Э или П-367-Э. В составах эмали применен минерал шунгит с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35% и волластанит марки МВ-05-97.

Получаемый технический результат и варианты заявляемых составов эмали приведены в таблицах 1-4.

В табл.1 приведен состав по первому варианту, в табл.2 - сравнительные характеристики свойств по данному варианту, в табл.3 приведен состав эмали по второму варианту, в табл.4 - сравнительные характеристики свойств эмали по второму варианту.

Эмали готовят смешиванием компонентов, исходя из расчетных количеств составляющих. Технологический процесс изготовления эмалей состоит из следующих основных стадий:

- приготовление 15%-ного раствора пленкообразующего компонента (сополимера винилхлорида с винилацетатом А-15-0) в смеси органических растворителей, состоящей из бутилацетата, ацетона и толуола при их соотношении 1:2:5;

- изготовление пигментной суспензии с расчетным весовым количеством наполнителя;

- диспергирование в бисерной мельнице.

В быстроходный смеситель, снабженный мешалкой для перемешивания, загружают 1/3 часть раствора пленкообразующего компонента; 1/2 часть органического растворителя и рецептурное количество пигментов и наполнителя. Загрузку пигментов и наполнителя производят равномерно при работающей мешалке. По окончании загрузки и перемешивания в течение 30 мин продолжают диспергирование пигментной суспензии в бисерной мельнице.

Из быстроходного смесителя пигментная суспензия подается в бисерную мельницу.

Диспергирование в бисерной мельнице продолжают до достижения дисперсности частиц не более 35 мкм.

После диспергирования в бисерной мельнице пигментная суспензия загружается в смеситель, туда же загружается оставшаяся часть 15%-ного раствора сополимера А-15-0 и органических растворителей. После перемешивания в течение 1 часа готовую эмаль фильтруют и сливают в тару.

Определение свойств эмалей и покрытий проводили по следующим методикам: определение условной вязкости эмали по ГОСТ 8420; определение количества растворителя и массовой доли нелетучих веществ по ГОСТ 17537; определение скорости высыхания эмали по ГОСТ 19007; твердость покрытия по ГОСТ 5233; прочность пленок при ударе по ГОСТ 4765; адгезия покрытий по ГОСТ 15140; стойкость пленки к статическому воздействию бензина и индустриального масла по ГОСТ 9403 разд. 2; об износостойкости судили по удельному весовому износу в г/м² по ГОСТ 20811 метод Б. Удельное объемное электрическое сопротивление пленки определяли на омметре типа Е-6-10, М-218 с использованием прижимных или вклеенных медных фольговых электродов ГОСТ 5638. Измерения проводили параллельно на 3-4 образцах.

Удельное объемное электрическое сопротивление рассчитывали по формуле:

где R_x - сопротивление покрытия между электродами, Ом;

S - ширина пленки покрытия, см;

δ -толщина пленки покрытия, см;

l - расстояние между электродами, см.

Введение в рецептуру эмали шунгита и волластонита приводит к увеличению твердости и износостойкости покрытий, не увеличивая при этом удельное объемное сопротивление ρ_v (табл.2, составы по примерам 1-3).

Составы по примерам 1-3 (табл.4) превосходят известные эмали по твердости и износостойкости, удельное объемное сопротивление (ρ_v) не более 1·10² Ом·см.

Состав эмали ХС-5132, хотя и имеет удельное объемное электрическое сопротивление соответствующее классу электропроводящих эмалей, однако прочностные показатели данного покрытия хуже показателей твердости и износостойкости заявляемых составов. Эмаль ХС-1535 имеет высокое объемное удельное электрическое сопротивление и низкие прочностные показатели.

Эмаль наносится на поверхность преимущественно нефтехимической аппаратуры, транспортных средств, перевозящих различные нефтепродукты и жидкие углеводороды кистью, валиком пневматическим, электростатическим распылением или краскопультом, как правило, в два слоя, хотя в ряде случаев можно обойтись и одним. При нанесении методом воздушного или безвоздушного распыления эмаль следует разбавить соответствующими растворителями до требуемой вязкости.

Предлагаемые составы эмали обеспечивают покрытию стойкость к статическому воздействию жидкостей (бензин, индустриальное масло) и позволяют защищать поверхности, на которые наносятся, от воздействия агрессивных химических соединений перевозимых продуктов.

Таблица 1 Примеры составов эмали (по первому варианту) Наименование компонентов Состав, мас.% по примерам 1 2 3 1. Сополимер винилхлорида и винилацетата (А-15-0) 69,00 75,00 80,50 2. Технический углерод 3,10 3,60 3,90 3. Шунгит 1,8 2,30 2,80 4. Волластонит 1,9 2,40 2,90 5. Органический растворитель 24,20 16,70 9,90 Итого: 100,00 100,00 100,00

Таблица 3 Примеры составов эмали (по второму варианту) Наименование компонентов Состав, мас.% по примерам 1 2 3 1. Сополимер винилхлорида и винилацетата (А-15-0) 88,30 89,50 90,50 2. Технический углерод 3,70 4,00 4,30 3. Шунгит 2,20 2,70 3,10 4. Органический растворитель 5,80 3,80 2,10 Итого: 100,00 100,00 100,00

Таблица 4 Сравнительные характеристики свойств эмали (по первому варианту) Наименование показателя Примеры составов по табл.3 Эмаль ХС-5132 Эмаль ХС-1535 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 1. Условная вязкость полуфабриката эмали по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20,0±0,5)°С, с 18÷50 18÷50 18÷50 18÷50 20÷50 2. Массовая доля нелетучих веществ полуфабриката эмали, % 19-23 19-23 19-23 19-23 20-23 3. Время высыхания до степени 3 при температуре (20,0±2)°С, ч 2 2 2 2 2 4. Степень перетира полуфабриката эмали, мкм 35 35 35 35 40 5. Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ, маятник А, условные единицы 0,5 0,5 0,5 0,35 0,40 6. Прочность пленки при ударе по прибору типа У-1, см 50 50 50 50 50 7. Адгезия, баллы 2 2 2 2 2 8. Удельное объемное электрическое сопротивление пленки эмали (ρ_v), Ом·см 1·10² 0,85·10² 0,85·10² 0,85·10² 3·10⁶ 9. Срок годности эмали после смешения компонентов при температуре (20±2)°С, ч 8 8 8 8 8 10. Стойкость покрытия к статическому воздействию жидкостей при температуре (20,0±2)°С, ч           - бензина 2 2 2 2 - - индустриального масла И-124 24 24 24 24 - 11. Прочность покрытия к истиранию шлифовальной шкуркой, г/м² 14,00 13,75 13,70 23,4 25,4 12. Стойкость покрытия при 20±2°С не менее 30 суток к действию бензина, индустриального масла Без изменения Без изменения Без изменения Без изменения - к 25%-ному раствору соляной кислоты То же То же То же То же То же к 25%-ному раствору NaOH То же То же То же То же То же

Предложены электропроводящие эмали для формирования защитных антикоррозионных покрытий нефтехимической аппаратуры, транспортных средств, перевозящих различные нефтепродукты и жидкие углеводороды. По первому варианту эмаль содержит пленкообразующий компонент - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом (А-15-0) в смеси органических растворителей, технический углерод, природный минерал волластонит и шунгит с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35%, по второму варианту эмаль содержит пленкообразующий компонент - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом (А-15-0) в смеси органических растворителей, технический углерод и природный минерал шунгит с массовой долей углерода от 26,28% до 39,35%. Технический результат - уменьшение удельного объемного электрического сопротивления при одновременном повышении твердости и износостойкости покрытия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Эмаль электропроводящая для формирования защитных антикоррозионных покрытий, содержащая пленкообразующий компонент (А-15-0) - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом в смеси органических растворителей и наполнитель, отличающаяся тем, что в составе наполнителя присутствуют технический углерод, природный минерал волластонит и шунгит с массовой долей углерода от 26,28 до 39,35% при следующем соотношении названных компонентов, мас.%:
пленкообразующий компонент 69,00-80,50 технический углерод 3,10-3,90 волластонит 1,90-2,90 шунгит 1,80-2,80 органический растворитель остальное

2. Эмаль по п.1, в составе которой смесь органических растворителей содержит бутилацетат, ацетон и толуол при их соотношении 1:2:5.

3. Эмаль электропроводящая для формирования защитных антикоррозионных покрытий на основе пленкообразующего компонента (А-15-0) - 15%-ный раствор частично омыленного сополимера винилхлорида с винилацетатом в смеси органических растворителей и углеродсодержащий наполнитель, отличающаяся тем, что в составе наполнителя присутствуют технический углерод и природный минерал шунгит с массовой долей углерода от 26,28 до 39,35% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
пленкообразующий компонент 88,30-90,50 технический углерод 3,70-4,30 шунгит 2,20-3,10 органический растворитель остальное

4. Эмаль по п.3, в составе которой смесь органических растворителей содержит бутилацетат, ацетон и толуол при их соотношении 1:2:5.