АНТИКОРРОЗИОННАЯ ОГНЕСТОЙКАЯ КРАСКА Российский патент 2013 года по МПК C09D5/18 C09D5/08 C09D183/04 

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности и касается применяемой в качестве покрытия краски, обладающей огнестойкими и антикоррозионными свойствами. Такая краска может быть использована в несрте-, газодобывающей, нефтехимической промышленности, коммунальном хозяйстве и других областях, где требуется защита поверхностей конструкций и деталей из различных материалов (в том числе металла, бетона, дерева) от коррозии, в том числе при использовании их в условиях высоких температур.

Высококачественное покрытие для ряда конструкций и деталей (например, при решении задач обеспечения стойкой защиты труб от внешней коррозии), в том числе строительных, имеет первостепенное значение, поскольку именно оно является главным фактором, определяющим время их эксплуатации.

Покрытия, которые обладали бы высокими огнестойкими (способность ограничивать распространение огня, а также сохранять необходимые эксплуатационные качества при высоких температурах) свойствами и одновременно служили бы хорошей защитой поверхностей от коррозии (разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной)средой), заявителю неизвестны.

Известны огнезащитные покрытия, производимые Торгово-промышленной компанией (ООО) «ИНФРАХИМ», г.Ярославль:

- Огнезащитное покрытие "ДЕВИСПРЕЙ" по ТУ 5767-003-20942052-02, повышающее предел огнестойкости стальных строительных конструкций до 180 мин.

- Огнезащитное покрытие "НЕОСПРЕЙ" по ТУ 5767-011-20942052-05, предназначенное для конструктивной огнезащиты железобетонных, стальных несущих и ограждающих строительных конструкций на всех объектах гражданского и промышленного строительства.

- Огнезащитный состав АПМ-2 по ТУ 2312-017-27696171-05 для огнезащиты металлических конструкций по 2-ой группе огнезащитной эффективности.

- Огнезащитный состав "ОЗС-МВ" по ТУ 5775-008-17297211-02, предназначенный для защиты стальных строительных конструкций и воздуховодов, каналов дымоудаления, систем кондиционирования.

Вышеперечисленные известные покрытия не обладают антикоррозионными свойствами ввиду отсутствия в их составе ингибиторов коррозии.

Известна краска по металлу английской компании Hammerite (Хаммерайт) - долговечное, однокомпонентное коррозионно-стойкое финишное покрытие для наружных и внутренних работ по черным и цветным металлам. Однако, эта краска не содержит компонентов, повышающих ее огнестойкость.

Известна (патент RU №2220990, публикация 10.01.2004) самозатухающая полимерная композиция, включающая эпоксидную смолу в качестве связующего, полые стеклянные микросферы в качестве наполнителя и добавки, в том числе антикоррозионный пигмент виде аммония фосфорнокислого.

Однако данная композиция не обеспечивает необходимых огнестойких свойств в виду отсутствия в ее составе специальных огнезащитных добавок и используется не в качестве покрытия, а для заполнения участков сотовых конструкций в авиационной технике.

Известно (RU №93052300 А, публикация 20.07.1996) вещество для теплоизоляционного покрытия трубопроводов, включающее эпоксидное связующее (смола ЭД-20), отвердитель - полиэтиленполиамин (8-10), стеклянные микросферы диаметром 200-300 микрон (25-35) в качестве наполнителя и пластификатор полиизобутилен (3-5).

Данное покрытие имеет высокую механическую прочность и водонепроницаемость, но не является антикоррозионным и выполняет только теплоизоляционные функции. Огнестойкие свойства покрытия невысоки (до 150°С) по той причине, что эпоксидное связующее имеет недостаточно высокую температуру стеклования.

Известна (SU патент №869561, публикация 30.09.1981) полимерная композиция, используемая, в том числе, в качестве покрытия, включающая в качестве связующего в частном случае исполнения - кремнийорганические смолы, отвердитель, полые микросферы из силиката или органического полимера с диаметром 20-500 мк в качестве наполнителя, а также различные вспомогательные целевые добавки (растворители, которые применяются вследствие набухания и/или размягчения физически отверждаемых систем для реактивации сухих пленок; ускорители реакции для отверждения компонентов; консервирующие средства, придающие гидрофобность; замедлители и/или ускорители схватывающих масс.

Композиция является тиксотропной, обладает повышенной жизнеспособностью, но не предназначена для использования в качестве покрытия, обладающего высокими огнестойкими, теплоизоляционными и антикоррозионными свойствами, т.к. в ее составе отсутствуют антикоррозионные пигменты и огнестойкие добавки.

Известен (RU патент №2194066, опубликован 10.12.2002 г.) защитный антикоррозионный материал, содержащий, мас.%: связующее в виде твердых нефтяных углеводородов (битум или петролатум, или церезин) - 30-40, порошкообразный диоксид кремния - 0,1-1,0, ингибитор коррозии (1-6) с загустителем (канифольное мыло) в частном случае исполнения и органический растворитель (остальное до 100).

Однако данный материал может использоваться в рабочем температурном диапазоне от +5 до +40°С, что совершенно недостаточно для России, где зимние температуры могут достигать -60°С, а летние (в условиях солнечного освещения) превышать +40°С. Кроме того, известный состав имеет низкую стойкость в агрессивных средах: так стойкость покрытия к статическому воздействию 0,5 N раствора хлористого натрия при комнатной температуре составляет 48 часов.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является взятая за прототип известная (RU 2310670, 20.11.2007) тепловлагозащитная краска-покрытие, включающая связующее (20-30) (кремнийорганические смолы, или акриловые (со)полимеры, или полиуретан), наполнитель (10-30) (в виде керамических или стеклянных полых микрошариков с размером 20-150 мкм), органический растворитель (остальное до 100%) и дополнительно диоксид титана (2-5) и и антипиреновую добавку (5-25).

Известная краска-покрытие имеет огневую усадку, недостаточную для защиты конструкции при пожаре термо-огне-химическую стойкость (стойкость к горению и коррозии). Входящая в состав краски антипиреновая добавка, вспучиваясь при пожаре и уменьшая тем самым теплоотдачу, предохраняет конструкцию от разрушения, но не от горения.

В связи с отсутствием в составе краски антикоррозионных компонентов, она не обладает антикоррозионными свойствами.

Задачей заявленного изобретения является создание высококачественных покрытий.

Технический результат, получаемый в результате осуществления настоящего изобретения, заключается в повышении огнестойкости покрытия и расширении его функциональности за счет придания ему антикоррозионных свойств.

Указанный технический результат достигается за счет того, что краска, включающая в качестве связующего кремнийорганическую смолу в количестве 20-30% от массы композиции, органический растворитель, наполнитель и добавки, содержит в качестве растворителя ксилол или сольвент, тальк и каолин с микроволластонитом - в качестве наполнителя и дополнительно ингибитор коррозии в виде фосфата цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов, а также целевые добавки: эмульсию минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов, раствор щелочной жидкости с силанолом и раствор диуретана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнииорганическая смола 20-30 ксилол или сольвент 18-25 тальк и каолин с микроволластонитом 20-30 фосфат цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов 12-18 эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов 0,4-0,8 раствор щелочной жидкости с силанолом 0,5-1,0 раствор диуретана 0,5-1,0

Краска-покрытие имеет высокую степень огнестойкости (до 650°С) в первую очередь за счет применения в ее составе в качестве связующего кремнийорганической смолы (например, полиметилфенилксилоксановая, кремнииорганическая смола 134-276, кремнииорганическая смола 139-297 и др.) которая по сравнению с другими смолами имеет высокую температуру стеклования, обладает высокой атмосфере-, влаго- и холодостойкостью в условиях влажного тропического климата и холодного Севера в течение 10-15 лет, а также высокой стойкостью к агрессивным средам, что позволяет применять содержащие ее в составе краски для покрытия промышленного оборудования и сохраняет высокую эластичность в широком диапазоне температур, т.е. не охрупчивается. Заявленный количественный интервал связующего (20-30% от массы композиции) определяется необходимыми консистентностью и вязкостью краски.

Применяемые в качестве органического растворителя ксилол или сольвент помогают довести краску до нужной консистенции.

Увеличение огнестойкости заявляемого покрытия по сравнению с прототипом происходит за счет включения в состав композиции такого компонента, как тальк и каолин с микроволластонитом (каолин модифицированный микроволостонитом), причем соотношение талька и (каолин с микроволостонитом) составляет 1:7, при этом соотношение между каолином и микроволостонитом составляет 1:1. Указанный компонент несет двойную функцию: не только выполняет функцию наполнителя, но и усиливает огнестойкие свойства покрытия. Границы количественного интервала компонента определяются тиксотропностью (вязкостью) краски, при которой краску можно наносить толстыми слоями, не опасаясь подтеков.

Фосфат цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов (например, Армасил, СПМ, Ифхан) является ингибитором коррозии (антикоррозионный пигмент) и придает краске высокую антикоррозионную стойкость: вступая в реакцию с ржавчиной, образует оксидную пленку, которая не позволяет влаге поступать к конструкции и тем самым приостанавливает процесс коррозии.

Ниже указано назначение используемых в композиции целевых добавок:

1) эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов (например, Byk серии 030 и 033 фирмы BYK-Chemie) применяется в качестве пеногасителя;

3) раствор (концентрация компонентов 0,5%-1%) щелочной жидкости с силанолом (например, аппреты (силаны) серии ПЕНТА®-60, ПЕНТА®-66) используется в качестве стабилизатора вязкости; раствор диуретана в ксилоле используют в качестве отвердителя (например, ДИУР или ДИУР-Экстра).

В частных случаях исполнения заявленная краска может дополнительно содержать в количествах 0,3-0,5% каждый от массы композиции: бетолин для устранения образования на поверхности краски кратеров и/или сиккатив для улучшения образования пленки (пленкообразователь).

Одной из известных марок бетолина является Betolin A11 (производитель: WOELLNER-WERKE) - бесцветная смешивающаяся с водой щелочная жидкость, содержащая силанолы и сложные стабилизаторы. Основные свойства Betolin A11:

- улучшает стабильность продукта, предотвращая преждевременную коагуляцию силикатного связующего;

- снижает вязкость;

- усиливает сопротивляемость связующего вещества электролитам;

- облегчает дисперсию пигментов и наполнителей;

- пассивирует реакционноспособные многовалентные ионы металлов;

- оказывает гидрофобное воздействие и этим улучшает водостойкость;

- повышает жизнеспособность краски;

- снижает загрязнение цветных покрытий.

Примеры возможных к использованию пленкообразователей:

поливинилацетат, полибутилметакрилат, полистирол, ацетобутират целлюлозы. Правильный выбор пленкообразовательных веществ обеспечивает высокую скорость генерирования свободных радикалов.

Основные свойства рекомендуемых марок сиккативов:

- Сиккатив Zr - сиккатив "глубокого" отверждения, в сочетании с СО и СА образует активный сиккатив, оптимальный для большинства ЛКМ, не токсичен.

- Сиккатив ЖК-1 - сиккатив осажденной марки, применяется для ускорения высыхания в процессе производства ЛКМ.

- Сиккатив СКСЦ-1 - обеспечивает объемное высыхание и повышенную твердость покрытия.

- Сиккатив СМКС - высококачественный сиккатив, предназначен для систем с повышенными требованиями к твердости и времени высыхания при хранении ЛКМ, обеспечивает высыхание в толстых слоях пленки.

Краску получают путем диспергирования всех компонентов в специальном смесителе (дисольвере). При этом получается высокая однородность получаемой на выходе краски.

Краска наносится на различные поверхности с помощью кистей или краскопультом.

Используемое сочетание конкретных компонентов краски, взятых в указанных количественных интервалах, позволяет получить краску-покрытие с требуемыми огнестойкими и антикоррозионными свойствами.

Технические характеристики краски указаны в таблице, которая является поясняющим сущность изобретения материалом.

В качестве доказательства осуществления заявленного изобретения с достижением вышеуказанного технического результата приводятся конкретные примеры возможного состава заявленной краски-покрытия:

Пример 1.

Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:

полиметилфенилксилоксановая смола 25,0 ксилол 25,0 тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7 30,0 фосфат цинка с добавкой Ифхан (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов) в соотношении 1:1 17,2 Byk серии 030 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов), 0,8 раствор (1%) щелочной жидкости с ПЕНТА®-60 (силан) 1,0 0,5% раствор диуретана 1,0

Пример 2.

Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:

кремнийорганическая смола 134-276 25,0

сольвент 25,0 тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7 30,0 фосфат цинка (70%) с добавкой (30%) Армасил (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов) 16.7 Byk серии 033 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов), 0,8 раствор (0,8%) щелочной жидкости с ПЕНТА®-60 (силан) 1,0 2% раствор диуретана 1,0 Betolin11 0,5

Пример 3.

Краска-покрытие, содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.%:

кремнийорганическая смола 139-297 25,0 ксилол 25,0 тальк и каолин с микроволластонитом в соотношении 1:7 30,0 фосфат цинка с добавкой Ифхан (бескислотный преобразователя ржавчины на основе танинов) в соотношении 1:1 16,7 Byk серии 030 фирмы BYK-Chemie (эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов), 0,8 раствор (0,5%) щелочной жидкости с ПЕНТА®-66 (силан) 1,0 2,5% раствор диуретана 1,0 Сиккатив Zr 0,5

Таблица Наименование показателя Норма Методы контроля 1 2 3 Внешний вид краски однородная жидкость без посторонних включений 5.2 Цвет получаемого покрытия в соответствии с 1.2.2 и утвержденными образцами-эталонами (каталогом цветности) ГОСТ 29319, ГОСТ Р 52662 Внешний вид получаемого покрытия ровная гладкая однородная структура в соответствии с контрольным образцом-эталоном, на поверхности которой не допускаются дефекты согласно 1.2.7 настоящих технических условий; допускаются отдельные, мелкие, точечные посторонние включения и шагрень ГОСТ 9.407. ГОСТ 9.302 и (или) 5.2 Время высыхания до степени 3, ч, не более, при температуре (20,0±2)°С 2 ГОСТ 19007 Фактура образуемой пленки: матовая, полуматовая ГОСТ 896, ГОСТ Р 52663, ГОСТ 9.401 (метод В) и (или) 5.2 - блеск по блескомеру ФБ-2, под углом 60°С, %, не менее* 37 - снижение блеска после воздействия ультрафиолетового излучения и повышенных температур, %, не более 60 Вязкость:   ГОСТ 8420, ГОСТ 25271 - условная по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20,0±0,5)°С, с не менее 25** - кажущаяся по Брукфильду, Па·с не менее 2000 Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее:   ГОСТ Р 52487 и 5.10 - с допустимым отклонением 40 ±5 Адгезия к стали и междуслойная, балл, не более 1 (для трубопроводов и инженерных сооружений, при температурах плюс 20 и 80°С), 2 (при ином назначении)*** ГОСТ 15140, метод решетчатого надреза, 5.11 Стойкость покрытия:   ГОСТ Р 52491, ГОСТ 27037 - к действию мороза при температуре минус (40±2)°С, циклы, не менее; 10 - к действию переменных температур;   - термостойкость 10   не менее 3 ч при (600±5)°С Прочность и герметичность упаковки упаковка должна быть герметичной; крышка должна обеспечивать плотное закрывание емкостей и не допускать вытекание краски; при падении упаковка с краской не должна деформироваться и терять герметичность 5.6 Температура вспышки в закрытом тигле, °С не ниже 23°С ГОСТ 12.1.044, ГОСТ 19433 Условная светостойкость (изменение коэффициента диффузионного отражения), ч, не хуже 2* ГОСТ 9.045 и ГОСТ 21903 Коррозионная стойкость (общие нормы - по ГОСТ 9.905 методы оценки - по ГОСТ 9.311)* при полном отверждении не проявляется признаков коррозии после 5000 часов при испытании в камере с соляным туманом СНиП 2.03.11, ГОСТ 9.401 (метод Б) и 5.13 Стойкость покрытия к статическому воздействию жидкостей при температуре (20±2)°С, ч, не менее:     - воды; - раствора хлористого натрия с массовой долей 3%; 48 (для инженерных систем), 24 (для иного назначения) ГОСТ 9.403, метод А, ГОСТ 12020 и 5.14. 5.15,5.16 - нефтепродуктов (бензин); 48 (8)   - минерального масла; 48   - растворов кислот и щелочей 48     24 (2)   Водопоглощение покрытия, мас.%, не более* 3 ГОСТ 21513, ГОСТ 4650 - через 1000 ч при температуре 20°С, %, не более       5   Укрывистость высушенной пленки, г/м² 55 ГОСТ 8784, метод 1 Качество получаемого покрытия, не ниже* IV ГОСТ 9.032, ГОСТ 9.302, ГОСТ 6572 и ГОСТ 31365 Степень разбавления растворителем, %, не более* в соответствии с эксплуатационной документацией 5.3 Эластичность пленки при изгибе, мм, не более 3 ГОСТ 6806 Прочность покрытия при ударе:   ГОСТ 4765, ГОСТ Р 51164 - по прибору типа У-1, см, не менее;   - при температуре от минус 40 до плюс 40°С, Дж, не менее 40 для труб диаметром до 273 мм включительно;   для труб диаметром до 530 мм включительно;   свыше 530 до 820 включительно;   1020 и более; 4,0 - для подземных сооружений при температуре от минус 15 до плюс 40°С, Дж, не менее 6,0   8,0   10,0   8,0 Твердость пленки, время уменьшения амплитуды колебаний маятника, с, не менее 75 ГОСТ Р 52166, ГОСТ 5233 и 5.17 - по маятниковому прибору ТМЛ (маятник А), усл.ед. 0,40 Степень перетира, мкм, не более 50 ГОСТ Р 52753 Толщина наносимого покрытия, мм, не менее   ГОСТ Р 51694 для труб диаметром до 273 мм включительно;   для труб диаметром свыше 273 мм и не более 1420 мм 1,5   2,0 Относительное удлинение при разрыве при температуре 20°С, %, не менее 20 ГОСТ 18299 Адгезия к стали после выдержки в воде 1000 часов, балл не более 1 (при температурах плюс 20 и 50°С) ГОСТ 15140 Грибостойкость, балл, не менее 2 (ПГ₁₂₃) ГОСТ 9.048, ГОСТ 9.049, ГОСТ 9.050 Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации, см², не более, при температуре   ГОСТ Р 51164/ГОСТ 9.602 - плюс (20±3)°С;   - плюс (40±3)°С; не более 4,0 - плюс (80±3)°С не более 8,0   не более 8,0 Переходное сопротивление покрытия в 3%-ном растворе NaCl при температуре 20°С, Ом·м², не менее   - исходное; 10⁸ - через 100 сут выдержки 10⁷ Сопротивление изоляции на законченных строительством и засыпанных участках трубопровода при температуре выше 0°С, Ом·м², не менее 3·10⁵ ГОСТ Р 51164/ГОСТ 9.602 Сопротивление пенетрации (вдавливанию), мм, не более, при температуре до 20°С и менее 0,2 Диэлектрическая сплошность образуемого покрытия отсутствие пробоя при электрическом напряжении 1 кВ на толщину покрытия 5.18.5.19 - при окрашивании инженерных сооружений; отсутствие пробоя при электрическом напряжении 5 кВ на 1 мм толщины покрытия - при окрашивании подземных сооружений Плотность при 20°С, г/см³ 1,4…1,6 ГОСТ 18995.1 Коэффициент соотношения емкостей при частотах 2000 и 20000 Гц, не менее*** 0,8 ГОСТ 9.409

Примечания:
1 Приведенные в таблице 1 физико-химические характеристики краски могут быть дополнены и уточнены в соответствии с технологической документацией.
2 * Указанные параметры определяются при необходимости, применительно к условиям эксплуатации конкретной партии краски.
3 ** В процессе хранения краски допускается увеличение условной вязкости, если после тщательного перемешивания и разбавления растворителем до вязкости согласно настоящей таблице получаемое покрытие отвечает техническим требованиям настоящих технических условий.
4 *** Адгезионные свойства краски, коэффициент соотношения емкостей и защитно-декоративные свойства согласно ГОСТ 9.407 должны сохраняться после воздействия агрессивных сред и перепада температур по 9, 14 таблицы 1. Адгезионные свойства после испытания на морозостойкость и действие ультрафиолетового излучения - не более 3 баллов.  

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности и касается применяемой в качестве покрытия краски, обладающей огнестойкими и антикоррозионными свойствами. Такая краска может быть использована в нефте-, газодобывающей, нефтехимической промышленности, коммунальном хозяйстве и других областях, где требуется защита поверхностей конструкций и деталей из различных материалов, в том числе при использовании их в условиях высоких температур. Краска содержит кремнийорганическую смолу в качестве связующего, органический растворитель - ксилол или сольвент, наполнитель - тальк и каолин с микроволластонитом, ингибитор коррозии в виде фосфата цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов и целевые добавки: эмульсию минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов, раствор щелочной жидкости с силанолом и раствор диуретана. Краска дополнительно может содержать бетолин и сиккатив. Изобретение обеспечивает повышение огнестойкости и антикоррозионных свойств покрытия. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Краска, включающая в качестве связующего кремнийорганическую смолу в количестве 20-30% от массы композиции, органический растворитель, наполнитель и добавки, отличающаяся тем, что в качестве растворителя используется ксилол или сольвент, тальк и каолин с микроволластонитом - в качестве наполнителя, при этом дополнительно содержит ингибитор коррозии в виде фосфата цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов, а также целевые добавки: эмульсию минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов, раствор щелочной жидкости с силанолом и раствор диуретана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кремнийорганическая смола 20-30 ксилол или сольвент 18-25 тальк и каолин с микроволластонитом 20-30 фосфат цинка с добавкой бескислотного преобразователя ржавчины на основе танинов 12-18 эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов 0,4-0,8 раствор щелочной жидкости с силанолом 0,5-1,0 раствор диуретана 0,5-1,0

2. Краска по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бетолин в количестве 0,3-0,5% от массы композиции.

3. Краска по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сиккатив в количестве 0,3-0,5% от массы композиции.