Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия Российский патент 2022 года по МПК C09D5/08 C09D163/00 

Изобретение относится к композициям, в частности, к двухкомпонентным на основе эпоксидных смол и отвердителя, предназначенных для получения антикоррозийных покрытий трубопроводов. Заявленная композиция может быть использована для покрытия внутренней поверхности различных трубопроводов (том числе водопроводов) и емкостей, а также запорно-регулирующей арматуры, подвергающихся воздействию коррозионно-активной среды. Композиция предназначена для нанесения на металлические, керамические и чугунные поверхности с целью защиты их от коррозии.

Композиция должна обеспечивать время рабочего цикла покрытия с момента смешивания компонентов «А» и «Б» до начала момента застывания в том числе, при низких температурах и иметь вязкость, необходимую для прохождения через распылительную головку специализированной установки, осуществляющей нанесение покрытия на внутреннюю поверхность трубопроводов.

Известно, что в противокоррозионной защите внутренней поверхности трубопроводов различного назначения большое внимание уделяется выбору лакокрасочных покрытий. Успех эффективной защиты металла трубопровода зависит от правильного выбора системы лакокрасочного покрытия, подготовки поверхности, условий эксплуатации и других факторов. Покрытия, применяемые для защиты трубопроводных систем, должны обладать высокой адгезией к защищаемой поверхности, водостойкостью, высокими физико-механическими характеристиками, устойчивостью к воздействию агрессивных сред.

Известна антикоррозионная композиция для защиты металлических конструкций, оборудования и сооружений, описанная в пат. RU №2174136 (Кл. С09D 5/08, 163/02, 2001). Данная композиция содержит связующее - эпоксидную смолу, модификатор - тиокол марки 1, отвердитель - АСОТ-2 и наполнитель - мелкочешуйчатый альфа-оксид железа. Покрытия, полученные из этой композиции, являются долговечными (до 15 лет) и износостойкими в условиях действия химических реагентов, влаги, перепада температур, превышающих 100°С. Однако наряду с вышеперечисленными достоинствами эти покрытия имеют и существенные недостатки. Так, например, в присутствии альфа-оксида железа при повышенных температурах увеличивается скорость деструкции полярных связей в полимере, что приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств покрытий в процессе их эксплуатации, недостаточной эластичности и водостойкости, особенно в горячей воде. Последнее требование является особенно важным при защите крупногабаритных гидротехнических сооружений, а также нефтехранилищ, где периодически для промывки используют горячую воду или водяной пар. Еще одним существенным недостатком известной композиции является ее низкая тиксотропность.

Известны композиции, содержащие в своем составе связующее, в частности, смолы, на отверждение которых требуется длительное время и повышенная температура, что значительно ограничивает сферу применения подобных композиций. В частности, подобные композиции раскрыты в заявке на изобретение РФ №2002131703 (МПК C09D 127/24, C09D 5/08, C09D 127/24, C09D 167/08, C09D 163/02, опубл. 10.07.2004), в патенте РФ на изобретение № 2669840 (МПК C09D 163/00, C09J 163/00, C08G 59/18, B01J 13/02, опубл. 16.10.2018), в патенте РФ на изобретение №2378304 (МПК C09D 5/08, C09D 5/10, опубл. 10.01.2010).

Известна композиция для антикоррозийного покрытия по патенту РФ на изобретение № 2739767 (МПК C09D 5/08, C09D 7/00, C09D 163/00, опубл. Опубликовано: 28.12.2020). Известная композиция для антикоррозийного покрытия включающая основу, содержащую связующее, смесь растворителей, смесь пигментов, содержащую, как минимум, один антикоррозийный пигмент и ингибитор коррозии, наполнитель, пластификатор, загуститель и диспергатор, отличающаяся тем, что связующее представляет собой смесь поливинилхлоридной хлорированной смолы с эпоксидно-диановой смолой, а также дополнительно содержит феналкаминный отвердитель, при следующем соотношении, мас.%: смола поливинилхлоридная хлорированная 7-9, смола эпоксидно-диановая 9-10, пигменты 9-10, наполнитель 5-9, пластификатор 4-5, антикоррозийный пигмент 2-2,5, ингибитор коррозии 1-1,2, загуститель 0,2, диспергатор 0,05, феналкаминный отвердитель 2-2,2, смесь растворителей остальное.

Недостатком композиции является наличие в ее составе компонентов, наличие которых не позволяет применять покрытие для водопроводных труб питьевого назначения.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано техническое решение «Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия», описанное в патенте на изобретение РФ №2683079 (МПК C09D 5/08, C09D 163/00, C04B 20/10, опубл. 15.05.2018). Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия, содержащая эпоксидную смолу и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы используют прозрачный эпоксидный компаунд Этал-27НТ/12НТ при соотношении компонента А, представляющего собой бесцветную прозрачную низковязкую эпоксидную смолу, к компоненту В, представляющему собой низковязкий отвердитель типа ЭТАЛ, равном 81,6:18,4 мас.ч., а в качестве минерального наполнителя - микрокальцит с содержанием карбоната кальция СаСО₃ не менее 97% с частицами фракции 0,5-1 мм и фракции менее 0,2 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: прозрачный эпоксидный компаунд Этал-27НТ/12НТ 100, микрокальцит с частицами фракции 0,5-1 мм 72-100, микрокальцит с частицами фракции менее 0,2 мм 112-80.

Недостатком данной композиции, представляющей собой двухкомпонентный состав, образованный компонентом А (бесцветная, прозрачная низковязкая эпоксидная смола) и компонентом Б (низковязкий отвердитель типа ЭТАЛ) при их соотношении 1:0,225, является низкая тиксотропность, а также преимущественное содержание дорогостоящего компонента.

Имеется потребность в создании композиции для антикоррозионного покрытия, которая может наносится специальной установкой. Установка имеет два симметричных контура для подачи компонентов: по одному поступает компонент «А», а по второму - компонент «Б», которые впоследствии соединяются перед статическим смесителем, в котором происходит смешивание компонентов в пропорции 1:1 и далее готовая смесь через распылительную головку наносится на поверхность трубопровода.

Технический результат заключается в создании композиции для антикоррозионного покрытия, характеризующейся высокими тиксотропными свойствами и возможностью использования установки для одновременного смешивания и нанесения двухкомпонентного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов.

Изобретение позволяет повысить водостойкость, стойкость покрытия к воздействию кислот и щелочей, а также адгезию композиции к металлическим поверхностям.

Заявленный результат достигается тем, что предложен состав композиции, образованной совмещением компонента А, представляющего собой эпоксидную смолу ЭД-20 в виде готового компаунда, и компонента В, представляющего собой отвердитель при их соотношении в мас.%: 59,6-65,4 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 40,4-34,6 отвердителя.

Введение в состав отвердителя загустителя - высокодисперсного, гидрофильного, пирогенного диоксида кремния с весовым содержанием чистого вещества более 98 весовых % (ковелос), - способствует образованию необходимых тиксотропых свойств композиции при совмещении компонента А и компонента В в объёмной пропорции 1:1. Разработанный состав отвердителя содержит при следующем соотношении, мас.%: 28-32 отвердитель - полиэтиленполиамин, 13-16 пластификатор - дибутилфталат, 3-5 диоксид титана, 37-42 минеральный наполнитель - микрокальцит с частицами фракции 2,5 мкм и 10-14 загустителя - диоксида кремния.

В ходе проведения испытаний были испытаны разные сочетания компонентов композиции, включая разные виды смол, растворителей и различных добавок с наполнителями, а также их процентное соотношение. Именно заявленный состав компонентов позволяет получить оптимальные результаты испытаний и создать композицию, которую можно наносить установкой для одновременного смешивания и нанесения смеси компонентов в объёмной пропорции 1:1 на поверхность трубопровода и обеспечить заявленные защитные свойства.

Приготовление и испытания.

Заявленный состав готовят следующим образом. Перемешивание полиэтиленполиамина и дибутилфталата осуществлялось в реакторе в интервале температур 20-25°С в течении 2-3 минут. Продолжая интенсивное перемешивание в смесь последовательно вводились диоксид титана, микрокальцит и диоксид кремния. Полученный отвердитель - компонент В и эпоксидная смола ЭД-20 - компонент А совместили в пропорции 1:1, тщательно перемешивая не менее 10 минут.

Для определения реологических характеристик приготовленных образцов использовался реометр Modular Compact Rheometer MCR52 Anton Paar, Австрия. Измерения проводили в системе «плита-плита» PP50, зазор между плитами - 1 мм. Результаты измерений обрабатывались в программе RheoCompassver. 1.25.

Для определения вязкости исходных компонентов, а также их смеси использовали тест определения вязкости от скорости сдвига Viscosity Curve (1-100 c^-1, 1 точка/1 сек, 20°С). Для оценки тиксотропных свойств образцов использовали трёхинтервальный тест 3ITTOsc-Rot-Osc, в котором имитируется процесс нанесения образца на трубопровод и определяется степень восстановления структуры после снятия нагрузки. Условия проведения: 20°C, интервал 1 и 3 γ=1%, f=1 Hz, интервал 2 - скорость сдвига - 1000 с^-1. Для изучения динамики набора вязкости после смешения компонентов использовали тест Shear Rate, в котором вязкость измерялась при постоянной скорости сдвига 10 с^-1 и постоянной температуре 20°C. Наблюдение за набором вязкости вели 60 мин.

В результате исследования тиксотропных свойств были отобраны 4 компонентных состава, из которых заявленный состав показал наилучшие результаты испытаний. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1

Композиция Состав 1,
мас. % Состав 2,
мас. % Состав 3,
мас. % Состав 4,
мас. % Компонент А:
ЭД-20
Компонент В:
Дибутилфталат
Микрокальцид
Диоксид кремния
Полиэтиленполиамин
Диоксид титана 12-15
38-47
12-14
30-35
4-6 13-16
37-42
12-14
28-32
3-5 16-20
36-45
10-12
30-35
4-6 14-17
38-47
12-14
29-33
3-5 Интервал 1
Комплексная вязкость η*, Па⋅с 124,35→131,91 147,24→114,33 138,86→124,46 130,19→125,28 Интервал 2
Вязкость η, Па⋅с 3,96→0,60 5,51→1,06 2,85→2,01 4,52→0,90 Интервал 3
Комплексная вязкость η*, Па⋅с 18,02→100,60 17,55→136,63 27,76→78,22 17,91→119,71 Восстановление структуры за 60 с, % 40,2 63,0 30,2 52,2 Время восстановления структуры, с До 25% 29,9 24,9 31,5 27,4 До 50% 96,3 44,2 ~ 436 72,1

Физико-механические свойства заявленной композиции определяли на образцах, полученных путем отверждения композиций на поверхности металла при температуре 20 - 25°С в течение 48 часов.

Адгезионная прочность к металлической и бетонной подложке определена по ГОСТ 15140-78 "Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии". Эластичность пленки при изгибе определена по ГОСТ 6806-73 "Материалы лакокрасочные. Метод определения эластичности пленки при изгибе". Водопоглощение покрытия определено по ГОСТ 4650-80 "Пластмассы. Методы определения водопоглощения". Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Физико-механические свойства

№ Наименование характеристик Предлагаемый состав 1 Адгезия, баллы 1 2 Эластичность пленки при изгибе, мм 1 3 Термостойкость покрытия, °С 230
4 Истираемость 0,04 г/см² 5 Водопоглощение, % 0,13 6 Стойкость покрытия Среда Масса нач., г Масса кон., г Δm, % HCl, 15% 5,7500 6,8198 +18,6 H₂SO₄, 30% 5,7382 6,5790 +14,7 NH₃, 25% 5,9381 6,1298 +3,2 Толуол 6,0374 6,0846 +0,8 Вода 5,9551 6,3002 +5,8

Полученная композиция отличается высокими тиксотропными свойствами, повышенной адгезией, коротким временем отверждения, стойкостью к воздействию агрессивных сред. Использование предлагаемой композиции позволит повысить эффективность защиты и сроки службы трубопроводов по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к двухкомпонентным композициям на основе эпоксидных смол и отвердителя, предназначенных для получения антикоррозийных покрытий трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Предложена композиция, образованная совмещением компонента А, представляющего собой эпоксидную смолу, и компонента В, представляющего собой отвердитель при их объемном соотношении 1:1. В качестве отвердителя композиция содержит смесь при следующем соотношении, мас.%: 29-32 полиэтиленполиамина, 14-17 дибутилфталата, 3-5 диоксида титана, 38-44 микрокальцита и 10-14 диоксида кремния. Технический результат – создание полимерной композиции для антикоррозионного покрытия, характеризующейся высокими тиксотропными свойствами и возможностью использования установки для одновременного смешивания и нанесения двухкомпонентного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов. Изобретение позволяет повысить водостойкость, стойкость покрытия к воздействию кислот и щелочей, а также адгезию композиции к металлическим поверхностям. 2 табл.

Полимерная композиция для антикоррозионного покрытия, содержащая компонент А - эпоксидную смолу в виде готового компаунда и компонент В - отвердитель с добавлением минерального наполнителя - микрокальцита, отличающаяся тем, что в качестве компонента А использована эпоксидная смола ЭД-20, микрокальцит имеет размер частиц фракции 2,5 мкм, и в состав отвердителя дополнительно введен загуститель - высокодисперсный, гидрофильный, пирогенный диоксид кремния с весовым содержанием чистого вещества более 98 весовых %, пластификатор и диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиэтиленполиамин 29-32 Дибутилфталат – пластификатор 14-17 Микрокальцит 38-44 Диоксид кремния - загуститель 10-14 Диоксид титана 3-5,

при этом полимерная композиция образована путем совмещения компонента А - эпоксидной смолы ЭД-20 и компонента В - отвердителя в пропорции 1:1 по объему.