ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В АГРЕССИВНЫХ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕДАХ Российский патент 2024 года по МПК C09D163/00 C09D5/08 

Изобретение является защитным антикоррозионным эпоксидным покрытием, которое предназначено для защиты трубопроводов, металлоконструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях перепада температур, в зонах переменного смачивания, в средах с высокой коррозионной активностью.

Известно защитное композиционное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к обледенению (патент РФ № 2724746 МПК C09D 5/08; C09D 163/02 дата публикации: 25.06.2020) содержащее внутренний слой, прилегающий непосредственно к металлической поверхности, выполненный из композиции, включающей 54,1-55,2 масс. % эпоксидной диановой смолы, 0,6-2,7 масс. % нанодисперсного оксида алюминия, 43,2 - 44,2 масс. % отвердителя изометилгидрофталевого ангидрита, и по меньшей мере трех слоев наружного покрытия, выполненного из композиции, включающей 28-32 об. % петролатума и 68-72 об. % керосина, обеспечивающее значения краевого угла смачивания наружной поверхности покрытия в диапазоне 90°<θ<110°.

Недостатком данного покрытия является многокомпонентность, технологическая сложность изготовления и нанесения состава, невысокие силы адгезии между контактирующими слоями композиции.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является лакокрасочное супергидрофобное покрытие (патент РФ № 2650135, МПК C09D5/16; C09D5/08; C09D127/06; C09D131/04; C09D163/00, дата публикации 09.04.2018), включающее полимерную основу, органический растворитель, наполнитель, сшивающую основу, органический пластификатор и компонент, ответственный за создание особой структуры поверхности, отличающееся тем, что в качестве полимерной основы оно содержит сополимеры винилхлорида с винилацетатом, в качестве наполнителя содержит нетоксичные оксиды переходных металлов, в качестве сшивающей основы содержит эпоксидную смолу, в качестве компонента, ответственного за создание особой структуры поверхности, содержит гидрофобизированный аэросил при следующем соотношении компонентов, масс. %: сополимеры винилхлорида с винилацетатом - 6,5…8,0; эпоксидная смола - 1,5…1,7; пластификатор - 7,0…11,0; аэросил гидрофобизированный - 6,0…10,0; нетоксичные оксиды переходных металлов - 29,0…40,0; органический растворитель - остальное.

Недостатком данного покрытия является его многокомпонентность, высокая стоимость и низкая стойкость к истирающему, воздействию ледовых образований при эксплуатации оборудования и конструкций в зоне переменного смачивания, а так же проблема сплошных покрытий, особенно в зоне сварки, которая отличается от гладкой части трубы худшим качеством поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление рецептуры и технологии изготовления состава, обеспечение более сплошного нанесения и усовершенствование характеристик покрытия, в частности увеличение механической и химической устойчивости к действию агрессивных сред и иных внешних факторов коррозии, за счет обеспечения высокой адгезии к металлическому субстрату и гидрофобности поверхностного слоя. Для достижения поставленной задачи предполагается в качестве внутреннего и внешнего слоя использовать эпоксидную смолу, модифицированную нанодисперсным оксидом алюминия (внутренний слой) и анионогенным ПАВ (внешний слой).

Техническим результатом является получение прочных химических связей между слоями антикоррозионного покрытия, его прочное физико-химическое сцепление с поверхностью металлических субстратов, а также гидрофобизация поверхностного слоя, обеспечивающее высокое защитное действие и физико-химическую стойкость.

Защитное покрытие представляет собой двухслойную конструкцию. В качестве внутреннего слоя применяют эпоксиполимерный композит, модифицированный высокодисперсным оксидом алюминия, а внутренний слой та же эпоксидная смола, но модифицированная анионогенным ПАВ (фиг. 1). Послойное нанесение эпоксидной смолы модифицированной наполнителями принципиально разной природы обеспечит полифункциональность покрытия, при этом не вызывает изменения прочностных характеристик композиционного материала не влияя на силы когезии.

Внутренний слой является гибридным органо-неорганическим полимерным композиционным материалом, в состав которого входит органический полимер (эпоксидная смола) и неорганический наполнитель (нанодисперсный оксид алюминия). Наполнитель, который вводят в состав органического полимера, является модифицирующим компонентом, поскольку обуславливает формирование активных центров в поверхностном слое, увеличивающих силы адгезии. Толщина внутреннего слоя при нанесении на поверхность металлоконструкций должна составлять от 15 мкм до 20 мкм.

Состав композиции внутреннего слоя, масс. %:

эпоксидная смола от 90,0 до 91,0;

отвердитель 8,1 до 9,1;

оксид алюминия от 0,8 до 0,9.

В качестве эпоксидной смолы используют эпоксидный олигомер марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), в качестве отвердителя полиэтиленполиамин - ПЭПА (ТУ 2413-357-00203447-99 с изм.1-3 (ОАО «Уралхимпласт», г. Нижний Тагил), в качестве наполнителя используют нанодисперсный оксид алюминия, полученный ультразвуковым диспергированием порошка (ТУ 6-09-426-75 ч.д.а.).

Смешивание эпоксидной смолы с наполнителем осуществляют на мешалке при постоянной скорости (около 500 об/мин) и комнатной температуре (около + 25°С) в течение 45 мин. По истечении указанного времени в подготовленную смесь вводят отвердитель, и далее перемешивание осуществляют при такой: же скорости и температуре, в течение не более 5 минут.

Наружный слой, контактирующий с агрессивной средой, обеспечивает максимальную гладкостность и гидрофобность покрытия, которая достигается благодаря самопроизвольной адсорбции вводимого ПАВ (олеат калия ТУ 20.14.33-004-51240208-2018) на поверхности покрытия.

Состав композиции внешнего слоя, масс. %:

эпоксидная смола от 90,0 до 91,0;

отвердитель 8,5 до 9,5;

олеат калия от 0,5 до 0,8.

Смешивание компонентов внешнего слоя осуществляется аналогично смешиванию внутреннего слоя, но на меньших оборотах магнитной мешалки (до 150 об/мин) во избежание пенообразования.

Нанесение двух слоев осуществляется последовательно друг за другом без выдержки во времени методом распыления, отверждение нанесенного на исследуемую поверхность двухслойного образца происходит одновременно, при комнатной температуре в течение 24 часов. Данная технология нанесения покрытия с одновременным отверждением обеспечивает экономию времени и способствует формированию необходимых внутримолекулярных и межфазных связей, влияющих на силы адгезии и когезии.

Оценка качественных характеристик разработанного покрытия проведены следующие испытания: оценка адгезионных свойств внутреннего слоя по краевому углу смачивания по методу лежащей капли с помощью оптического прибора ОСА-15ЕС DataPhysics Instruments GmbH. Низкие значения краевого угла свидетельствуют о высокой степени сцепления адгезива с выбранным (таль марки СТ3) субстратом. По значениям краевого угла определена относительная работа адгезии (на основании уравнения Дюпре - Юнга). Стремление относительной работы к единицы (в пределах от 0,9875 до 0,9923 для контрольных образцов) свидетельствует об упрочнении межмолекулярных связей на границе раздела адгезив/субстрат.

Оценка коррозионной стойкости металла, защищенного разработанным покрытием, в воде с высокой минерализацией - порядка 220 г/дм³ (имитация морской и пластовой воды) в зоне переменного смачивания проводилась гравиметрическим методом, путем оценки изменения массы стальных с покрытием после длительного смачивания, на основании методики, описанной в ГОСТ 9.506-87. Увеличения массы покрытия образцов после выдерживания в течение 30 дней не превысило 0,005 г (менее 1% от массы образца), после выдерживания в течение 180 дней не превысило 0,02 г (не более 4% от массы образца).

Определению стойкости к обледенению покрытия проведено по краевому углу смачивания по методу лежащей капли. На подготовленные соответствующим образом стальные образцы с покрытием (фиг. 2) и без (фиг. 3), дозировали пресную и соленую воду и фиксировали значения краевого угла в начальный момент и через 10 минут. Значения краевого угла j более 100° свидетельствуют о супергидрофобности покрытия.

Технология нанесения данного покрытия на защищаемую поверхность не предполагает дополнительной специальной обработки поверхности (достаточно механической очистки) и осуществляется непосредственно нанесение покрытия с помощью пневматического распылителя.

Таким образом, разработанная конструкция защитного покрытия потенциально позволяет повысить надежность металлоконструкций, эксплуатируемых в условиях перепада температур, в зонах переменного смачивания, в средах с высокой коррозионной активностью.

Изобретение относится к защитным антикоррозионным эпоксидным покрытиям. Предложено защитное антикоррозионное эпоксидное покрытие, предназначенное для защиты трубопроводов, металлоконструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях перепада температур, в зонах переменного смачивания, в средах с высокой коррозионной активностью, представляющее собой двухслойную конструкцию, в которой внутренний слой является гибридным органо-неорганическим полимерным композиционным материалом, в состав которого входит органический полимер - эпоксидная смола, отвердитель - полиэтиленполиамин, неорганический наполнитель - нанодисперсный оксид алюминия, а наружный слой представляет собой ту же эпоксидную смолу, модифицированную анионогенным ПАВ, и тот же отвердитель, причем толщина внутреннего слоя при нанесении на поверхность металлоконструкций должна составлять от 15 до 20 мкм. Технический результат - получение прочных химических связей между слоями антикоррозионного покрытия, его прочное физико-химическое сцепление с поверхностью металлических субстратов, а также гидрофобизация поверхностного слоя, обеспечивающее высокое защитное действие и физико-химическую стойкость. 3 ил.

Защитное антикоррозионное эпоксидное покрытие, предназначенное для защиты трубопроводов, металлоконструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях перепада температур, в зонах переменного смачивания, в средах с высокой коррозионной активностью, представляющее собой двухслойную конструкцию, в которой внутренний слой является гибридным органо-неорганическим полимерным композиционным материалом, в состав которого входит органический полимер - эпоксидная смола, отвердитель - полиэтиленполиамин, неорганический наполнитель - нанодисперсный оксид алюминия, а наружный слой представляет собой ту же эпоксидную смолу, модифицированную анионогенным ПАВ, и тот же отвердитель, причем толщина внутреннего слоя при нанесении на поверхность металлоконструкций должна составлять от 15 до 20 мкм.