ПОКРЫТИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОВЕРХНОСТЬ Российский патент 2025 года по МПК C09D163/00 C08L63/00 C08K3/13 C08K3/36 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к лакокрасочным материалам, к области антикоррозионной защиты, в частности к защите поверхностей, емкостей, резервуаров, внутренних поверхностей стальных труб для транспортировки и хранения сырой нефти и труб для перекачки морской воды и снижения механических повреждений на подводной части корпуса и ледовом поясе судов ледового класса.

Уровень техники

Одним из самых распространенных способов защиты металлических, бетонных конструкций и изделий является нанесение лакокрасочных материалов. Для эффективной защиты принято использовать системы покрытий лакокрасочных материалов, состоящих из грунтовки и эмали. Эффективность такого способа защиты доказана и широко применяется в области судостроения и судоремонта.

Выбор типа лакокрасочного материала, толщины нанесения, срока службы и многие другие параметры зависят от условий его эксплуатации и типа защищаемого изделия. Например, повышенные требования предъявляются к лакокрасочным материалам, применяемым для внутреннего окрашивания специальных помещений на судне, таких как замкнутые трудновентилируемые помещения и полости, внутренние поверхности труб. Такие лакокрасочные материалы должны быть взрывобезопасными, малотоксичными, обеспечивать хорошие защитные свойства и физико-механические характеристики.

Известна композиция для антикоррозионного покрытия (RU 2174136 C2 от 15.07.1999, класс МПК C09D 5/08, C09D 163/02), включающая полимерное пленкообразующее вещество, в качестве которого применяют раствор эпоксидной смолы, и кремнийорганический отвердитель, который дополнительно содержит разновидность природного спекулярита - мелкочешуйчатого альфа-оксида железа с низким содержанием сопутствующих компонентов и высоким содержанием оксида железа. В качестве раствора эпоксидной смолы применяют смолу Э-41 в смеси органических растворителей, а в качестве кремнийорганического отвердителя - производное кремнийорганических аминов АСОТ-2.

Недостатком композиции является отсутствие наполнителей, что существенно удорожает композицию, в которой содержание антикоррозионного пигмента находится в пределах 20-40 масс. %. Кроме того, в составе эмали содержится природный спекулярит, степень измельчения которого составляет 63 мкм, на данном антикоррозионном пигменте невозможно добиться степени перетира в 50 мкм, характерных для эмалей.

Известен состав лакокрасочного трещиностойкого эпоксидного материала (RU2435809C2 от 11.05.2006, класс МПК C09D 5/02, C09D 163/00) применяемый для защиты балластных цистерн. Лакокрасочная композиция содержит 35-80% (по объему сухих веществ лакокрасочной композиции) системы связующего с соотношением между водородными эквивалентами отвердителя и эпоксидными эквивалентами основы в диапазоне от 20:100 до 120:100 0,5-30%) (по объему сухих веществ лакокрасочной композиции) одного или нескольких (типов) волокон. Волокна имеют среднюю длину не более 250 мкм.

Недостатком покрытия является небольшая толщина одного слоя (300 мкм), что увеличивает количество слоев и общее время необходимое для формирования покрытия в 1000 мкм. Кроме того, предлагаемая композиция получается путем введения волокон в уже готовые лакокрасочные материалы.

Известна эпоксидная композиция (RU 2424258 С1 от 25.11.2009, класс МПК C08L 63/02, С08К 13/02, С08К 3/02, С08К 3/04, С08К 3/08, CO8J 5/16 повышенной износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию при нагреве ее до температуры 80°С. Изобретение относится к эпоксидным композициям и может применяться в машиностроении. Эпоксидная композиция, содержит (мас.ч.): эпоксидную диановую смолу - 100, полиэтиленполиамин - 15-20, дибутилфталат - 8-12, измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)⋅10^{-6 м} - 20-25, кристаллический йод - 0,5-1,0 мас.ч., порошок железа с дисперсностью (5-10)⋅10^{-6 м}200-250.

Недостатком покрытия является отсутствие информации по формированию покрытия при температуре (20±2)°С. Испытания на истирание проводились на авторской установке, полученные результаты не коррелируются с общеизвестными методиками на истирание.

Известна композиция для антикоррозионного покрытия (RU 2283330 C1 от 05.07.2005, класс МПК C09D 5/08, C09D 163/00, C09D 163/02, C09D 113/00), где по первому варианту композиция включает следующее соотношение компонентов, мас. %: 16,0-18,0 эпоксикремнийорганического олигомера СЭДМ-1 в качестве полимерного пленкообразующего вещества, 34,0-36,0 бутадиенакрилонитрильного карбоксилатного каучука СКН-26-1,25, 24,0-27,0 разновидности природного мелкочешуйчатого альфа-оксида железа, 12,0-15,0 кремнийорганического отвердителя - производного кремнийорганических аминов АСОТ-2, 3,3-5,0 ксилола в качестве растворителя, 3,0-4,0 микроталька - талькона ММ-20, 0,7-1,0 синтетического кремнезема - аэросила Л-175. Разновидность природного мелкочешуйчатого альфа-оксида железа представляет собой спекулярит алтайского месторождения «Рудный Лог» с низким содержанием окислов кремния, алюминия, магния, кальция и содержанием альфа-оксида железа Fe203 не менее 60 мас. %. По второму варианту композиция включает следующее соотношение компонентов, мас. %: 14,0-16,0 эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 в качестве полимерного пленкообразующего вещества, 29,0-31,0 бутадиенакрилонитрильного карбоксилатного каучука СКН-26-1,25, 21,0-24,0 разновидности природного мелкочешуйчатого альфа-оксида железа, 24,0-25,3 кремнийорганического отвердителя - производного кремнийорганических аминов АСОТ-2, 3,0-4,0 ксилола в качестве растворителя, 3,0-4,0 микроталька - талькона ММ-20, 0,7-1,0 синтетического кремнезема - аэросила А-175.

Недостатком композиции является небольшая толщина одного слоя (140-160 мкм), что увеличивает количество слоев и общее время необходимое для формирования покрытия в 1000 мкм.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является состав для защитного покрытия (RU 2394861 C1 от 25.12.2008, класс МПК C09D 163/02), предназначенный для защиты деталей и элементов конструкций из алюминиевых сплавов и сталей от абразивного износа при истирании во время эксплуатации изделий. Состав защитного покрытия включает (мас.ч.): эпоксидную диановую смолу -100,0, отвердитель аминного типа 10,0-50,0, модификатор-низкомолекулярный эпоксиуретановый, полисульфидный или бутадиенакрилонитрильный каучук в количестве 5,0-40,0 мас.ч., наполнитель - мелкодисперсный квазикристаллический металлический наполнитель системы Al-Cu-Fe, микроармирующий наполнитель волокнистой или пластинчатой формы, выбранный из группы, включающей природные или искусственные силикаты магния, алюминия или кальция, пылевидный кварц или их смесь в количестве 20,0-100,0 мас.ч. и органический растворитель 200,0-420,0. В качестве отвердителя аминного типа состав содержит полиамидную смолу или кремнийорганический амин или их смесь. Состав может дополнительно содержать матирующие добавки в количестве 15,0-35,0 мас.ч. и пигменты в количестве 5,0-40,0 мас.ч.

Недостатком технического решения является небольшая толщина одного слоя (максимально 100 мкм), что увеличивает количество слоев и время, необходимое для формирования толстослойного покрытия.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаком тождественности (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения, что подтверждает критерий «новизна».

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемое техническое решение обеспечивает антикоррозийную защиту металлических, бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

Задача заявляемого технического решения разработка покрытия, обеспечивающего противокоррозионную защиту внутренних поверхностей резервуаров.

Раскрытие сущности технического решения

Техническим решением вышеприведенной задачи является разработка покрытия, предназначенного для нанесения на поверхность, и состоящее из основы, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в эпоксидных смолах, по меньшей мере, одном органическом растворителе, и отвердителя, где покрытие представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из основы эмали и отвердителя, где последний выполнен в виде смеси аминосодержащих соединений, при этом упомянутое покрытие на поверхность наносят в один слой толщиной 500 мкм при следующем соотношении компонентов, по сухому остатку, мас. %:

смола эпоксидная 55-60 о-Ксилол 6,5-4 диоксид кремния 1,5-2 пигментная часть 22-14 наполнителя, в виде микроталька 15-20 при этом отвердитель аминного типа, аминосодержащих соединений 40-50.

Указанное техническое решение обеспечивает противокоррозионную защиту внутренних поверхностей резервуаров, за счет введения антикоррозионных пигментов и наполнителей, обеспечивающих барьерную защиту металлической подложки и в то же время максимальную ледопроходимость, за счет высокой стойкости покрытия к динамическим нагрузкам и абразивостойкости с одновременным снижением потребление топлива, за счет уменьшения шероховатости корпуса.

Возможен вариант технического решения, где поверхность, на которую наносят слой, представляет собой металлическую, стальную поверхность. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность использование поверхностей.

Возможен вариант технического решения, где аминосодержащие соединения, представляют собой смесь циклоалифатических аминов, оснований Манниха и полиэфираминов, при этом в качестве пленкообразователя - эпоксидной смолы выступает смесь среднемолекулярных смол лакокрасочного ряда. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность использования отвердителя аминного типа.

Возможен вариант технического решения, где в зависимости от требуемого цвета в пигментной части покрытия могут быть использованы железооксидные пигменты, крона, оксид хрома в различных соотношениях. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность использования цветовой гаммы за счет использования пигментной части с различными указанными компонентами.

Осуществление технического решения

Предлагаемое покрытие предназначено для нанесения на поверхности, преимущественно стальную и бетонную поверхности. Все указанные поверхности подвергаются коррозии и им необходима антикоррозионная защита.

Заявляемое покрытие состоит из основы, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в эпоксидных смолах, растворенных в органическом растворителе.

Органические растворители - это летучие жидкие химические вещества органической природы с характерным ярким запахом, которые обладают способностью к растворению всяческих материалов различных типов.

В преимущественном варианте изобретения органический растворитель выбран из углеводородов ароматического ряда, это связано с тем, что данный растворитель является наиболее подходящим для растворения эпоксидных олигомеров. При этом количество органического растворителя в сухом остатке мас.ч. в покрытие составляет 4-6,5%.

Эпоксидная смола - олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры. В преимущественном варианте изобретения количество эпоксидной смолы в заявляемом покрытие в сухом остатке мас.ч. составляет 55-60 частей, что дает возможность создавать толстослойные прочные покрытия.

Пигмент - это высокодисперсные порошкообразные красящие вещества, придающие материалам непрозрачность, цвет, противокоррозионные и другие свойства. В зависимости от требуемого цвета в пигментной части покрытия могут быть использованы железооксидные пигменты, крона, оксиды хрома в различных соотношениях.

При этом количество пигмента в сухом остатке мас.ч., в составе покрытия, составляет 14-22.

Наполнитель - это нерастворимое в дисперсионных средах сухое неорганическое вещество. Применяют как добавки к пигментам. В преимущественном варианте изобретения наполнитель представляет собой микротальк, это связано с необходимостью придать покрытию барьерные защитные свойства. При этом количество наполнителя в сухом остатке мас.ч., в составе эмали, составляет 15-20.

Покрытие представляет собой двухкомпонентную систему, где:

- первый компонент - основа эмали, описанная выше.

- второй компонент - отвердитель, выполненный в виде смеси аминосодержащих соединений.

Данный отвердитель аминного типа используется для покрытий с высокими физико-механическими и противокоррозионными свойствами, отверждающимися в неблагоприятных условиях (описано, например, в патенте RU 2652797 C1). В преимущественном варианте заявляемого состава эмали отвердителя аминного типа в сухом остатке мас.ч., содержится 40-50 частей.

В заявляемом покрытие отвердитель аминного типа представляет собой аминосодержащие соединения, представляющие собой смесь циклоалифатических аминов, оснований Манниха и полиэфираминов. При этом указанные компоненты отвердитель аминного типа, а именно смесь циклоалифатических аминов, оснований Манниха и полиэфираминов используются при следующем соотношение:

циклоалифатические амины 40-50 основание Манниха 35-20 полиэфирамин 25-30

Покрытие наносят на поверхность в один слой толщиной 500 мкм при следующем соотношении компонентов, по сухому остатку, мас. %:

смола эпоксидная 55-60 о-Ксилол 6,5-4 диоксид кремния 1,5-2 пигментная часть 22-14 микротальк 15-20

Приведенные количественные показатели компонентов покрытия являются преимущественными, но не обязательными и на практике могут колебаться в пределах указанных значений, а в качестве отдельных компонентов могут использоваться и другие аналогичные по свойствам эквивалентные вещества, и компоненты, обладающие аналогичными свойствами, выполняющие аналогичные функции, позволяющие получить требуемый технический результат.

Заявляемое покрытие наносят в один слой толщиной 500 мкм, в два слоя общей толщиной 1000 мкм, либо в три слоя общей толщиной 1500 мкм.

Покрытие толщиной 500 мкм устойчиво к воздействию морской и пресной воды, нефти, нефтепродуктов, агрессивных газов, кратковременному воздействию щелочей и кислот.

Покрытие обладает высокими противокоррозионными свойствами, стойкостью к нефтепродуктам, пресной и морской воде, моющим средствам, за счет нахождения в составе комплекса сырьевых компонентов: эпоксидные смолы, пигменты, наполнители, отвердители.

Предлагаемое покрытие производится и поставляется в комплекте: основа эмали и отвердитель, которые перед формированием защитного покрытия смешивают и в смеси наносят на защищаемую поверхность преимущественно установками безвоздушного распыления, в том числе с раздельной подачей компонентов.

Покрытие наносят на чистую, сухую, дробеструенную поверхность металла, степени очистки от окислов - 2, степень обезжиривания - 1 по ГОСТ 9.402.

Защитное покрытие обладает высокой механической прочностью, стойкостью к истиранию, а также стойкостью к перепадам температуры от минус 60°С до плюс 80°С.

Покрытие может производится красно-коричневого или других цветов по согласованию с заказчиками.

Заявляемое эпоксидное покрытие соответствует всем требованиям, представленным ниже:

Наименование показателя Значение

ОСНОВА

Внешний вид и цвет

Однородная вязкая жидкость без посторонних примесей и включений, красно-коричневого или другого цвета, согласованного с заказчиком

Степень перетира, мкм не более 50 Массовая доля нелетучих веществ, % не менее 93

Готовое покрытие

Внешний вид и цвет пленки

После высыхания - ровная однородная пленка без посторонних включений

Предельная толщина нестекающего мокрого слоя, мм не менее 0,5 Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)°С, ч не более 24 Эластичность пленки при изгибе, мм не более 10

Стойкость пленки к статическому воздействию

- воды при температуре (90±2)°С, ч 72 - смеси бензина с толуолом при температуре (20±2)°С, ч 48 - 3% раствора NaCl при температуре (60±2)°С, ч 72 Адгезионная прочность, Мпа не менее 16

Предлагаемое покрытие исследовали в промышленных условиях при получении защитного покрытия с толщиной одного слоя в сухом состоянии до 500 мкм с высокими защитными свойствами, в различных агрессивных средах.

Перед нанесением заявляемого покрытия на основе эмали при комнатной температуре вводят отвердитель, смесь тщательно перемешивают для нанесения на поверхность покрытия методом безвоздушного распыления в том числе с раздельной подачей компонентов.

Пример 1

В диссольвер последовательно загружали о-ксилол, эпоксидную смолу и перемешивали до однородности. При перемешивании вводили диоксид кремния, и после тщательного перемешивания добавляли пигменты (красный железооксидный пигмент, антикоррозионный пигмент) и наполнитель, выполненный в виде микроталька. Проводили диспергирование в бисерной мельнице до степени перетира 50 мкм. Для получения покрытия на основе эмали смешивали основу с отвердителем в соотношении 100:50.

Пример 2

В диссольвер последовательно загружали о-ксилол, эпоксидную смолу и перемешивали до однородности. При перемешивании вводили диоксид кремния, и после тщательного перемешивания добавляли пигменты (черный железооксидный пигмент, диоксид титана, антикоррозионный пигмент) и наполнитель (микротальк). Проводили диспергирование в бисерной мельнице до степени перетира 50 мкм. Для получения покрытия на основе эмали смешивали основу с отвердителем в соотношении 100:50.

Из составов, приведенных в примерах (1-2), были получены покрытия толщиной однослойной пленки после высыхания 500 мкм на пластинах марки 08кп, а также на образцах из жести (для определения эластичности). Отверждение покрытий проводили при комнатной температуре. Определяли толщину покрытий, эластичность при изгибе по ГОСТ 6806-73. прочность при ударе по ГОСТ 4765-73, стойкость к статическому воздействию жидкостей по ГОСТ 9.403-2022 метод А, адгезионная прочность по ИСО 4624-2022.

Полученные результаты приведены ниже, где показаны основные свойства заявляемого покрытия в сравнении с прототипом

Наименование показателя Эмаль по прототипу Заявляемое покрытие

(RU 2394861 С1)

Массовая доля нелетучих веществ, % не менее 93 Предельная толщина нестекающего мокрого слоя, мм не менее 0,5 Твердость покрытия, мм (ISO 6441) 0,08 Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)°С, ч не более 24 Эластичность пленки при изгибе, мм не более 10 Стойкость пленки к статическому воздействию воды при температуре (90±2)°С, ч 72 Смеси бензина с толуолом при температуре (20±2)°С, ч 48 3% раствора NaCI при температуре (60±2)°С, ч 72 Адгезионная прочность, Мпа не менее 16 Адгезионная прочность (σа дг) при отрыве, кг/см² (ISO 4624) 62 - к алюминиевому сплаву 62,4 - к стеклопластику 68,5

Стойкость к истиранию после 1000 циклов

испытаний на абразиметре Табера (колесо CS-17), мг не более 80

Износостойкость по ISO 7784-2 (Индекс Табера) 34

Прочность пленки при ударе, см (ГОСТ 4765-73) 50 Прочность при ударе, Дж не менее 5 Стойкость к катодному отслаиванию (метод А) после 3 мес. испытаний, мм менее 5 Коэффициент трения скольжения о лед не более 0,03

Заявляемое покрытие в указанное составе с приведенными диапазонами компонентов, обеспечивает противокоррозионную защиту за счет введения антикоррозионных пигментов и наполнителей, обеспечивающих барьерную защиту металлической подложки и в то же время максимальную ледопроходимость, за счет высокой стойкости покрытия к динамическим нагрузкам и абразивостойкости с одновременным снижением потребление топлива за счет уменьшения шероховатости корпуса.

Изобретение относится к антикоррозионной защите поверхностей, емкостей, резервуаров, внутренних поверхностей стальных труб для транспортировки и хранения сырой нефти и труб для перекачки морской воды и снижения механических повреждений на подводной части корпуса и ледовом поясе судов ледового класса. Предложено покрытие, предназначенное для нанесения на сухую металлическую поверхность и полученное смешиванием основы, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в эпоксидных смолах в, по меньшей мере, одном органическом растворителе, и отвердителя, где покрытие получено из двухкомпонентной системы, состоящей из основы и отвердителя, где последний выполнен в виде смеси аминосодержащих соединений, при этом упомянутое покрытие на поверхность наносят в один слой толщиной 500 мкм при следующем соотношении компонентов основы (мас. %): смола эпоксидная (55-60), о-Ксилол (6,5-4), диоксид кремния (1,5-2), пигментная часть (22-14), наполнителя в виде микроталька (15-20), при этом соотношение основы и отвердителя аминного типа составляет 100:50. Технический результат – получение покрытия, обеспечивающего антикоррозионную защиту внутренних поверхностей резервуаров. 2 пр.

Покрытие, предназначенное для нанесения на сухую металлическую поверхность, полученное смешиванием основы, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в эпоксидных смолах, по меньшей мере, одном органическом растворителе, и отвердителя, где покрытие получено из двухкомпонентной системы, состоящей из основы и отвердителя, где последний выполнен в виде смеси аминосодержащих соединений, при этом упомянутое покрытие на поверхность наносят в один слой толщиной 500 мкм при следующем соотношении компонентов основы, мас. %:

смола эпоксидная 55-60 о-Ксилол 6,5-4 диоксид кремния 1,5-2 пигментная часть 22-14 наполнителя в виде микроталька 15-20,

при этом соотношение основы и отвердителя аминного типа составляет 100:50.