ГРУНТ-ЭМАЛЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2025 года по МПК C09D163/00 C08L63/00 C08K3/13 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к лакокрасочным материалам-широкого спектра применения, в частности к области антикоррозионной защиты металлических изделий, например, для наружной поверхности емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов, продуктов машиностроения, подвижного состава железнодорожных платформ, мостов, путепроводов, судовых или иных конструкций, используемых при строительстве и ремонте объектов, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, морской и пресной воде (гидросооружения и т.п.), в том числе оборудования с подземной установкой, а также подлежащих тепловой изоляции, для отделки поверхностей судовых жилых и служебных помещений, постов управления и выгородок трапов, для защиты металлических и бетонных конструкций на объектах атомной энергетики для дезактивируемой отделки различных поверхностей помещений и оборудования в зоне атомных электростанций и тому подобное. Кроме тог о, используется также в покрытиях, контактирующих с зерном или другими пищевыми продуктами.

Уровень техники

Одним из самых распространенных способов защиты металлических, бетонных и смешанных конструкций и изделий является нанесение лакокрасочных материалов. Для эффективной защиты принято использовать или системы покрытий лакокрасочных материалов, состоящих из грунтовки и эмали, или грунт-эмали. Предпочтительным вариантом является грунт-эмаль, так как данный вид лакокрасочного материала сочетает в себе свойства грунтовки и эмали, что позволяет сократить время нанесения за счет меньшего количества слоев.

При этом срок службы антикоррозионной защиты лакокрасочными материалами зависит не только от качества самого материала, но и от соблюдения способов и условий нанесения, предназначенных для конкретного материала.

Из уровня техники известна эмаль (RU 2307143 от 06.05.2005, дата публикации 20.11.2006, класс МПК C09D 163/00, C08L 63/00, C08G 59/14, C08G 61/00, C08K 3/34, C09D 5/08) представляющая собой комплект, включающая полуфабрикат эмали, содержащий раствор эпоксидной смолы-основы в органическом растворителе и отвердитель аминного типа, где эпоксидная смола-основа получена эпоксидированием ароматически сопряженного гидроксифенилена, имеющего степень поликонденсации n=0-2, полученного из двухатомного фенола или алкилрезорцина, где полуфабрикат содержит 50-60-ный мас. % раствор эпоксидной диановой смолы-основы со степенью поликопденсации n=0-2, эпоксидирование гидроксифенилена, проводят в расплаве при температуре 120-165°С в присутствии 0,15-0,35 мас. % 2,4,6-трисдиметиламинометилфенола до содержания эпоксидных групп 10,1-11,0 мас. % и дополнительно полуфабрикат эмали содержит пигменты, наполнитель - смесь микроталька, каолина и микрослюды, органический растворитель при следующем соотношении ингредиентов в полуфабрикате эмали, мас. %: пигменты 17-30, вышеуказанный наполнитель 7-15, органический растворитель 5,22-6,93, вышеуказанный раствор эпоксидной смолы, остальное и соотношение ингредиентов в составе эмали составляет, мас.ч.: вышеуказанный полуфабрикат эмали 100 и отвердитель аминного типа 2.1-28,6.

К недостаткам указанной эмали, как показывает практика, следует отнести низкую условную вязкость композиции (15-35 с при температуре (20±0,5)°С по вискозиметру В3-246 с диаметром сопла 4 мм), что не обеспечивает ее тиксотропности при нанесении на защищаемую поверхность и требует нанесения 2-4 слоев эмали для обеспечения толщины покрытия 100-150 мкм. Кроме того, в рецептуре эмали используются 4 вида растворителей (ацетон, толуол, ксилол, этилцеллозольв), что осложняет технологический процесс, при этом также время высыхания до степени 3 довольно продолжительное и составляет 24 ч.

Известна также эмаль для атмосферостойких коррозионностойких покрытий (RU 2654753 С1 от 19.12.2016, дата публикации: 22.05.2018, класс МПК C09D 163/00, С08К 3/34, С08К 3/00), которая включает в себя полуфабрикат эмали, в состав которого введена реологическая добавка органобентонит «CLAYTON», пигменты, наполнитель, отвердитель аминного типа. Полуфабрикат эмали содержит следующее соотношение ингредиентов в мас. %: 21,7-25,30 пигменты, 9,40-13,5 наполнитель, 1,50 реологическая добавка органобентонит «CLAYTON», 6,13-6,40 органический растворитель, 56,90-57,46 по сухому остатку раствор эпоксидиановой смолы. Органический растворитель имеет состав, мас. %: 42,20-48,90 этилцеллозольв, 57,80-51,10 толуол. Отвердитель аминного типа содержится в количестве 2,20-28,60 мас.ч. на 100 мас.ч. полуфабриката. Указанное техническое решение наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому и было взято за прототип.

Недостатком эмали является невысокая толщина нестекающего мокрого слоя (200-260 мкм) и длительное время высыхания (до степени 3 при температуре (20±2)°С 22 ч).

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 кри терий «новизна».

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

Задача заявляемого технического решения разработка лакокрасочного материала грунт-эмали, состав которого позволяет получить прочное и долговечное покрытие.

Раскрытие сущности технического решения

Техническим решением вышеприведенной задачи является разработка грунт-эмали, представляющей собой композицию, состоящую из основы - суспензии пигментов и наполнителей в растворе эпоксидной смолы в органических растворителях и отвердителя, где заявляемая грунт-эмаль представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из основы и соответствующего отвердителя аминного типа, при этом наполнители выполнены в виде микроталька и микробарита, а сама грунт-эмаль представляет собой следующий состав, в сухом остатке (мас.ч.%):

смола эпоксидная 35-40 о-Ксилол 5-2,5 бутиловый спирт 4-8 органобентонит 1-0,5 пигментная часть 5-7 микротальк 30-16 микробарит 20-26,

при этом отвердитель аминного типа: 3-15 на 100 мас.ч.

Указанное техническое решение позволяет получить прочное и долговечное покрытие, за счет введенного в состав комплекса сырьевых компонентов, таких как: эпоксидная смола, пигменты, наполнители, отвердитель, при толщине одного слоя, не менее 100 мкр.

Возможен вариант технического решения, где пигментная часть представляет собой диоксид титана и/или железооксидные пигменты. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность использования цветовой гаммы за счет использования пигментной части с различными указанными компонентами

Возможен вариант технического решения, где отвердитель аминного типа представляет собой модифицированный феналкамин. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность использования отвердителя аминного типа.

Осуществление технического решения

Предлагаемый состав грунт-эмали представляет собой композицию, состоящую из основы - суспензии пигментов и наполнителей в растворе эпоксидной смолы в органических растворителях и отвердителя.

Суспензия пигментов - эмаль с различными наполнителями (в заявляемом варианте микротальк, микробарит) в растворе пленкообразующего вещества синтетического происхождения. После высыхания эмаль формируется в твердую пленку с блеском и различной текстурой. В преимущественном варианте изобретения количество пигментов составляет 5-7%.

Наполнитель - это нерастворимое в дисперсионных средах сухое неорганическое вещество. Применяют как добавки к пигментам. В преимущественном варианте изобретения наполнитель представляет собой микротальк и микробарит, это придает покрытию атмосферостойкость и механическую прочность. При этом количество наполнителя в сухом остатке мас.ч., в составе грунт-эмали, составляет для микроталька 30-16, для микробарита 20-26.

Микротальк - это наполнитель - тальк самого мелкого помола. Он используется в разных областях, где требуется обеспечить гомогенность сырья и стабильность его состава.

Микробарит - это наполнитель, который используется в лакокрасочной промышленности, с более низкой маслоемкостью и высоким для наполнителя коэффициентом преломления.

Микробарит имеет низкую растворимость и успешно используется как в кислых водоразбавляемых, так и в щелочных лакокрасочных композициях

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 заявляемой грунт-эмали в сухом остатке мас.ч. составляет 35-40 частей, что дает возможность создавать толстослойные прочные покрытия.

Грунт- эмаль представляет собой двухкомпонентную систему, где:

- первый компонент представляет собой основу эмали, описанную выше.

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

Данный отвердитель аминного типа используется для грунт-эмали с высокими физико-механическими и противокоррозионными свойствами, отверждающимися в неблагоприятных условиях (данные свойства описаны, например, в патенте RU 2652797 CT). В преимущественном варианте реализации отвердитель аминного типа используется в количестве: 3-15 на 100 мас.ч.

Предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали производится и поставляется в комплекте: основа грунт-эмали и смешанный алифатический полиаминный отвердитель, в виде модифицированного феналкамина, которые перед формированием защитного покрытия смешивают и наносят на защищаемую поверхность.

Модифицированный феналкамин, являющийся отверждающим средством и обладающий преимуществами быстрого отверждения, особенно подходит для использования в условиях низкой температуры, а также для круглогодичного использования.

Предпочтительнее наносить грунт-эмаль методом безвоздушного распыления, но также допускается нанесение методом пневматического распыления и кистью (на площади менее 1 м²). При толщине одного слоя сухого покрытия 100-150 мкм обеспечивается устойчивость к воздействию морской и пресной воды, нефти, нефтепродуктов, кратковременному воздействию щелочей и кислот.

Заявляемая грунт-эмаль, благодаря достаточной вязкости и тиксотропности, обеспечиваемой высокой массовой долей нелетучих веществ в сочетании с применением функционального аминного отвердителя наноситься на защищаемую поверхность с образованием за один проход нестекающего мокрого слоя до 500 мкм (200-260 мкм прототип) и сухой пленки толщиной 100-150 мкм (160-180 мкм прототип), что очень важно для защиты металлических изделий в судостроении. При этом время высыхания грунт-эмали до степени 3 при температуре (20±2)°С составляет всего 8 ч, что позволяет ее применять для конструкций, требующих быстрого возврата в эксплуатацию или нанесения нескольких слоев в течение короткого периода времени.

Защитное покрытие предлагаемой грунт-эмали обладает высокой механической прочностью, стойкостью к истиранию, а также позволяет эксплуатацию изделий при перепадах температур от минус 60°С до плюс 80°С.

Нанесение грунт-эмали проводится на поверхность со степенью подготовки не менее Sa 2 1/2 по ГОСТ Р ИСО 8501-1 или на предварительно загрунтованную грунтовкой и высушенную металлическую поверхность. Грунт-эмаль наносят в интервале температур минус 5÷40°С при относительной влажности окружающего воздуха не более 85%.

При соблюдении вышеуказанных условий срок службы заявляемой грунт-эмали, как самостоятельного покрытия, нанесенной в один слой толщиной сухого покрытия до 150 мкм, обеспечивает защиту от коррозии не менее 10 лет для различных категорий атмосферной коррозионной активности в соответствии с ГОСТ 34667.

Данное покрытие может перекрываться различными эпоксидными и полиуретановыми эмалями.

Характерной особенностью, предлагаемой грунт-эмали, является возможность ее применения не только как самостоятельного покрытия, но и в качестве грунтовочного покрытия.

В преимущественном, но не обязательном варианте, предлагаемая эпоксидная композиция грунт-эмали содержит основу и отвердитель при следующем преимущественном соотношении, масс.ч:

Наименование компонентов Содержание, % масс Смола эпоксидная 35-40 о-Ксилол 3-6 Бутиловый спирт 5-11 Органобентонит 0,5-2 Пигментная часть 5-7 Микротальк 20-30 Микробарит 20-30 Итого 100 Отвердитель - смешанный алифатический полиамин 3-15

Приведенные количественные показатели компонентов эпоксидной грунт-эмали 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.

Заявляемая эпоксидная групт-эмаль соответствует всем требованиям, представленным ниже:

Предлагаемую эпоксидную композицию грунт-эмали по изобретению исследовали в промышленных условиях при получении защитного покрытия с толщиной одного слоя в сухом состоянии до 150 мкм с высокими защитными свойствами в различных агрессивных средах.

Пример 1

В диссольвер последовательно загружали следующий состав грунт-эмали: о-ксилол, бутиловый спирт, раствор эпоксидиановой смолы и перемешивали до однородности. При перемешивании вводили органобентонит, и после тщательного перемешивания добавляли пигменты (диоксид титана, черный пигмент) и наполнители (микротальк, микробарит). Проводили диспергирование в бисерной мельнице до степени перетира 80 мкм. Для получения покрытия на основе грунт-эмали смешивали основу с отвердителем в соотношении 100:10.

Пример 2

В диссольвер последовательно загружали следующий состав грунт-эмали: о-ксилол, бутиловый спирт, раствор эпоксидиановой смолы и перемешивают до однородности. При перемешивании вводили органобентонит, и после тщательного перемешивания добавляли пигменты (красный железооксидный пигмент) и наполнители (микротальк, микробарит). Проводили диспергирование в бисерной мельнице до степени перетира 80 мкм. Для получения покрытия на основе грунт-эмали смешивали основу с отвердителем в соотношении 100:10.

Пример 3 (прототип)

Согласно патенту RU 2654753 C1 в диссольвер закрытого типа загружают расчетное количество раствора эпоксидиановой смолы с концентрацией 56,90-57,46 мас. % по сухому остатку, затем вводят пигменты, смесь наполнителей и реологическую добавку. Диссольвер оснащен диспергирующей фрезой со скоростью вращения до 1500 об/мин. Производится преддиспергирование в течение 1-2 часов. Полученный замес пропускается через горизонтальную бисерную мельницу производительностью до 1500 кг/ч с приемом в смеситель. При получении степени измельчения не более 40 мкм вводят в полуфабрикат эмали расчетное количество этилцеллозольва, толуола, перемешивают полуфабрикат в течение 1-2 ч и после определения вязкости и массовой доли нелетучих веществ через фильтр сливают в тару.

Перед нанесением покрытия в полуфабрикат эмали при комнатной температуре вводят отвердитель, смесь тщательно перемешивают для нанесения на поверхность покрытия методом безвоздушного распыления или другими способами.

Метод нанесения на поверхность металла, в примерах (1-3) а именно на стальные конструкции - безвоздушное распыление.

Стальные конструкции предварительно были очищены от масляных и жировых пятен, водорастворимых загрязнений, ржавчины, окалины, пыли и грязи до степени Sa 2 1/2 по ГОСТ Р ИСО 8501-1.

Из составов, приведенных в примерах (1-2), были получены покрытия толщиной 150 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 воды по ГОСТ 9.403-2022 метод А.

Полученные результаты приведены ниже:

Заявляемая грунт-эмаль в указанном составе с приведенными диапазонами компонентов, обеспечивает получение прочного и долговечного покрытия, за счет введенного в состав комплекса сырьевых компонентов: эпоксидная смола, пигменты, наполнители, отвердитель, в том числе в холодных и влажных условиях при толщине одного слоя не менее 100 мкм.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам широкого спектра применения: для антикоррозионной защиты металлических изделий, тепловой изоляции, для дезактивируемой отделки различных поверхностей помещений и оборудования, в покрытиях, контактирующих с зерном или другими пищевыми продуктами. Предложена грунт-эмаль, представляющая собой композицию, состоящую из основы - суспензии пигментов и наполнителей в растворе эпоксидной смолы в органических растворителях и отвердителя, где заявляемая грунт-эмаль представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из основы и соответствующего отвердителя аминного типа, при этом наполнители выполнены в виде микроталька и микробарита, а сама грунт-эмаль представляет собой следующий состав, мас.ч.: смола эпоксидная 35-40, о-Ксилол 5-2,5, бутиловый спирт 4-8, органобентонит 1-0,5, пигментная часть 5-7, микротальк 30-16, микробарит 20-26, при этом отвердитель аминного типа используют в количестве 3-15 мас.ч. на 100 мас.ч. основы. Технический результат - получение прочного и долговечного покрытия. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Грунт-эмаль, представляющая собой композицию, состоящую из основы – суспензии пигментов и наполнителей в растворе эпоксидной смолы в органических растворителях и отвердителя, отличающаяся тем, что заявляемая грунт-эмаль представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из основы и соответствующего отвердителя аминного типа, при этом наполнители выполнены в виде микроталька и микробарита, а сама грунт-эмаль представляет собой следующий состав, мас.ч.:

смола эпоксидная35-40 смола эпоксидная35-40 о-Ксилол5-2,5 о-Ксилол5-2,5 бутиловый спирт4-8 бутиловый спирт4-8 органобентонит1-0,5 органобентонит1-0,5 пигментная часть5-7 пигментная часть5-7 микротальк30-16 микротальк30-16 микробарит20-26 микробарит20-26,

при этом количество отвердителя аминного типа 3-15 мас.ч. на 100 мас.ч. основы.

2. Грунт-эмаль по п. 1, отличающаяся тем, что пигментная часть представляет собой диоксид титана и/или железооксидные пигменты.

3. Грунт-эмаль по п. 1, отличающаяся тем, что отвердитель аминного типа представляет собой модифицированный феналкамин.