композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия

область техники

изобретение относится к композициям, применяемым для антикоррозионного покрытия в различных областях промышленности.

предшествующий уровень техники

в различных областях науки и техники создание покрытий, обеспечивающих надежную защиту различных конструкций от воздействия различных факторов окружающей среды и эксплуатационных сред, в том числе, высоких температур, коррозионно-агрессивных паров и жидкостей, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик конструкций, является актуальной задачей.

в процессе эксплуатации ресурс элементов металлоконструкций расходуется в результате воздействия следующих процессов: замедленного хрупкого растрескивания, коррозионного растрескивания, электрохимической коррозии, старения, ползучести, при этом наиболее значимыми процессами являются процессы растрескивания. при возросшей загрязненности атмосферы без специальных мер защиты от коррозии большинство металлических изделий и конструкций за 2-3 года теряют до 50 % своих функциональных свойств.

в настоящее время разработано большое количество покрытий различного назначения, существенно различающихся по механическим характеристикам и химическому составу, условиям и режимам их выполнения, например, нанесению на поверхность изделий, а также по стоимости, долговечности и ряду других параметров.

известна композиция для антикоррозионного покрытия, включающая модифицированный полиизобутиленом сополимер кубовых остатков ректификации стирола с ангидридами кислот, дибутилфталат, алюминиевую пудру и ксилол (SU, 897818, Al). наносят ее кистью, валиком или пульверизатором на предварительно подготовленную поверхность в 2-4 слоя. время высыхания одного слоя 30-40 мин при температуре 2O ⁰ C. композиция может быть использована для защиты стальных трубопроводов, применяемых в различных отраслях хозяйства. однако, при обработке водяным паром повышенного давления и температуры, которую обязательно проводят для очистки топливных баков и резервуаров перед заменой их содержимого, покрытие

является нестабильным и теряет свои защитные свойства. кроме того, композиция включает ксилол, стирол с ангидридами и дибутилфталат, являющиеся отравляющими веществами.

известна композиция для антикоррозионного покрытия на основе связующего, в качестве которого используют алкидно-стирольную смолу или тощую алкидную смолу в количестве 11,0-44,0 мac.%, включающая в качестве антикоррозионной добавки таннин или производные таннина в количестве 0,3-5,0 мac.%, пигменты 3,0- 24,0 мac.%, наполнители 5,0-22,0 мac.%, органический растворитель - остальное (RU, 2246512, Cl). композиция может быть использована в нефтяной промышленности для защиты поверхности изделий и конструкций из черных металлов. в качестве пигментов используют фосфат цинка, алюминиевую пудру, углерод технический, тетраоксихромат цинка, красный железоокисный пигмент и другие. композицию наносят кистью, наливом, распылителем. однако покрытие, полученное с использованием композиции имеет низкую термостойкость при температуре выше 25 ⁰ C и ниже минус 25 ⁰ C или резком изменении температуры, что не позволяет гарантировать долгосрочную работу таких покрытий на металлоконструкциях, эксплуатируемых в регионах с умеренными и суровыми климатическими условиями.

известна композиция для антикоррозионного покрытия (RU, 2215763, Cl), включающая в качестве пленкообразующего сополимер трифторхлорэтилена с винилиденфторидом, в качестве органического растворителя смесь ацетона, бутилацетата, толуола и этилацетата и алюминиевую пудру, которая увеличивает адгезию покрытия к стали. состав наносят на чистую сухую поверхность кистью, валиком, пневматическим распылителем и наливом. однако сложная технология нанесения такого покрытия, требующая спекания при повышенных температурах, что не всегда представляется возможным при нанесении покрытия на реальные объекты, значительно ограничивает его применение. кроме того, покрытие имеет высокую склонность к растрескиванию, что недопустимо при его использовании в условиях перепада температур.

известны различные герметизирующие и защитные композиции на основе полиуретана, как формообразующего соединения.

например, известна композиция, полученная взаимодействием высокомолекулярных полиэфирных спиртов, алкиленовых оксидов моноэтаноламина, пигмента, катализатора, неорганического наполнителя и органического

полиизоцианата (US, 4605 725, а), для применения в качестве защитного покрытия поверхностей в условиях теплового удара.

известны композиции, включающие преполимер уретана, соль третичного амина безкислородной гликолевой кислоты и продукта взаимодействия полиизоцианата с преполимером полиуретана, не имеющего изоцианатных функциональных групп (US, 5 852 137, а), для защиты пластмасс, металлов, стеклопластиков или композитов.

известны композиции, имеющие высокую устойчивость к горячей влаге и теплу, подтвержденную испытаниями прочности при растяжении после обработки изделий влажным горячим паром.

например, известна композиция, включающая полиизоцианатный ингредиента и высокомолекулярного спирта с озоновым ингибитором, в качестве которого используют специальный ароматический вторичный амин (US, 5 990 186, а).

известна двухкомпонентная композиция, устойчивая к окислению и устойчивая к воздействию горячей воды и воздуха до плюс 70 ⁰ C, содержащая в качестве гидрофобного полиэфирного компонента полибутиленгликоль или политетраметиленоксидгликоль полипропиленгликольтриол и стерически связанный амин в качестве антиоксиданта, полиизоцианат в качестве отвердителя и другие добавки: наполнитель, пластификатор, добавки для повышения адгезии, противодействия воздействиям ( US, 6 855 765, B2).

известна полиуретановая двухкомпонентная защитная низкомодульная композиция, обладающая хорошей эластичностью и окрашивающей способностью, получаемая взаимодействием толуендиизоцианат/полиоксиалки� �ен высокомолекулярного спиртового преполимерного компонента, имеющего гидроксильные концевые группы, толуендиизоцианат/полиоксиалки� �ен высокомолекулярного спиртового активатора, имеющего изоцианатные концевые группы, дифенилметандиизоцианат преполимерного компонента и дифенилметандиизоцианат мономерного компонента, и может включать добавки, обуславливающие устойчивость к воздействиям внешней среды, например, сорбирующие ультрафиолетовое излучение, стабилизаторы, фунгициды и другие (US, 2004198900, а). однако предполагаемое защитное покрытие имеет большую толщину 6 - 20 мм, что значительно ограничивает его использование при защите конструкций.

раскрытие изобретения

целью создания изобретения являлась разработка композиции для получения антикоррозионного термостойкого покрытия, обеспечивающего стабильные защитные свойства при эксплуатации в условиях резкого перепада температур, как в условиях атмосферы, так и при воздействии агрессивных сред, а также удобного в нанесении покрытия без использования дополнительного нагрева.

при создании изобретения была поставлена задача получения композиции, содержащей: связующее, обладающее высокой химической стойкостью, хорошей адгезией и при этом обеспечивающее отсутствие пор; эффективный пластификатор, придающий покрытию пластичность и расширяющий температурный интервал его высокоэластичного состояния, и армирующее вещество, повышающее механические свойства покрытия, способствующее лучшему сцеплению с подложкой и увеличивающее теплопроводность покрытия.

при этом при решении поставленной задачи в качестве критериев достижения желаемого технического результата были выбраны следующие параметры:

- обеспечение термостойкости антикоррозионного покрытия в интервале рабочих температур ± 5O ⁰ C,

- обеспечение защитных свойств покрытия при обработке поверхностей водяным паром при температуре 15O ⁰ C под давлением до 6 атм.

поставленная задача была решена созданием композиции для термостойкого антикоррозионного покрытия, включающей следующие компоненты при их соотношении, об. %: форполимерный полиуретан на основе толуилендиизоцианата и диэтиленгликоля - 55 - 35%, политрифторхлорэтилен - 35 - 55%, алюминиевая пудра - 5 - 10%, при этом дисперсность частиц алюминиевой пудры не более 20 мкм.

при этом сочетание в композиции форполимерного полиуретана на основе толуилендиизоцианата и диэтиленгликоля, характеризующегося относительно высокой химической стойкостью, хорошей адгезией (не менее 1 балла) и беспористостью в значительном диапазоне концентраций, а также повышенной устойчивостью к химически агрессивным средам, с политрифторхлорэтиленомом, являющимся эффективным пластификатором и придающим покрытию пластичность в широком

температурный интервале, а также дополнительную химическую стойкость в органических растворителях и кислотах, и алюминиевой пудрой в качестве армирующего вещества, усиливающего адгезионные свойства композиции и увеличивающего теплопроводность покрытия, обеспечивает высокие технологические, прочностные и защитные свойства покрытий согласно изобретению.

наилучший вариант осуществления изобретения

в дальнейшем изобретение поясняется примерами испытаний композиции для покрытия согласно изобретению, проведенных на образцах из низкоуглеродистой низколегированной стали с покрытием, выполненным с применением композиции согласно изобретению.

перед нанесением антикоррозийного покрытия тщательно перемешивают механическим путем композицию следующего состава: форполимерный полиуретан на основе толуилендиизопианата и диэтиленгликоля, политрифторхлорэтилен, алюминиевая пудра, содержащихся в композиции в различных концентрациях.

наносят защитное покрытие на образцы, выполненные в виде пластин с геометрическими размерами 50x30x5 мм из низкоуглеродистой низколегированной стали, простым механическим путем при помощи кисти или валика, при этом толщина первого слоя составляет 50-70 мкм. затем образцы выдерживают на воздухе ^' 22-24 ч до полной полимеризации. затем аналогично наносят второй слой такой же толщины и проводят аналогичную выдержку их на воздухе. после нанесения третьего слоя также толщиной 50-70 мкм осуществляют сушку на воздухе в течение 96 ч.

при этом было установлено, что при различном содержании форполимерного полиуретана на основе толуилендиизопианата и диэтиленгликоля покрытие изменяет свои технологические качества: при содержании в концентрации менее 35% покрытие становится пористым и процесс его нанесения становится нетехнологичным, при содержании в концентрациях более 55% покрытие теряет эластичность.

было также установлено, что при концентрациях политрифторхлорэтилена более 55% пористость покрытия сильно возрастает и процесс нанесения покрытия технологически осложняется, а при концентрациях менее 35% покрытие недостаточно пластично.

при концентрациях алюминиевой пудры менее 5% покрытие не обладает достаточной теплопроводностью, а следовательно, и термостойкостью, при концентрации более 10% замечено его негативное влияние на пластичность покрытия.

алюминиевую пудру дисперсностью более 20 мкм нельзя применять в данном составе из-за последующего ухудшения пластичных свойств данного покрытия. а использование алюминиевой пудры дисперсностью менее 5 мкм приводит к снижению экономической эффективности покрытия вследствие ее повышенной стоимости.

испытания проводили, подвергая образцы с нанесенным покрытием последовательно:

- контактированию с коррозионно-активной средой;

- термоциклированию в коррозионно-активной среде по циклу: выдержка 0,5 часа при плюс 50 ± 2 ⁰ C, затем 0,5 часа - при минус 50 ± 2 ⁰ C;

- обработке перегретым паром при температуре 150 ⁰ C под давлением 6 атм. контактирование образцов с коррозионно-активными средами проводили в ячейке с агрессивной средой, которую сначала погружали в сосуд дьюара с жидким азотом, а затем помещали в заполненный агрессивной средой бак, изготовленный из низкоуглеродистой стали, и закрывали его сверху крышкой, также изготовленной из низкоуглеродистой стали.

кроме того, покрытие наносили и на внутреннюю поверхность баков. выдерживали систему в течение 4, 5 лет на открытой площадке в атмосфере большого города (москва).

при этом для испытании образцов покрытий были использованы коррозионно- активные жидкие среды: бензин, этиленгликоль, метанол, газовый конденсат, в которые образцы с нанесенным покрытием погружали на половину своей длины, остальная часть образца находилась над раствором, то есть, в газовой фазе, для возможности контроля воздействия среды как при непосредственном контакте, так и при воздействии ее паров, а также в условиях частичной конденсации паров на образце выше линии раздела фаз среды. кроме того, при этом выявляли коррозию по линии раздела фаз среды.

при этом для контроля состояния образцов проводили визуальное наблюдение изменения цвета и консистенции коррозионной среды, состояния покрытия, а также измеряли электродный потенциал образцов для контроля наличия нарушения сквозной пористости покрытия.

для термоциклирования ячейку с образцами помещали в термостат, после достижения в термостате заданной температуры минус 50 ± 2 ⁰ C перемещали ячейку с образцами в термостат с заданной температурой плюс 50 ± 2 ⁰ C, и затем цикл повторяли до появления изменений в покрытии.

испытания воздействием перегретого дара проводили в сухопарнике, расположив образец на расстоянии 3 см от выхода струи перегретого до 150°C пара, подаваемого под давлением 6 атмосфер непосредственно на поверхность покрытия. варианты исследуемых образцов показаны в таблице.

таблица

испытания показали, что:

A) после выдержки в агрессивных средах на поверхности пластин с покрытием согласно изобретению не обнаружено трещин, очагов коррозии в виде коричневых пятен или точек, а агрессивные жидкие среды остаются прозрачными.

после выдержки в течение 4,5 лет стальные крышки бензобаков, на которые не было нанесено покрытие, изъедены ржавчиной практически на 30%. при этом на ее поверхности имеются язвенные поражения.

б) исследуемые антикоррозийные покрытия согласно изобретению при обработке водяным паром под давлением в течение 24 часов не растрескивались, не изменяли цвет, на них не было обнаружено очагов коррозии.

B) при термоциклировании в среде бензина, этиленгликоля, метанола, газового конденсата покрытия согласно изобретению, нанесенные на поверхность пластин, остаются сплошным и сохраняют свои защитные свойства после 50 циклов.

таким образом, композиция согласно изобретению обеспечивает получение покрытия, являющегося термостойким в широком диапазоне температур, обеспечивает

защитные свойства при резкой смене температур в атмосферных условиях и в условиях контактирования покрытия с коррозионно-активными средами.

промышленная применимость

композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия согласно изобретению содержит известные соединения, технология нанесения покрытий является простой, применимой в условиях производственных помещений и на открытых технологических площадях, не требует высоких температур и специальных устройств. покрытие может быть нанесено как кистью, так и с помощью распылителей, роликовых устройств.

изобретение может быть использовано в различных отраслях, в том числе, в нефтегазовой промышленности и машиностроении, судостроении, в частности, для защиты внутренних поверхностей стальных топливных баков и магистралей, в которых могут находиться все виды нефтепродуктов или различные органические растворители.