Протекторная грунтовка
Изобретение относится к протекторной грунтовке, которая используется для окраски рулонного металла, электрохимической защиты коррозии мостов, линий электропередач и других металлических конструкций длительного пользования. Протекторная грунтовка содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: 9,0-29,0 эпоксидной смолы, 3,0-9,5 полиамидной смолы, 23,0-36,6 пигмента, 3,0-5,0 препарата наночастиц цинка, 13,0-23,2 наполнителя, остальное - растворитель. Препарат наноструктурных частиц цинка используют с содержанием (0,4-4)×10-3 моль/дм3 в изооктане. Изобретение позволяет создать протекторную грунтовку с высокими коррозионными свойствами. 2 табл.
Изобретение относится к технологии производства лакокрасочных материалов, предназначенных для окраски рулонного металла, электрохимической защиты коррозии мостов, линий электропередач и других металлических конструкций длительного пользования.
Защитные свойства полимерных покрытий, как правило, определяются суммой физико-механических свойств:
- адгезионные и механические;
- электрохимические и электроизоляционные;
способность покрытий (полимерная пленка + пигмент) электрохимически защищать металл;
- способность пленок замедлять диффузию и перенос коррозионных реагентов к металлической поверхности.
Грунтовка, соприкасаясь непосредственно с металлом, должна обеспечить прочную адгезию, высокие защитные свойства.
Протекторные грунтовки обеспечивают катодную поляризацию металла благодаря высокому содержанию металлических порошков, которые, растворяясь, электрохимически защищают металлическую поверхность.
В качестве металлических порошков используют цинк, сплавы цинка с магнием, свинец, алюминий и другие. Перечисленные порошки имеют более отрицательный потенциал, чем сталь (железо). При этом требуется высокая степень наполнения порошками (до 90 масс.%). Такое количество цинка значительно ухудшает адгезию и увеличивает проницаемость. Кроме катодной защиты протекторные грунтовки дополнительно влияют путем действия продуктов анодного растворения порошков и становятся непроницаемы.
Известна протекторная грунтовка ЭП-057 ТУ 6-10-1175-75, представляющая собой суспензию цинкового порошка в растворе эпоксидной смолы Э-41, в качестве отвердителя использована полиамидная смола ПО-200, наполнитель - бентонит. Цинковый порошок вводится в количестве 67 масс.%. Толщина покрытия 100-250 мкм. При усовершенствовании путем замены сферических частиц на чешуйки Zn удается уменьшить содержание порошка в грунте до 30 масс.%. Однако это принципиально не решает проблемы создания коррозионностойких грунтовок с малым содержанием порошка и получением тонких покрытий.
Технической задачей изобретения является создание протекторной грунтовки с высокими коррозионными свойствами.
Для достижения технического результата протекторная грунтовка, содержащая эпоксидную, полиамидную смолу, цинковый порошок, наполнитель и растворители, в качестве цинкового порошка содержит препарат частиц цинка с диаметром порядка 10-9 м, концентрацией (0,4-4)·10-3 моль/дм3 в изооктане, дополнительно содержит пигмент:
компоненты грунтовки взяты в соотношении, масс.%:
Эпоксидная смола 9,0-29,0
Полиамидная смола 3,0-9,5
Пигмент 23,0-36,6
Наполнитель 13,0-23,2
Препарат частиц цинка 3,0-5,0
Растворитель - остальное
В последнее десятилетие успешно применяются наноразмерные металлические частицы - ультрамалые агрегаты металлов диаметром порядка нанометров (1 нм = 10-9 м).
Запатентован способ получения наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в системе обратных мицелл (Ru 2147487, 2000 г.). Способ включает приготовление обратно-мицеллярной дисперсии восстановителя на основе раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) в неполярном растворителе, в качестве восстановителя применяют вещество из группы флавоноидов, в качестве ПАВ используют бис-2-этилгексилсульфосукцинат натрия, а в качестве неполярного растворителя применяют предельные углеводороды. Способ позволяет увеличить время жизни и скорость формирования полученных наноструктурных металлических частиц и исключить необходимость создания анаэробных условий при их сингезе. Концентрация ПАВ в предельном углеводороде составляет 0,05-2 М. Концентрация вещества из группы флавоноидов в обратно-мицеллярной дисперсии варьируется от 3·10-4 до 3·10-3 М.
Соотношение молярных концентраций воды и ПАВ в обратно-мицеллярной дисперсии водного раствора соли металла изменяется в интервале 0,9-1,2.
В качестве ионов металлов используют ионы серебра, меди, железа, никеля, цинка.
Препарат наноструктурных частиц цинка представляет собой прозрачную жидкость темно-коричневого цвета, положение основной полосы поглощения - 530-560 нм, оптическая плотность - не менее 0,04 относит. ед., концентрация наночастиц цинка 0,4-4·10-3 моль/дм3. Можно использовать наночастицы Zn в аргоне.
В качестве эпоксидной смолы используют смолу Э-41 в растворе ТУ 6-10-607-78, смолу ЭД-8, Epicot 1001 фирмы Shell.
В качестве полиамидной смолы используют смолу ПО-300 ТУ 6-10-1108-76, ПО-200 ТУ 6-10-1304, Versamid 115 и 125 фирмы Shering, Германия.
В качестве пигмента используют красный железоокисный пигмент, окись хрома и другие. В качестве наполнителя используют тальк, микротальк, бентон 34 и другие. Приготовление протекторной грунтовки традиционно: получение пигментной пасты в скоростном диссольвере, затем диспергирование в бисерной мельнице до требуемой степени перетира, смешивание с препаратом наночастиц цинка в растворе с ксилолом. Грунтовку наносят методом распыления, валиком, кистью в два слоя с промежутком 1-2 часа. В таблице 1 приведены рецептуры протекторной грунтовки, в таблице 2 приведены показатели физико-механических свойств покрытий на ее основе.
Коррозионные и электрохимические испытания покрытий с использованием препарата наночастиц цинка проводились в сравнении с покрытием на основе серийной грунтовки ЭП-057 во ВНИИ Коррозии. Образцы с покрытиями помещали в боратный буферный раствор (рН 3,5). Покрытия наносили на пластины из углеродистой стали (150×20×2), площадь испытуемой поверхности составляла 10 см2. В момент погружения образцов в раствор на образцах устанавливался потенциал растворения цинка (-0,86). Первые признаки точечных нарушений покрыгия, наполненного порошком цинка, появились через 72 часа экспозиции, а через 15 часов покрытие полностью разрушилось. На покрытии, содержащем наночастицы цинка, точечные нарушения наблюдались через 300 часов экспозиции, полное разрушение покрытия наблюдалось через 500 часов экспозиции.
| Таблица 1. Рецептуры протекторных грунтовок, масс.%. | ||||
| Наименование компонентов | №1 | №2 | №3 | прототип |
| Эпоксидная смола Э-41 Эпоксидная смола ЭД-8 | 9,0 | 20 | 29 | 9,3 |
| Полиамидная смола ПО-200 (100%) ПО-300 | 3,0 | 6,6 | 9,5 | 3,04 |
| Окись хрома | 23 | |||
| Красный железоокисный пигмент | 36,6 | 24 | ||
| Микротальк | 18,3 | 22,2 | ||
| Тальк | 12 | |||
| Бентон 34 | 1 | 1 | 1 | 1,02 |
| Порошок цинка | 66,96 | |||
| Препарат наночастиц цинка | 3 | 4 | 5 | |
| Этилцеллозольв | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,3 |
| Ацетон | 6 | 6 | 6 | 4,62 |
| Ксилол | 22,6 | 16,7 | 13 | 14,76 |
| Таблица 2. Физико-механические свойства покрытий на основе протекторной грунтовки. | ||||
| Наименование показателей | №1 | №2 | №3 | прототип |
| Толщина 2-х слойного | ||||
| покрытия, мкм | 65 | 60 | 70 | 200 |
| Степень перетира, мкм | 30 | 25 | 30 | - |
| Изгиб пленки, мм | 1 | 1 | 1 | 2 |
| Прочность пленки при ударе на | ||||
| приборе У-1,н.см | 450 | 480 | 450 | 480 |
| Адгезия, балл | 1 | 1 | 1 | 1 |
| При температуре (20±2)°С | ||||
| Стойкость пленки | ||||
| к действию воды | ||||
| при температуре (20×2)°С, ч | 80 | 95 | 90 | 45 |
Протекторная грунтовка, содержащая эпоксидную смолу, полиамидную смолу, порошок цинка, наполнитель, растворитель, отличающаяся тем, что вместо порошка цинка используют препарат наноструктурных частиц цинка концентрацией (0,4-4)·10-3 моль/дм3 в изооктане и дополнительно введены пигменты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Эпоксидная смола 9,0-29,0
Полиамидная смола 3,0-9,5
Пигмент 23,0-36,6
Наполнитель 13,0-23,2
Препарат наночастиц цинка 3,0-5,0
Растворитель остальное
