химически стойкая композиция для покрытий
| Классы МПК: | C09D127/24 галогенидами |
| Автор(ы): | Белоусова Татьяна Николаевна (RU), Гордон Елена Петровна (RU), Матус Лариса Ивановна (RU), Митрохин Анатолий Михайлович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Открытое Акционерное Общество "КАУСТИК" (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2004-12-20 публикация патента:
20.07.2006 |
Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к химически стойким композициям для покрытий, предназначенным для защиты в многослойном покрытии оборудования, металлических конструкций, а также бетонных и железобетонных строительных конструкций, эксплуатируемых внутри помещений и в атмосферных условиях, от воздействия агрессивных газов и паров химических производств, от длительного воздействия концентрированных кислот, растворов щелочей при проливах, от длительного воздействия растворов солей при температуре не выше плюс 60°С. Композиция содержит лак ХВ-784 на основе перхлорвиниловой смолы в качестве основного пленкообразователя, пигменты - диоксид титана и/или графит, наполнитель - микротальк, ингибитор коррозии - нитрит натрия, органический растворитель, в качестве дополнительного пленкообразующего вещества смесь хлорированных парафинов с длиной цепи С12-С 30 со средней эмпирической формулой
Сn Н2n+2-хClх, где х=18-23, n - количество атомов углерода в молекуле парафина, n - 12-30, содержащей не менее 70 мас.% хлора, в количестве 5,52-28 мас.%. Технический результат - улучшение химической стойкости и повышение адгезии покрытий. 4 табл.
Формула изобретения
Химически стойкая композиция для покрытий, включающая лак ХВ-784 на основе перхлорвиниловой смолы, пигменты, наполнитель - микротальк и органический растворитель, отличающаяся тем, что содержит в качестве дополнительного пленкообразующего хлорпарафин ХП-66Т - смесь хлорированных парафинов с длиной цепи С12 -С30 со средней эмпирической формулой
С nН2n+2-хClх, где х=18-23,
где n - количество атомов углерода в молекуле парафина;
n - 12-30,
содержащей не менее 70 мас.% хлора, в качестве пигментов - диоксид титана и/или графит, и может содержать ингибитор коррозии - нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Лак ХВ-784 | 11,05-55,65 |
| Смесь хлорпарафинов с длиной | |
| цепи С12 -С30 | 5,52-28 |
| Органический растворитель | 5,53-27,64 |
| Наполнитель микротальк | 24-30 |
| Диоксид титана и/или графит | 0,17-5 |
| Ингибитор коррозии - нитрит натрия | 0-0,5 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к химически стойким композициям, предназначенным для защиты в многослойном покрытии оборудования, металлических конструкций, а также бетонных и железобетонных строительных конструкций, эксплуатируемых внутри помещений и в атмосферных условиях, от воздействия агрессивных газов и паров химических производств, от длительного воздействия концентрированных кислот, растворов щелочей при проливах, от длительного воздействия растворов солей при температуре не выше плюс 60°С.
В настоящее время лакокрасочная промышленность выпускает большой ассортимент материалов для защиты оборудования химических производств. Наиболее стойкие покрытия к действию растворов кислот и солей получают при использовании лакокрасочных материалов на основе хлорсодержащих полимеров - дополнительно хлорированного поливинилхлорида, сополимеров винилхлорида с винилиденхлоридом и фенолформальдегидных одигомеров. В растворах щелочей наибольшую стойкость имеют покрытия на основе эпоксидных олигомеров, хлоркаучука и сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом.
Известны перхлорвиниловые лакокрасочные композиции для защитных покрытий, характеризующиеся низкой паропроницаемостью, высокой водо- и атмосферостойкостью. Они стойки к действию растворов минеральных кислот, щелочей и солей, к агрессивным газообразным продуктам (особенно, если в их состав входят химически стойкие модификаторы, пластификаторы и пигменты). Перхлорвиниловые покрытия выдерживают действие воды, жиров, масел, спиртов, алифатических углеводородов (бензинов, уайт-спирита и др.). Они не подвергаются действию плесени и устойчивы к возгоранию, практически негорючи [Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. М., Химия, 1982, с.199].
К недостаткам перхлорвиниловых покрытий относятся: недостаточный блеск и склонность к загрязнению и размягчению при температуре выше 60°С; низкая адгезия к металлическим поверхностям; низкая термо- и светостойкость, длительное отверждение при комнатных условиях, резкое снижение адгезии при воздействии на покрытие агрессивных сред [Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. М., Химия, 1982, с.199].
В состав перхлорвиниловых лаков, эмалей, грунтовок и шпатлевок входят пленкообразующие смола ПСХ-ЛС и ПСХ-ЛН, вводимые в виде 10-25%-ных растворов, модификаторы, пластификаторы, пигменты и различные добавки [Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. М., Химия, 1982, с.190].
Для повышения блеска, адгезии, содержания нелетучих веществ и для снижения термопластичности покрытия вводят модификаторы. Содержание модификаторов колеблется от 0,15 до 0,5 масс. ч. на 1 масс. ч. перхлорвиниловой смолы. В качестве модификаторов применяют высыхающую алкидную смолу (N 135, ПФ-077, ФЛ-390 и др.), реже - алкидноакриловую смолу АС-4.
Пластификаторы повышают эластичность покрытий и снижают их паропроницаемость. Их вводят в количестве 0,3-0,5 масс. ч. на 1 масс. ч. перхлорвиниловой смолы. Наиболее часто применяют трикрезилфосфат, дибутилфталат, хлорпарафин ХП-470, совол (полихлорфенил) [Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. М., Химия, 1982, с.190-191].
Наиболее близкой к изобретению является эмаль ХВ-785, содержащая средневязкую перхлорвиниловую смолу, пластификатор, модификатор, пигмент, органические растворители [Эмали ХВ-785 и лак ХВ-784. ГОСТ 7313-752. Технические условия].
Покрытие на основе этой эмали обладает недостаточной стойкостью к действию концентрированных кислот, солей, щелочей и слабой адгезией к поверхности металла.
Технической задачей изобретения является улучшение химической стойкости и повышение адгезии покрытия.
Технический результат достигается за счет того, что химически стойкая композиция для покрытия, включающая лак ХВ-784 на основе перхлорвиниловой смолы, пигменты, наполнитель - микротальк и органический растворитель, отличается тем, что она содержит в качестве дополнительного пленкообразующего хлорпарафин ХП-66Т - смесь хлорированных парафинов с длиной цепи С12-С 30 со средней эмпирической формулой
Cn H2n+2-xClх, где х=18-23.
n - количество атомов углерода в молекуле парафина,
n=12-30,
содержащей не менее 70 мас.% хлора, в качестве пигментов - диоксид титана и/или графит, и может содержать ингибитор коррозии при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Лак ХВ-784 | 11,05-55,65 |
| Смесь хлорпарафинов с длиной | |
| цепи C12 -С30 | 5,52-28 |
| Органический растворитель | 5,53-27,64 |
| Микротальк | 24-30 |
| Диоксид титана и/или графит | 0,17-5 |
| Ингибитор коррозии - нитрит натрия | 0-0,5 |
Использование в качестве дополнительного пленкообразующего вещества смеси хлорированных парафинов с длиной углеродной цепи C12-С30 и массовой долей хлора не менее 70 мас.% (твердого хлорпарафина) в количестве 5,52-28 мас.% приводит к значительному улучшению химической стойкости и адгезии покрытия, снижению горючести.
В предлагаемой химически стойкой композиции используется лак ХВ-784, который представляет собой раствор хлорированной поливинилхлоридной смолы в смеси летучих органических растворителей с добавлением пластификатора [Эмали ХВ-785 и лак ХВ-784. ГОСТ 7313-75. Технические условия].
В качестве пластификатора используются обычные вещества, применяемые в качестве пластификаторов лакокрасочных материалов, например трикрезилфосфат, дибутилфталат, совол, хлорпарафин ХП-470, диоктилфталат и др.
В качестве органического растворителя используется толуол, ксилол, бутилацетат. ацетон, Р-4, Р-5 и др.
В качестве микроталька, как правило, используется микротальк с содержанием водорастворимых солей - не более 0,1 мас.% и остатком, нерастворимым в соляной кислоте - не менее 90 мас.%.
В качестве ингибитора коррозии используется нитрит натрия.
В таблице 1 представлена зависимость химической стойкости композиции для покрытия I к статическому воздействию 35%-ной соляной кислоты, водного раствора гипохлорита натрия и воды от количества хлорпарафина.
В таблице 2 представлена зависимость химической стойкости композиции для покрытия II к статическому воздействию 98%-ной серной кислоты, 46%-ного водного раствора едкого натра и воды от количества хлорпарафина.
Испытания проводились на металлических образцах. Композиции наносили в 6 слоев кистью. Толщина 1 слоя высохшего покрытия составляла 50-60 мкм. Перед испытанием подготовленные образцы выдерживали при температуре (20±2)°С и относительной влажности (65±5)% в течение не менее 10 суток.
Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9.403-80, метод А, с использованием нескольких параллельных образцов. В ходе испытаний контролировалось изменение внешнего вида.
В таблицах 1 и 2 указано время, в течение которого внешний вид покрытий оставался без изменений.
Из таблицы 1 видно, что наличие твердого хлорпарафина в качестве дополнительного пленкообразующего вещества резко повышает химическую стойкость покрытия, однако с увеличением количества твердого хлорпарафина снижается твердость покрытия.
Из таблиц 1 и 2 видно, что лучший результат испытаний на стойкость пленки к статическому воздействию 35%-ной соляной кислоты, водного раствора гипохлорита натрия с массовой концентрацией активного хлора 170-190 г/дм3, 46%-ного раствора едкого натра, 98%-ной серной кислоты достигается при концентрации твердого хлорпарафина - 10-15 мас.%.
В предлагаемой химически стойкой композиции для покрытия основными кроющими пигментами являются диоксид титана и/или графит. Диоксид титана обладает высокой укрывистостью, однако недостаточно стоек в концентрированных агрессивных средах, поэтому использование диоксида титана в концентрации более 5 мас.% снимает химическую стойкость покрытия.
Графит обладает хорошей укрывистостью, устойчив к кислотам. щелочам и агрессивным газам, но образует плотный осадок. Покрытия, изготовленные на одном графите, менее химически стойки чем покрытия, изготовленные с использованием микроталька и графита, поэтому использование графита в концентрации более 5 мас.% нецелесообразно.
Микротальк является наполнителем с низкой укрывистостью и красящей способностью, поэтому наряду с ним необходимо использовать диоксид титана и/или графит для придания укрывистости химически стойкой композиции для покрытия.
Нитрит натрия повышает химическую стойкость покрытия в сильно агрессивных средах, однако снижает водостойкость покрытия, поэтому использование нитрита натрия в концентрации более 0,5 мас.% нецелесообразно. Нитрит натрия не используется в композициях, предназначенных для защиты оборудования от длительного воздействия водных растворов солей, химически загрязненных стоков в канализации.
Стойкость покрытия к статическому воздействию агрессивных сред возрастает с увеличением количества слоев. Наилучший результат достигается при толщине покрытия 500 мкм.
Химически стойкую композицию для покрытия готовят по следующей технологии:
1. Приготовление раствора твердого хлорпарафина в органическом растворителе
Приготовление раствора твердого хлорпарафина в органическом растворителе производится путем растворения при перемешивании в течение 1 часа.
2. Приготовление химически стойкой композиции для покрытия
Приготовление пигментной пасты осуществляется путем смешения раствора хлорпарафина с лаком ХВ-784 и с сухими компонентами композиции (микротальк, двуокись титана и/или графит, нитрит натрия) с последующим перемешиванием в течение не менее 1 часа и диспергированием полученной смеси на бисерной мельнице до достижения степени перетира не более 30 мкм.
Ниже приведены рецептуры, поясняющие суть изобретения, но не ограничивающие его объем.
Пример 1
Наиболее стойкой к статическому воздействию 35%-ной соляной кислоты, водного раствора гипохлорита натрия с массовой концентрацией активного хлора 170-190 г/дм3 является композиция I, получаемая при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Лак ХВ-784 | 44,22 |
| Хлорпарафин ХП-66Т | 11,06 |
| Толуол | 11,06 |
| Микротальк (Finntalc) | 29,98 |
| Диоксид титана | 3,00 |
| Графит | 0,18 |
| Нитрит натрия | 0,50 |
Показатели качества композиции I указаны в таблице 3.
Пример 2
Стойкой к статическому воздействию 35%-ной соляной кислоты, водного раствора гипохлорита натрия с массовой концентрацией активного хлора 170-190 г/дм3 является композиция Ia, получаемая при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Лак ХВ-784 | 44,22 |
| Хлорпарафин ХП-66Т | 11,06 |
| Ксилол | 11,06 |
| Микротальк (Finntalc) | 29,98 |
| Диоксид титана | 3,00 |
| Графит | 0,18 |
| Нитрит натрия | 0,50 |
Показатели качества композиции Ia указаны в таблице 3.
Пример 3
Наиболее стойкой к статическому воздействию 98%-ной серной кислоты и 46%-ного водного раствора едкого натра является композиция II, получаемая при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Лак ХВ-784 | 44,50 |
| Хлорпарафин ХП-66Т | 11,15 |
| Толуол | 11,15 |
| Микротальк (Finntalc) | 28,00 |
| Графит | 5,00 |
| Нитрит натрия | 0,20 |
Показатели качества композиции II указаны в таблице 3.
В таблице 4 представлены результаты испытаний покрытий из предлагаемых композиций и эмали ХВ-785 на стойкость к статическому воздействию агрессивных сред.
Испытания проводились на металлических образцах. Композиции наносили в 6 слоев кистью. Толщина 1 слоя высохшего покрытия составляла 50-60 мкм. Перед испытанием подготовленные образцы выдерживали при температуре (20+2)°С и относительной влажности (65+5)% в течение не менее 10 суток.
Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9.403-80, метод А. В ходе испытаний контролировалось изменение внешнего вида.
Примечание. В таблице 4 сокращение "б/и" означает "без изменений".
Способ применения
Химически стойкую композицию тщательно перемешивают, разбавляют при необходимости растворителем.
Окрашиваемую поверхность очищают от пыли, грязи, непрочно держащейся ржавчины, старой отслоившейся краски, промывают растворителем, протирают мягкой хлопчатобумажной тканью, не оставляющей на поверхности волокон, сушат. Химически стойкую композицию наносят на поверхность кистью, валиком, наливом, гидравлическим распылением при низком давлении без предварительного грунтования в три или шесть слоев, в зависимости от условий эксплуатации, с послойной сушкой в течение 30-60 минут при температуре не ниже 0°С.
Расход химически стойкой композиции для однослойного покрытия 120-200 г/м 2 в зависимости от методов нанесения и структуры поверхности.
| Таблица 1 | ||||||
| N состава | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Содержание компонентов (мас.%): | ||||||
| Лак ХВ-784 | 66,33 | 55,28 | 44,22 | 33,17 | 22,11 | 11,05 |
| Хлорпарафин ХП-66Т | - | 5,52 | 11,05 | 16,58 | 22,11 | 27,64 |
| Толуол | - | 5,53 | 11,06 | 16,58 | 22,11 | 27,64 |
| Тальк (Finntalc) | 30,00 | 30,00 | 30,00 | 30,00 | 30,00 | 30,00 |
| Диоксид титана | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 |
| Графит | 0,17 | 0,17 | 0,17 | 0,17 | 0,17 | 0,17 |
| Нитрит натрия | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 |
| Количество слоев | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Стойкость пленки к статическому воздействию 35%-ной соляной кислоты, ч (сутки) | 48 (2) | 576 (24) | 1008-5976 (42-249) | 888-1224 (37-51) | 168-1320 (7-55) | 384 (16) |
| Стойкость пленки к статическому воздействию водного раствора гипохлорита натрия с массовой концентрацией активного хлора 170-190 г/дм3, ч (сутки) | 576 (24) | 1056-1416 (44-59) | 576-2064 (24-86) | 408-888 (17-37) | 408 (17) | 384 (16) |
| Окончание таблицы 1 | ||||||
| N состава | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Стойкость пленки к статическому воздействию воды, ч (сутки) | 1872 (78) | 2520 (105) | 3696-5688(154-237) | 4512 (188) | 2280 (95) | 4728 (197) |
| Твердость пленки по маятниковому прибору, условные единицы | ||||||
| - через 24 часа | 0,26 | 0,19 | 0,12 | 0,08 | 0,05 | 0,03 |
| - через десять суток | 0,29 | 0,27 | 0,23 | 0,12 | 0,06 | 0,04 |
| - через двадцать суток | 0,29 | 0,33 | 0,27 | 0,16 | 0,09 | 0,05 |
| - через тридцать суток | 0,32 | 0,33 | 0,28 | 0,17 | 0,09 | 0,05 |
| Таблица 2 | |||||
| N состава | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Содержание компонентов (мас.%): | |||||
| Лак ХВ-784 | 66,80 | 55,65 | 44,50 | 36,30 | 28,00 |
| Хлорпарафин ХП-66Т | - | 5,60 | 11,15 | 19,40 | 27,70 |
| Толуол | - | 5,60 | 11,15 | 11,10 | 11,10 |
| Тальк (Finntalc) | 28,00 | 27,95 | 28,00 | 28,00 | 28,00 |
| Графит | 5,00 | 5,00 | 5,00 | 5,00 | 5,00 |
| Нитрит натрия | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Количество слоев | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Стойкость пленки к статическому воздействию 98%-ной серной кислоты, ч (сутки) | 3120-3840 (130-160) | 3840-4968 и более (160-207 и более) | более 4968 (более 207) | 2448-3096 (102-129) | 1608-2280 (67-95) |
| Стойкость пленки к статическому воздействию 46%-ного едкого натра, ч (сутки) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) | более 8136 (более 339) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) |
| Стойкость пленки к статическому воздействию воды, ч (сутки) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) | более 4968 (более 207) |
| Таблица 3 | ||||
| Наименование показателя | Композиция I | Композиция Ia | Композиция II | Метод испытания |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1. Цвет пленки композиции | Серый | Серый | Черный | Визуальный |
| 2. Внешний вид пленки композиции | После высыхания химически стойкая композиция должна образовывать пленку с ровной однородной матовой поверхностью без кратеров и морщин | После высыхания химически стойкая композиция должна образовывать пленку с ровной однородной матовой поверхностью без кратеров и морщин | После высыхания химически стойкая композиция должна образовывать пленку с ровной однородной матовой поверхностью без кратеров и морщин | Визуальный |
| 3. Условная вязкость по вискозиметру В3-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20+0,5)°С, с | 78 | 78 | 81 | ГОСТ 8420 |
| 4. Массовая доля нелетучих веществ, °C | 52,6 | 52 | 52,5 | ГОСТ 17537 |
| 5. Степень перетира, мкм, не более | 30 | 30 | 30 | ГОСТ 6589 |
| 6. Укрывистость высушенной пленки, г/м2 | 150 | 150 | 150 | ГОСТ 8784 |
| Продолжение таблицы 3 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 7. Время высыхания до степени 3 при температуре (20+2)°C, ч | 0,4 | 0,4 | 0,4 | ГОСТ 19007 |
| 8. Твердость пленки по маятниковому прибору, условные единицы | 0,2 | 0,2 | 0,2 | ГОСТ 5233 |
| 9. Эластичность пленки при изгибе (1 слой), мм | 1 | 1 | 1 | ГОСТ 6806 |
| 10. Адгезия пленки, баллы | 1 | 1 | 1 | ГОСТ 15140 разд.2 |
| 11. Прочность пленки при ударе по прибору V-Ia. Дж (кгс·см) | 9 (90) | 9 (90) | 9 (90) | ГОСТ 4765 |
| 12. Стойкость пленки к | 3696-5688 | более 5688 | более 4968 | ГОСТ 9.403 |
| статическому воздействию воды при температуре (20+2)°С, ч (сутки) | (154-237) | (более 237) | (более 207) | |
| 13. Стойкость пленки к статическому воздействию агрессивных сред при температуре (20+2)°С, ч (сутки) | ГОСТ 9.403 | |||
| - водного раствора гипохлорита натрия с массовой концентрацией активного хлора 170-190 г/дм3 | 576-2064 (24-86) | 1320-1824 (55-76) | - | |
| Окончание таблицы 3 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| - 35%-ной соляной кислоты | 1008-5976 (42-249) | 408-528 (17-22) | - | |
| - 98%-ной серной кислоты | - | - | более 4968 (более 207) | |
| - 46%-ного раствора едкого натра | - | - | более 8136 (более 339) | |
| 14. Стойкость пленки к статическому воздействию минерального масла при температуре (20+2)°С, ч (сутки) | более 864 (более 36) | более 864 (более 36) | более 720 (более 30) | ГОСТ 9.403 |
| Таблица 4 | ||||||||
| Система покрытия | Агрессивная среда | |||||||
| H 2SO4 конц. | 35% раствор HCl | 46% раствор NaOH | водный раствор NaClO | Н2 О | минеральное масло | 35% раствор CaCL2 | 30% раствор NaCL | |
| Композиция I 6 слоев | 1-49 суток незначительное потемнение | 42-249 суток - б/и | 1-55 суток пожелтение | 24-86 суток - б/и | более 80 суток - б/и | более 36 суток - б/и | более 150 суток - б/и | 94 суток - б/и 95-150 суток - точка ржавчины на углу |
| Композиция II 6 слоев | более 183 суток - б/и | более 43 суток - б/и | более 339 суток - б/и | не проводились | более 183 суток - б/и | более 30 суток - б/и | более 150 суток - б/и | 87 суток - б/и - 88-150 суток - ржавчина по краю |
| Эмаль ХВ-785 серая 6 слоев | 4 часа - полное разрушение покрытия | 24 часа - б/и 48 часов - отслаивание по верхнему краю 3 суток - пузыри на покрытии | 4 часа - потемнение 24 часа - изменение цвета 2-4 суток - изменение цвета, пузыри по краям | 24 часа - б/и 2 суток - посветление 3 суток - пузыри по краю 4 суток - разрушение по краям покрытия | 24 часа - б/и 2-4 суток незначительное посветление 7 суток - мелкие пузыри | не проводились | более 51 суток - б/и | 17 суток - б/и 18-46 суток - ржавчина на углу |