Спосіб одержання антикорозійного покриття

Способ получения антикоррозионного покрытия, включающий подготовку металлической поверхности, нанесение и сушк у материала, состоящего из эпоксидного олигомера, растворителя и отвердителя, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит полиизобутилен с молекулярной массой 2000-5000 и фурфуролацетоно 29755 лиэтилен, полипропилен, акриловый каучук или бутилкаучук) [2]. Указанный способ позволяет получить защитную систему, характеризующуюся удовлетворительной стойкостью к действию физических и химических агрессивных сред и других факторов светопогоды. Однако, при эксплуатации при 5090°С она проявляет термодинамическую неустойчивость и нестабильность свойств (неравномерность адгезии, что может привести к отслаиванию покрытия от защищаемой поверхности). Известен также способ получения покрытия с высокой стойкостью к коррозии, включающий последовательное нанесение и спекание трех слоев покрытия: - первый слой - термоотверждаемое покрытие, содержащее антикоррозионный пигмент, толщиной 2-10 мкм; - второй слой - покрытие толщиной 10-30 мкм на основе термоотверждаемой акриловой смолы, содержащей 70% метилметакрила, метилакрилата и/или этилакрилата; - третий слой - покрывной слой на основе фторвиниловой смолы [3]. Известный способ позволяет получать защитные покрытия, стойкие к действию эксплуатационных факторов. Однако в связи с многостадийностью технологического процесса получения и сложностью контроля параметров этого процесса не удается добиться высокой прочности адгезионного контакта между слоями, в результате чего долговечность покрытия при эксплуатации резко снижается. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения антикоррозионного покрытия на стальных поверхностях, включающий подготовку поверхности металла, нанесение слоев на основе термореактивного связующего, состоящего из 5086 масс. % эпоксидиановой смолы, 45-50 масс. % порошка полиэтилена, 3-10 масс. % дисперсного диоксида кремния и отвердителя, сушку покрытия [4]. К недостаткам этого способа следует отнести: - низкую стойкость к действию термического удара, что объясняется значительной термодинамической несовместимостью основных компонентов защитного покрытия (эпоксидного связующего, дисперсного полиэтилена и минерального наполнителя), в результате чего при резком снижении температуры (перепаде температур эксплуатации) наблюдается значительное растрескивание покрытия, нарушение его сплошности и, в конечном итоге, потере защитной системой работоспособности; - невысокую долговечность при эксплуатации при температуре 50-90°С в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, которая обусловлена низкой адгезионной прочностью на границе раздела фаз эпоксидное связующее – дисперсный гидрофобный полимер (полиэтилен). При эксплуатации в указанных условиях наблюдается появление большого количества структурных дефектов вследствие отслоения эпоксидного связующего о т поверхности частиц полиэтилена; - высокую пористость покрытия, объясняемую значительной степенью гетерогенности композиционного материала, так как в его составе присутствуе т большое количество дисперсной фазы минеральной и полимерной природы. Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости покрытия к действию термического удара, долговечности при эксплуатации при температуре 50-90°С в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, а также снижение пористости покрытия. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения антикоррозионного покрытия на металлических изделиях, включающего подготовку поверхности, нанесение и сушку материала, состоящего из эпоксидного олигомера, растворителя и отвердителя, согласно предлагаемому изобретению, материал дополнительно содержит полиизобутилен с молекулярной массой 2000-5000 и фурфуролацетоновый мономер ФАМ, а в качестве отвердителя выбран продукт совмещения моноцианэтилированного диэтилентриамина и метафенилендиамина, взятых в массовом соотношении 1:0,2-0,5, при следующем соотношении компонентов, масс. %: эпоксидиановый олигомер ЭД-20 25-28; полиизобутилен молекулярной массой 2000-5000 10-13; фурфуролацетоновый мономер ФАМ 2-3; продукт совмещения моноцианэтилированного диэтилентриамина и мета-фенилендиамина, взятых в массовом соотношении 1:0,2-0,5 5-7; растворитель остальное, и сушку покрытия ведут при температуре 40-60°С в течение 3-8 час. Повышение стойкости покрытия к действию термического удара, долговечности при эксплуатации при температуре 50-90°С в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, а также снижение пористости покрытия обусловлено следующими причинами: - введение в состав защитного покрытия полиизобутилена с определенной молекулярной массой, а также продукта совмещения моноцианэтилированного диэтилентриамина и метафенилендиамина, взятых в определенном массовом соотношении (структурирующий агент системы) позволяет получить защитное коррозионностойкое покрытие с оптимальной структурой, каждый элемент которой выполняет определенные функции, противодействуя негативному влиянию повышенных температур, знакопеременных нагрузок. Только такое соотношение ингредиентов композиции и использование исходных веществ с определенными молекулярными характеристиками способствует решению поставленной задачи; - температурно-временные параметры режима сушки материала обеспечивают формирование коррозионностойкого покрытия с комплексом необходимых свойств. Приведенные выше отличительные признаки предлагаемого технического решения, по мнению авторов, является существенными, т.к. такое сочетание отличительных признаков, выполненных в 2 29755 определенной последовательности, позволяет получить антикоррозионное покрытие, характеризующееся повышенной стойкостью к действию термического удара, долговечностью при эксплуатации при температуре 50-90°С в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, а также низкой пористостью. Использование указанных отличительных признаков для достижения поставленной цели ни в отечественных, ни в зарубежных источниках авто рам обнаружить не удалось. Вместе взятую совокупность отличительных признаков впервые применили авторы и обнаружили положительный эффект опытным путем. Таким образом, техническое решение соответствуе т критерию "существенные отличия". В табл. 1 приведены данные о применяемых материалах при осуществлении предлагаемого способа. Таблица 1 Применяемые материалы при осуществлении способа получения антикоррозионного покрытия Наименование материала Эпоксидиановый олигомер Полиизобутилен Фур фуролацетоновый мономер Моноцианэтилированный диэтилентриамин М-фенилендиамин (осн.) Ацетон Нормативный документ или литературный источник ГОСТ 10587-84 "Энциклопедия полимеров", т. 1 М. 1972, с. 804-807 ТУ 59-02-039-07-79 Примечание марка ЭД-20 молекулярная масса 2000-5000 марка ФАМ ТУ 6-05-1863-78 УП-0633 М ГОСТ 5826-68 ГОСТ 2768-79 марка ЧДА Осуществление предлагаемого способа получения антикоррозионного покрытия проводили в следующей последовательности: - после обезжиривания металлической подложки органическими растворителями (бензин, уайтспирит и др.) поверхность с целью удаления налета ржавчины подвергали травлению в соответствии с широко распространенной технологией: поверхность изделия обрабатывали в течение 1-3 мин. при комнатной температуре раствором следующего состава: фосфорная кислота (6-10%), гидрохинон (1%), бутиловый спирт (8%), этиловый спирт (20%), вода (44-39%) с последующей нейтрализацией жидкостью, состоящей из этилового спирта (50-55%), аммиака (0,51,0%), воды (49,5-44%); - после этого с помощью краскораспылителя установки "Радуга" или кистью наносили слой покрывного материала. Сушили покрытие при температуре 40-60°С в течение 3-8 час. Контроль полноты отверждения фураноэпоксидного материала осуществляли с помощью ваты, смоченной ацетоном. Она не должна окрашиваться в желто-вишневый цвет. С целью снижения остаточных напряжений, возникающих в антикоррозионном полимерном композиционном материале в процессе отверждения матрицы, нагрев системы до температуры отверждения олигомера 40-60°С и охлаждения структурированного материала до комнатной температуры проводили с определенной скоростью: нагрев - 3-5°С/мин, охлаждение - 0,8-1,8°С/мин. Количество наносимых слоев: 3-4 в случае использования пневматического распыления и 2-3 при нанесении покрытия методом окунания. Стойкость антикоррозионных покрытий к действию термического удара оценивали в соответствии со следующей методикой: металлическая пластина, размером 120´1,5 мм, покрытая с двух сторон, нагревалась до температуры 175±5°С со скоростью 5 8°С/мин и выдерживалась при этой температуре в течение 15-20 мин. Затем осуществляли охлаждение пластины до комнатной температуры со скоростью 15-17°С/мин. На одну экспериментальную точку количество образцов - 3. Долговечность защитных покрытий в условиях воздействия знакопеременных нагрузок и повышенных до 50-90°С температур определяли по следующей методике: металлические пластины размером 120´15´0,5 мм, покрытые с одной стороны антикоррозионным материалом, подвергали знакопеременным нагрузкам (при заданной температуре) на специально сконструированном приборе. Частоты нагружения - 0,3-0,5 с-1, амплитуда колебания 0,5-3 мм. Точность регулирования температуры - 1°С. Долговечность покрытия характеризуется временем до начала нарушения его сплошности, вызванной отслаиванием покрытия от металлической подложки, появлением пор, каналов, трещин, разломов и других стр уктурных дефектов. Время начала нарушения сплошности определялось путем регулярного визуального осмотра образцов с интервалом 2-3 часа. При испытании пяти образцов погрешность в определении долговечности составляла 0,3-0,5 часа. Оценка погрешности адгезионного соединения антикоррозионного полимерного покрытия с твердой недеформирующейся (металлической) подложкой основана на механическом разрушении соединения на границе раздела "покрытиеподложка". Определение адгезии осуществляли с помощью метода решетчатых надрезов (по ГОСТ 15140-78) по четырехбальной системе. За результат испытания принимался средний балл, полученный при испытании трех параллельных образцов и на двух участках поверхности каждого образца (6 экспериментальных точек). В качестве образца были использованы металлические пластины, выполненные из стали 35, размером 3 29755 проводилась визуально по подсчету образующихся синих точек на фильтровальной бумаге, предварительно смоченной водным раствором гексацианферрата (ІІІ) калия (100 мл дистиллированной воды) и затем плотно прижатой к поверхности испытуемого образца. Визуально определяли количество синих точек на поверхности образца, затем пористость оценивали по пятибальной системе, по следующим параметрам: 120´1,5 мм. Поверхность металла покрывалась с двух сторон. Определение пористости полимерных покрытий проводилось стандартными методами. Химический метод определения пористости покрытий состоит в обнаружении нарушений сплошности покрытия по образованию турнбулевой сини в результате реакции гексацианферрата калия с ионами двухвалентного железа. Оценка пористости Таблица 2 Бальная шкала определения пористости защитного покрытия Балл 1 2 3 4 5 Число пор (´ 4) отсутствует 10 10-100 100 Поры, заметные невооруженным глазом Внешний вид антикоррозионного полимерного покрытия оценивался визуально. Температура испытаний - 20-25°С. Примеры осуществления предлагаемого способа получения антикоррозионного покрытия и данные сравнительных испытаний покрытий, полученных по предлагаемому способу и способупрототипу, приведены в табл. 3 и 4. Анализ экспериментальных данных показывает, что предлагаемый способ получения покрытия позволяет сформировать защитную систему, значительно превосходящую известные в настоящее время покрытия по анализируемым экспериментальным параметрам. Выходить за пределы предлагаемых параметров режима нецелесообразно, т.к. при этом не удается решить поставленную задачу. Применение предлагаемого способа позволяет получить коррозионностойкие покрытия, имею щие по сравнению с известными, следующие преимущества: - в 1,8-2,04 раза повышается стойкость к действию термического удара; - в 1,57-1,6 раза увеличивается устойчивость к действию знакопеременных нагрузок; - на 100% (1 балл) возрастает исходная адгезия; - на 200% (2 балла) снижается пористость покрытия. Источники информации 1. Рейбман А.И. За щитные лакокрасочные покрытия. – Л., Химия, 1980, с. 49. 2. Патент США № 4732632, МКИ В32В31/50, В05D3/02, опубл. 1988. 3. Заявка ФРГ № 340359, МКИ С09D5/34, С09К3/10, опубл.1985. 4. А.с. ЧССР № 224946, МКИ С09D5/08, опубл. 1984. Таблица 3 Параметры предлагаемого способа Наименование 1. Состав покрывного материала, масс. % - эпоксидиановый олигомер ЭД-20 - полиизобутилен с молекулярной массой 2000-5000 - фур фуролацетоновый мономер марки ФАМ - продукт совмещения УП-0633 М и мета-фенилдиамина, взятых в массовом соотношении 1:0,2-0,5 - растворитель (ацетон) Значение параметра в соответствии с вариантом 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 25 26,5 28 23 30 26,5 26,5 26,5 26,5 10 11,5 13 8 15 11,5 2 2,5 3 4 1 2,5 2,5 5 6 7 4 9 6 6 остальное 4 11 12 26,5 26,5 26,5 11,5 11,5 11,5 11,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 29755 Продолжение табл. 3 Наименование Значение параметра в соответствии с вариантом 3 4 5 6 7 8 9 10 1 - полиизобутилен молекулярной массой 1000 - полиизобутилен молекулярной массой 6000 - продукт совмещения УП-0633 М и метафенилендиамина, взятых в массовом соотношении 1:0,1 - продукт совмещения УП-0633М и метафенилендиамина, взятых в массовом соотношении 1:0,6 - УП-0633 М - метафенилендиамин 2. Температура сушки покрытия, °С 3. Время сушки покрытия, час 2 11 12 11,5 11,5 6 6 4 9 2 6 60 50 40 30 70 50 50 50 50 50 50 50 3 6 8 10 2 6 6 6 6 6 6 6 Таблица 4 Наименование показателя 1. Количество циклов "нагревохлаждение" до нарушения сплошности покрытия 2. Время начала нарушения сплошности при знакопеременных испытаниях, час 3. Адгезия, балл 4. Пористость, балл Способпрототип (а.с. ЧССР № 224946) Данные сравнительных испытаний защитных покрытий по предлагаемому "Способу" Значение параметра в соответствии с вариантом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 25 48 45 51 40 38 32 34 40 38 42 37 35 217 347 350 340 311 300 315 330 327 330 320 322 315 2 1 1 1 1-2 1-2 1-2 2 1-2 1-2 2 2 2 3 1 1 1 1-2 1-2 2 2 1-2 2 1-2 2 2 5 29755 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6