электропроводный лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлических конструкций

Формула изобретения

1. Лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлоконструкций, содержащий электропроводное пленкообразующее вещество и углеродные нанотрубки.

2. Лакокрасочный материал по п.1, отличающийся тем, что количество углеродных нанотрубок составляет от 10 до 80% объема лакокрасочного материала.

3. Лакокрасочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит высокодисперсный цинковый порошок.

4. Лакокрасочный материал по п.3, отличающийся тем, что количество высокодисперсного цинкового порошка составляет от 40 до 90% объема лакокрасочного материала.

5. Лакокрасочный материал по пп.2 и 3, отличающийся тем, что количество углеродных нанотрубок составляет от 10 до 40% объема лакокрасочного материала, а количество высокодисперсного цинкового порошка составляет от 46 до 86% объема лакокрасочного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических изделий, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Известна водная композиция для покрытия, содержащая 5-95 мас.%, по меньшей мере, одного набухаемого в щелочи полимера типа ядро-оболочка и 95-5 мас.%, по меньшей мере, одного полиуретана, причем сумма мас.%, указанных для полимеров, всегда составляет 100 мас.%, где набухаемым в щелочи полимером типа ядро-оболочка является сополимер, полученный в две или более стадий эмульсионной полимеризацией и полученной сополимеризацией на первой стадии (см. патент РФ №2254351 МПК С09D 175/04).

Недостатком водной композиции является возникновение коррозии металлических конструкций под слоем покрытия, возникающего вследствие использования водной композиции и щелочи.

Известна также водная эпоксидная коррозионно-стойкая грунтовка, содержащая водное эпоксидное соединение, отверждающий агент и безхроматный ингибирующий коррозию пигмент (см. патент США №2003134603, МПК С09D 151/00, G09D 5/02).

Недостатком этого технического решения является возникновение коррозии металлических конструкций под слоем покрытия, возникающей вследствие использования водного эпоксидного соединения и склонности его к растрескиванию при температурных перепадах.

Известно многослойное антикоррозионное металлосодержащее покрытие, состоящее из грунтовочного слоя, включающего, по меньшей мере, два слоя, сформированных из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка в среде органоразбавляемого термопластичного связующего, с последующим нанесением, по меньшей мере, одного покрывного слоя (см. патент РФ №2155784, МПК С23С 28/00).

Недостатком известного лакокрасочного материала является низкая стойкость к воздействию агрессивной среды, а срок службы антикоррозионной защиты не превышает 5-7 лет.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является покрытие металлической конструкции полиэтиленом для защиты от коррозии (см. О.В.Орлова, Т.Н.Фомичева, А.З.Окунчиков, Г.Р.Курский. Технология лаков и красок. Москва, Химия, 1980 г.).

Недостатками применения полиэтилена для защиты от коррозии металлических конструкций являются плохая электропроводность, низкая адгезия к различным подложкам, что несмотря на его стойкость ко многим химическим веществам и агрессивным средам обеспечивает срок службы антикоррозионной защиты не более 5 лет.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности антикоррозионной защиты металлоконструкций в течение длительного срока эксплуатации с повышением срока службы антикоррозионного покрытия металлических конструкций за счет создания на поверхности покрытия равномерного электрического потенциала, равного потенциалу защищаемой металлической конструкции, и осуществления дополнительной протекторной защиты.

Поставленная задача достигается тем, что в лакокрасочном материале для антикоррозионной защиты металлоконструкций, содержащем пленкообразующие вещества, согласно изобретению используются электропроводящие пленкообразующие вещества. Электропроводность пленкообразующих веществ не только способствует защите металлоконструкций, но и обеспечивает отекание статических зарядов с поверхности лакокрасочного материала, обеспечивая большую электробезопасность конструкции.

Кроме того, поставленная задача достигается и тем, что в лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлоконструкций введены углеродные нанотрубки, дополнительно увеличивающие электропроводность, стойкость к агрессивной среде и механическую прочность конструкции.

Кроме того, поставленная задача достигается и тем, что количество углеродных нанотрубок составляет от 10 до 80% объема лакокрасочного материала. Такое количество вводимых нанотрубок обеспечивает повышенную прочность лакокрасочного материала, что особенно важно для формирования поверхностного слоя.

Помимо этого указанная цель достигается также тем, что в лакокрасочный материал дополнительно введен высокодисперсный цинковый порошок. Введение высокодисперсного цинкового порошка обеспечивает дополнительную протекторную защиту металлоконструкции со стабильными физико-химическими свойствами, так как при повреждении лакокрасочного материала, доходящем до поверхности металлоконструкции, происходит образование гальванической пары цинк - железо. При этом железо начинает коррозировать только после того, как окислится весь цинк. Учитывая, что количество высокодисперсного цинкового порошка составляет от 40 до 90% от объема лакокрасочного материала, этот процесс протекает достаточно долго - несколько десятков лет.

Наиболее выраженным эффект становится, если количество углеродных нанотрубок составляет от 10 до 40% объема лакокрасочного материала, а количество высокодисперсного цинкового порошка составляет от 46 до 86% от объема лакокрасочного материала, что позволяет обеспечить весь диапазон защитных свойств для разных условий внешней среды.

Наиболее целесообразно использовать в поверхностном слое углеродные нанотрубки без заполнения молекулами цинка.

В качестве электропроводящих пленкообразующих веществ можно, например, использовать: электропроводящий вулканизующийся полиэтилен - ТУ 6-05-041-737-87; электропроводящий полиэтилен - ТУ 6-05-1779-82; полиэтилен высокого давления электропроводящий «Томполен П2ЭС-12» - ТУ 2243-010-36295287-2003, выпускаемой ЗАО НПК "Полимер-Компаунд". Эти материалы получаются путем сшивания полимера дополнительными углеродными связямии. В качестве электропроводящих пленкообразующих веществ может быть также использован полипиррол (см. Т.В.Верницкая, О.Н.Ефимов, «Полипиррол как представитель класса проводящих полимеров (синтез, свойства, приложения)». Успехи химии, 66, 489 (1997)), и другие электропроводящие пленкообразующие.

В настоящее время для получения углеродных нанотрубок наиболее распространенным является метод термического распыления графитовых электродов в плазме дугового разряда. Процесс синтеза осуществляется в камере, заполненной гелием под давлением около 500 торр. При горении плазмы происходит интенсивное термическое испарение анода, при этом на торцевой поверхности катода образуется осадок, в котором формируются нанотрубки углерода. Наибольшее количество нанотрубок образуется тогда, когда ток плазмы минимален и его плотность составляет около 100 А/см² (см. Углеродные нанотрубки, Золотухин И.В. Статьи Соросовского образовательного журнала, Физика, Воронежский государственный технический университет, 1999 г., стр. 1). Несмотря на кажущуюся хрупкость и даже ажурность, нанотрубки оказались на редкость прочным материалом, как на растяжение, так и на изгиб. Как показывают результаты экспериментов и численного моделирования, модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, чем у стали. В настоящее время максимальная длина нанотрубок составляет десятки и сотни микронов, а диаметр от нанометров до десятков микрон. Диаметр не имеет значения, хотя нанотрубки с одинаковым диаметром обеспечивают более стабильные физико-химические свойства.

Для нанесения на металические конструкции электропроводящие пленкообразующие вещества нагревают до температуры плавления. После этого в них вводятся необходимые добавки (углеродные нанотрубки и/или мелкодиспрсный цинк), все тщательно перемешивается и наносится на зачищенную и обезжиренную поверхность защищаемого объекта.

Новым в предлагаемом решении является использование новых материалов и технологий, которые совсем недавно начали применяться в микроэлектронной промышленности для создания дешевых и быстродействующих процессоров. Применение углеродных нанотрубок в лакокрасочной промышленности позволяет не только снизить стоимость производства антикоррозиционных материалов, но и увеличить продолжительность безремонтной эксплуатации до 30-35 лет.

Преимущества нового лакокрасочного покрытия для защиты металлических конструкций на основе электропроводного полиэтилена иллюстрируются таблицей, представляющей различные системы лакокрасочных покрытий для защиты металлических конструкций от коррозии с различным количеством углеродных нанотрубок и мелкодисперсионного цинкового порошка при различных условий эксплуатации.

Таблица
Грунтовочный лакокрасочный слой		Промежуточный лакокрасочный слой		Покрывной слой Количество: нанотрубки/Zn в %	Ориентировочная толщина всего покрытия, мкм	Срок службы покрытия
Количество: нанотрубки/Zn в %	Ориентировочная толщина слоя, мкм	Количество: нанотрубки/Zn в %	Ориентировочная толщина слоя, мкм			У1	ХЛ1
1. 20/66	80-100	10/76	50-90	40/46	220-240	20	18
2. нет/90	80-100	нет/60	50-90	нет/40	140-160	15	12
3. 90/нет	80-100	50/нет	50-90	10/нет	140-150	10	8
4. нет/нет	40-50	нет/нет	50-90	нет/нет	90-120	7	5
Примечание: У1 - умеренный климат; ХЛ1 - холодный климат.