защитное покрытие для металлических поверхностей

Формула изобретения

Защитное покрытие для металлических поверхностей содержит раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной, металлический порошок, глицерин, отличающееся тем, что используется 2,0%-ный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной, а в качестве металлического порошка используют цинковый порошок ПЦ1 при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

2,0%-ный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы
очищенной	94-100
порошок цинковый ПЦ1	0,5-1,5
глицерин	0,9-1,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к виду защитных покрытий на основе полимерного компонента очищенной натрийкарбоксиметилцеллюлозы (класс полисахаридов), предназначенных для защиты металлических трубопроводов при перекачивании агрессивных сред.

Известен материал для обработки поверхности медицинских инструментов (Заявка ЕПВ 1206946, МПК А61L 33/06. Nof Corp. Tokyo 150-0013 (JP). N 00946465.2; Заявл. 24.07.2000; Опубл. 22.05.2002. Англ. ЕР). Предлагаемый материал содержит полимерный компонент - карбоксиметилцеллюлозу с введенной гетероциклической группой. С гидрофильным полимерным компонентом карбоксиметилцеллюлозы реагирует компонент, содержащий гетероциклическую группу. Включаемый в гидрофильный полимер компонент с гетероциклической группой составляет от 0,01 до 70 весовых процентов. Для закрепления на поверхности обрабатываемых инструментов слой указанного полимера нагревается при 200°С в течение 1 мин - 48 часов. Затем на этот слой наносится гидрофильный сополимер, устраняющий токсическое действие гетероциклической группы

Недостатком указанного покрытия является трудоемкость нанесения слоев и обеспечение повышенной температуры нагрева для закрепления покрытия. Кроме того, покрытие можно использовать только при обычных условиях окружающей среды.

Наиболее близким по составу к заявленному является защитное покрытие для металлических поверхностей (Пат. РФ, №2266307 МПК⁷ С08L 1/28, С09D 199/00, С09J 101/28, В65D 90/06. Защитное покрытие для металлических поверхностей / Н.М.Антонова, О.В.Аксенова, В.И.Кулинич, И.А.Неелова. - Заявл. 23.08.2004; опубл. 20.12.2005, Бюл. №35). Предлагаемый материал содержит полимерный компонент - 2,25% раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной /ТУ 6-55-39-90/, представляющий собой натриевую соль целлюлозогликолевой кислоты, порошок алюминия сферического дисперсного /ТУ 48-5-226-87/ и глицерин при следующем соотношении компонентов: 2,25% раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной (98-102 вес.ч.), порошок алюминия сферического дисперсного (0,74-2,5 вес.ч), глицерин (0,74-2,5 вес.ч). Раствор тщательно перемешивали с помощью мешалки: скорость вращения мешалки 500 об/мин, время перемешивания 60 минут. Затем вводили порошок алюминия сферического дисперсного и глицерин. Состав дополнительно перемешивали на мешалке еще 15 минут. Полученный гелеобразный раствор наносили на предварительно обработанную стальную поверхность с последующей сушкой при температуре (20±2)°С в течение 10-12 часов. Механическая прочность полученного покрытия 25 МПа, величина относительной деформации 22,8%.

Недостатком покрытия является длительность изготовления (10-12 часов), высокая стоимость порошка алюминия сферического дисперсного по сравнению с рядом других металлических порошков - железа, цинка, что, в конечном счете, приводит к увеличению стоимости указанного покрытия.

Задачей изобретения является получение защитного композиционного покрытия, устойчивого к агрессивным растворителям и полиэфирным ненасыщенным лакам, отличающегося механическими характеристиками, удовлетворяющими эксплуатационным требованиям, простотой изготовления и нанесения на поверхность, эксплуатируемых в широком интервале температур (0-200°С).

Поставленная задача достигается за счет того, что предлагаемая композиция помимо натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной /ТУ 6-55-39-90/, представляющей собой натриевую соль целлюлозогликолевой кислоты, и глицерина содержит дополнительно порошок цинковый ПЦ1 /ГОСТ 12601-76/, предназначенный для изготовления изделий порошковой металлургии и других целей, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

2% раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной	94-100
порошок цинковый	0,5-1,5
глицерина	0,9-1,5

Раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной соответствующей концентрации, перемешивали с частотой 60 об/мин, в течение 10 минут при температуре 40°С в реакторе, имеющем рамную мешалку и рубашку обогрева и выдерживали раствор 2 часа до полного растворения натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной при той же температуре. Затем добавляли глицерин и порошок цинковый и дополнительно перемешивали еще 30 минут. Полученный гелеобразный раствор наносили на предварительно обработанную поверхность стали 08кп. Поверхность с покрытием толщиной не менее 50 мкм, высушивали в течение 3 часов при температуре (60±2)°С, затем - в течение 20 минут при температуре (80±2)°С. Суммарное время изготовления и сушки покрытия не превышает 6 часов, что обусловлено меньшим содержанием глицерина и порошка цинкового в составе, по сравнению с аналогом, наиболее близким по составу к заявленному.

Полученное композиционное покрытие обладает заданными электрофизическими характеристиками: удельным объемным сопротивлением _v, порядка 10⁶ Ом·м, электрической прочностью Е порядка 10 ⁵ В/м, что позволяет достичь технический результат, заключающийся в следующем:

- введенный в состав порошок цинковый повышает проводимость покрытия, что обеспечивает отведение накопленного при движении агрессивной жидкости по трубам заряда статического электричества к заземляющим контурам;

- частицы порошка цинкового, размеры которых сопоставимы с неровностями микрорельефа защищаемой поверхности (стали 08кп), заполняя впадины поверхности, обеспечивают сцепление покрытия с металлической поверхностью и высокую адгезионную прочность покрытия. Покрытие без порошка цинкового имеет неудовлетворительную адгезионную прочность, легко отслаивается;

- доступность порошка цинкового обеспечивает значительную экономию в получении покрытия.

Для определения электрофизических характеристик покрытия из раствора методом налива изготовили пленки толщиной 70 мкм. Характеристики - удельное объемное сопротивление _v (Ом·м) определяли в соответствии с ГОСТ 6433.2-71, электрическую прочность Е (В/м) - в соответствии с ГОСТ 6433.3-71 при температуре (20±2)°С. Результаты испытаний приведены в таблице 1 (пример 2).

Определили механические характеристики пленочных образцов:

- прочность при разрушении ( , МПа), относительную деформацию удлинения при разрыве ( , %) в соответствии с методикой, изложенной в ОСТ 84-434-71;

- адгезионную прочность по ГОСТ 16253-70 (здесь 1 балл - наилучшая адгезия, 5 баллов - неудовлетворительная).

Полученные значения механической прочности для состава с порошком цинковым удовлетворяли эксплуатационным требованиям и приведены в таблице 1 (пример 2).

Для анализа процессов совместного структурообразования сочетаний порошка цинкового с натрийкарбоксиметилцеллюлозой очищенной и глицерином и влияния этих процессов на электрофизические характеристики был проведен электронно-микроскопический анализ образцов покрытий в растровом электронном микроскопе Hitachi S405A методами склерометрии.

Как показали исследования, исходные компоненты в объектах сохраняют свои характерные особенности.

На чертеже показаны фрагменты поверхности образцов полученных композиционных покрытий.

Полимер натрийкарбоксиметилцеллюлоза очищенная без порошка цинкового и глицерина в покрытии имеет слоистую структуру, добавленный глицерин образует поперечные ступеньки (чертеж - А, Б), а металлические частицы плотно внедрены в матрицу, обеспечивая ее однородность. Микрофотография частиц цинка в композиционных материалах приведена на чертеж - В. Оксидная пленка на частицах цинка отличается большой толщиной и рыхлостью. Электрическая прочность зависит от пористости покрытий, с увеличением пористости пробивное напряжение уменьшается. Пластификатор глицерин, снижая внутренние напряжения в материале, способствует уменьшению трещинообразования и пористости и увеличивает электрическую прочность. Полимер натрийкарбоксиметилцеллюлоза очищенная имеет достаточно высокие значения электрической прочности, однако без глицерина и порошка цинкового отличается хрупкостью, что при свойственной ему слоистой структуре, способствующей образованию трещин, приводит к уменьшению электрической прочности наряду с неудовлетворительными механическими характеристиками - низкими значениями прочности при разрушении ( , МПа) и неудовлетворительной адгезионной прочности. Добавление в состав порошка цинкового повышает проводимость покрытия, что и позволяет отводить накопленный при движении агрессивной жидкости по трубам электрический заряд к заземляющим контурам.

Совместная комбинация натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной с глицерином и порошком цинковым позволяет получить заданные электрофизические характеристики наряду с удовлетворяющими эксплуатационным требованиям значениями механических характеристик: прочности при разрушении ( , МПа), относительной деформации ( , %) и адгезионной прочности. Оптимальные сочетания этих компонентов, обеспечивающие заданные электрофизические и механические характеристики, удовлетворяющие эксплуатационным требованиям, были определены с помощью метода математического планирования эксперимента.

Пример 1. Образцы получены при использовании экстремальных комбинаций исходных компонентов.

Гелеобразный раствор 1,72% натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной, содержал сверх 100 г раствора 0,74 г порошка цинкового и 4,26 г глицерина. Методом налива из полученного гель-раствора была изготовлена пленка толщиной 70 мкм.

Электрофизические свойства - удельное объемное сопротивление _v (Ом·м) и электрическая прочность Е (В/м) пленок оценивались по ГОСТ 6433.2-71 и ГОСТ 6433.3-71. Удельное объемное сопротивление измерялось при постоянном напряжении на тераомметре Е 6-13, электрическая прочность - на высоковольтной установке УВИ-2 при температуре (20±2)°С. Полученные характеристики приведены в таблице 1.

Результаты механических испытаний, проведенные в соответствии с ОСТ 84-434-71 и ГОСТ 16253-70, не удовлетворяют эксплуатационным требованиям и приведены в таблице 1.

Покрытие теплостойко в интервале температур 200°С.

Пример 2. Образцы изготовлены при оптимальных соотношениях компонентов, определенных с помощью метода математического планирования эксперимента.

Образцы получены на основе 2,0% раствора натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной с добавлением 1,12 г порошка цинкового и 0,9 г глицерина к 100 г раствора вышеизложенным способом. Проводили испытания, как указано в примере 1. Результаты испытаний приведены в таблице 1. Значения механической прочности ( ), относительной деформации ( ) и адгезионной прочности удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Покрытие теплостойко в интервале температур 200°С

Пример 3. Образцы получены при использовании экстремальных комбинаций исходных компонентов.

Гелеобразный 1,72% раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной, содержал сверх 100 г раствора 4,26 г порошка цинкового и 0,74 г глицерина. Проводили испытания, как указано в примере 1. Результаты испытаний отражены в таблице 1. Механические характеристики не удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Покрытие теплостойко в интервале температур 200°С.

Составы, указанные в примерах 1, 2, 3, испытывали на устойчивость к агрессивным средам. Для этого стальные образцы-пластинки с нанесенным покрытием (толщиной покрытия 70 мкм) высушивали в течение 3 часов при температуре (60±2)°С, затем - в течение 20 минут при температуре (80±2)°С, и испытывали на устойчивость к агрессивным средам - растворителям и полиэфирному лаку. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Соотношение весовых частей, использованных в примерах 1, 2, 3, указано в таблице 3.

Из описанных примеров видно, что покрытие с порошком цинковым наилучшего качества получается на основе композиции, описанной в примере 2.

Таблица 1

v, Ом·м

Е, В/м

, МПа

, %

Адгезия, баллы

Примечание

8,2·10 6

1,0·10 6

4,0

56,9

4

Пример 1

8,0·10 6

5,0·10 5

10,0

17,0

1

Пример 2

24,7·10 6

5,0·10 5

10,0

2,8

5

Пример 3

Таблица 2

Устойчивость к агрессивным средам

Примечание

Растворители

Лаки полиэфирные ненасыщенные

Толуол

Этилацетат

Ацетон

Спирт этиловый

Стирол

ПЭ-246

+

+

+

+

-

+

Пример 1

+

+

+

+

+

+

Пример 2

+

+

+

+

-

-

Пример 3

Таблица 3

Соотношение весовых частей

Раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы очищенной

Порошок цинковый

Глицерин

Примечание

1,72% - вес.ч.

Цинковый - 0,74 вес.ч.

4,26 вес.ч.

Пример 1

2,0% - 100 вес.ч.

Цинковый - 1,12 вес.ч.

0,9 вес.ч.

Пример 2

1,72% - 100 вес.ч.

Цинковый - 4,26 вес.ч.

0,74 вес.ч.

Пример 3