пленкообразователь для защитных лакокрасочных покрытий

Формула изобретения

Пленкообразователь для защитных лакокрасочных покрытий, представляющий собой отход производства 4,5,6,7-тетрагидроиндола кубовый остаток - смолообразный продукт, образующийся в процессе выделения целевого продукта, полученного конденсацией циклогексаноноксима с ацетиленом, путем перегонки реакционной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты от коррозии и конкретно касается создания новых защитных лакокрасочных материалов на основе синтетических материалов.

Лакокрасочные покрытия, нанесенные тонким слоем на металлы, пластмассы, дерево, штукатурку, бетон и другие материалы, обеспечивают их надежную защиту от воздействия внешней среды [1, 2]. Покрытие материалов лаками или красками имеет существенные преимущества перед другими видами защитных покрытий. Они легко наносятся на поверхность защищаемого материала, достаточно долговечны и, кроме того, придают поверхности внешний вид, удовлетворяющий эксплутационным и эстетическим требованиям. Используемые лакокрасочные материалы представляют собой достаточно сложные композиции, которые включают пленкообразователи, растворители, пигменты, наполнители, пластификаторы, сиккативы и другие компоненты [3]. Основным компонентом любого лакокрасочного материала, в наибольшей степени определяющим свойства получаемого покрытия, является пленкообразующее вещество. В качестве пленкообразователей используют высыхающие растительные масла (олифы), природные и синтетические смолы (канифоль, битумы, янтарь), эфиры целлюлозы, разнообразные синтетические смолы, получаемые как путем поликонденсации (алкидные, фенолформальдегидные, мочевино- и меламиноформальдегидные, полиуретановые), так и путем полимеризации (перхлорвиниловые, полиакриловые, поливиниацетальные, алкидно-стирольные и др.) [4-7]. Используют также эпоксидные смолы (иногда в сочетании с другими пленкообразователями) [8] и некоторые виды синтетических каучуков [9]. Такое разнообразие используемых пленкообразователей свидетельствует о том, что каждый из них не может полностью удовлетворять всему набору требований, предъявляемых к лакокрасочным покрытиям. Большое значение имеет стоимость используемого пленкообразователя, которая зачастую определяет стоимость краски или лака. По этой причине в качестве пленкообразователя предлагают использовать некоторые отходы производства. В литературе имеются примеры использования отходов производства ряда продуктов промышленного органического синтеза в качестве компонентов лакокрасочных композиций. Так, например, известно использование кубовых остатков очистки изопрена, представляющих собой смолу с температурой размягчения 30-60°С, для модификации бутадиенстирольного пленкообразующего [10]. К недостаткам такого способа получения пленкообразующего относится широкое варьирование содержания основного компонента используемой смолы - фульвена (35-70%) и, как следствие, изменение времени затвердевания пленкообразующего. Кубовые остатки ректификации бутадиена находят применение в производстве композиционной олифы [11], а кубовые остатки ректификации стирола предложено применять для улучшения свойств олифы «Оргтехстрой-5» [12]. В последнем случае недостатком способа улучшения свойств олифы является необходимость предварительной обработки кубовых остатков молотой известью при температуре 100°С. Разработана и внедрена в производство технологическая линия получения лака на основе кубовых остатков ректификации стирола, который используется для создания защитных покрытий судов, морских эстакад и т.п. [13]. Недостатком использования кубовых остатков ректификации стирола в данном направлении является расширяющееся применение в процессах ректификации стирола ингибиторов полимеризации различной природы, которые переходят в кубовый остаток, изменяя его состав и свойства. Известна также композиция [14], в которой пленкообразователем является сополимер кубового остатка совместного производства стирола и оксида пропилена с малеиновой кислотой или малеиновым ангидридом, а в качестве растворителя ксилол и комплексный растворитель РС-9, полученный из отходов производства бутиловых спиртов с уксусной кислотой или отходами ее содержащими. Предложенная композиция обладает улучшенными декоративными свойствами, но может быть получена только из вышеперечисленных компонентов, так как одной задач при ее создании являлась утилизация отходов названных производств.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому нами изобретению (прототип) является пленкообразователь для защитных лакокрасочных покрытий, представляющий собой отход производства синтетических моющих средств - кубовые остатки синтетических жирных кислот, образующиеся в процессе окисления парафиновых углеводородов [15].

Предлагаемое нами техническое решение отличается от прототипа тем, что в качестве пленкообразователя для защитных лакокрасочных покрытий используют отход производства 4,5,6,7-тетрагидроиндола кубовый остаток - смолообразный продукт, образующийся в процессе выделения целевого продукта, полученного конденсацией циклогексаноноксима с ацетиленом, путем перегонки реакционной смеси [16]. Кубовый остаток при охлаждении превращается в хрупкое твердое вещество от коричневого до почти черного цвета, обладающее следующими физико-химическими характеристиками: температура начала размягчения - около 50°С; хорошо растворим в ацетоне, хлороформе, спиртах, толуоле и других органических растворителях. Элементный состав (%): С 66-67, Н 6.5-7.5, N 7.0-7.5, S 3.3-3.7, Na 3.6-3.9. По данным ИК и ЯМР спектроскопии получаемое вещество является смесью высокомолекулярных, олигомерных и низкомолекулярных продуктов, содержащих циклогексеновые фрагменты, сопряженные двойные связи, тетрагидроиндольные фрагменты, натриевые соли органилсульфоновых кислот, оксимные функции, сопряженные карбонильные и карбоксильные группы и, возможно, некоторые другие функциональные группы и заместители. В твердом состоянии продукт обладает парамагнитными свойствами (концентрация парамагнитных центров 9·10 ¹⁷ спин/г, g-фактор 2.0043, Н 6.9 Э) и обладает электрической проводимостью на уровне высокоомных органических полупроводников (10^-12-10 ^-14 См/см).

Использование отхода производства 4,5,6,7-тетрагидроиндола в качестве пленкообразователя иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В фарфоровой ступке растирали 5 г используемой смолы и полученный порошок растворяли в 5 г растворителя (бутанол). Для нанесения испытуемого раствора использовали металлические образцы из стали Ст3, подготовленные обычным образом для нанесения покрытия. Покрытие наносили окунанием. Слой покрытия получался тонким, равномерным, полупрозрачным золотисто-коричневого цвета. Полученные покрытия были испытаны на адгезионную прочность по методу решетчатых надрезов [17]. Результаты испытаний показали, что по четырехбалльной шкале адгезионная прочность покрытия оценивается на 2 балла (в местах пересечения линий решетки наблюдается незначительное отслаивание, нарушение наблюдается не более чем на 5% поверхности решетки). Антикоррозионные свойства полученного покрытия оценивали электрохимическим методом [18] путем сравнения электрохимических характеристик стальных образцов с лакокрасочным покрытием и без покрытия, погруженных в 3% раствор хлорида натрия при различных временах выдержки. Испытания показали, что при нанесении покрытия потенциал металла смещается приблизительно на 0,5 В в сторону положительных значений, что свидетельствует о затруднении анодной реакции ионизации металла, а следовательно, об эффективной антикоррозионной защите.

Пример 2. В условиях примера 1, но при использовании в качестве растворителя ацетона покрытие наносили кистью. Адгезионная прочность покрытия оценена в 1 балл (нет признаков отслаивания ни в одном квадрате решетки), смещение потенциала в положительную сторону (по сравнению с образцом без покрытия) составляет 0,05-0,16 В.

Пример 3. В условиях примера 1, но при дополнительном введении в раствор 1 г (10% от общей массы) дибутилфталата в качестве пластификатора адгезионная прочность покрытия оценивается в 1 балл, смещение потенциала составляет 0,1-0,18 В. После 2-часовой экспозиции образцов в 3% растворе хлорида натрия на неокрашенном образце появились следы ржавчины, покрытие осталось ровным, гладким, не отстает от металла.

Пример 4. В условиях примера 1, но при дополнительном введении дибутилфталата, эпоксидной смолы (с отвердителем) и кремнезема (в качестве наполнителя) (состав композиции, % мас.: исследуемая смола 15, бутанол 15, дибутилфталат 3, эпоксидная смола 57, кремнезем 10) получено блестящее покрытие, адгезионная прочность которого соответствует 1 баллу. Смещение потенциала образца составляет 0,03-0,12 В. Композиция данного состава имела защитный эффект выше, чем у применяемого лака ХВ-784.

Таким образом, смола, являющаяся отходом производства тетрагидроиндола, может быть использована в качестве пленкообразователя для получения лакокрасочных материалов различного состава, которые обладают высокой адгезией к металлу и эффективно защищают металлы от коррозии. Данная смола в твердом состоянии легко хранится без существенных химических превращений, обладает слабым запахом, может транспортироваться на любом виде транспорта.

Список использованных источников

1. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия. 1976. 472 с.

2. Косачев В.Б. Основные принципы защиты от наружной коррозии. Лакокрасочные покрытия, рекомендуемые для защиты от наружной коррозии. // Новости теплоснабжения. 2006. № 2. С.37.

3. Сорокин М.Ф., Кочнова З.А., Шоде Л.Д. Химия и технология пленкообразующих веществ. - М.: Химия. 1989. 480 с.

4. Козловская А.А. Полимерные и полимерно-битумные материалы для защиты трубопроводов от коррозии. - М.: Изд. литературы по строительству. 1971. 127 с.

5. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия в химических производствах. Л.: Химия. 1973. 336 с.

6. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. - М.: Химия. 1987. 224 с.

7. Шевченко А.А. Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии. - М.: Химия. КолосС. 2004. 248 с.

8. Финкельштейн М.И. Промышленное применение эпоксидных лакокрасочных материалов. Л.: Химия. 1983. 120 с.

9. Соболев В.М. Бородин И.В. Промышленные синтетические каучуки. - М.: Химия. 1977. 392 с.

10. А.С. СССР 1087535, МКИ С08F 236/10, С08С 2/02. Способ получения модифицированного бутадиенстирольного пленкообразующего.

11. Сергеев Ю.А., Никулин С.С., Шеин B.C. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1986. № 4. С.15.

12. А.С. 181218 СССР, Кл. 22h, 2. Способ получения синтетической олифы.

13. Никулин С.С., Шеин В.С., Злотский С.С. и др. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза. / Под ред. М.И.Черкашина. - М.: Химия. 1989. 240 с.

14. Филимонова О.П., Енютина М.В. Патент RU 2309967 С1. МПК C09D 125/04, 13.07.2006. Композиция для покрытий.

15. Сысоев А.К., Гордеев-Гавриков В.К., Мотовилов В.Т. Патент RU 2073746 С1. МПК C23F 11/00, 20.02.1997. Антикоррозионная композиция, наносимая на металлические поверхности, покрытые коррозией.

16. Трофимов Б.А., Михалева А.И., Шмидт Е.Ю., Ряполов О.А., Платонов В.Б. Патент RU 2297410 С2. МПК C07D 209/04. 27.07.2005. Способ получения 4,5,6,7-тетрагидроиндола.

17. ГОСТ 15140-78. «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии».

18. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. - М.: Химия. 1988. 272 с.