антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий

Формула изобретения

1. Антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий, содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, измельченного до порошкообразного состояния, и аминосодержащую добавку, отличающийся тем, что в качестве одеревеневших отходов растительного сырья используют косточки фруктов, и/или скорлупу орехов, или композиции упомянутых компонентов с косточками ягод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

основа (измельченные одеревеневшие отходы
растительного сырья: косточки фруктов, и/или	90-97
скорлупа орехов, или композиции упомянутых
компонетов с косточками ягод)
аминосодержащая добавка	остальное

2. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве косточек фруктов используют, например, косточки абрикосов, и/или косточки персиков, и/или косточки вишен, и/или косточки слив.

3. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве скорлупы орехов используют, например, скорлупу грецких орехов, и/или скорлупу миндальных орехов, и/или скорлупу фисташковых орехов, и/или скорлупу арахиса, и/или скорлупу кокосовых орехов, и/или скорлупу кедровых орехов.

4. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве косточек ягод используют, например, косточки винограда, и/или косточки граната, и/или косточки кизила.

5. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что содержание косточек ягод в основе составляет не более 90%.

6. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве основы используют одеревеневшие отходы растительного сырья, измельченные до фракции 5-40 мкм.

7. Антикоррозионный наполнитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминосодержащей добавки используют моноэтаноламин или триэтаноламин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к антикоррозионным наполнителям на основе одеревеневших отходов растительного сырья, которые применяется в составе лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии металлических поверхностей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в машиностроении, судостроении, металлургии, химической и нефтегазодобывающей промышленности и др.

Известен антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий (см. патент Украины № 44949, C09D 5/12, дата публикации 15.03.2002 г.), содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, в качестве которого используют кору эвкалипта с влажностью не более 12-14 мас.%, полученную при переработке стволов эвкалиптовых деревьев и измельченную до порошкообразного состояния, аминосодержащую добавку и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок коры эвкалипта с влажностью
не более 12-14%	75-80
аминосодержащая добавка	5-15
вода	остальное.

Недостатком известного технического решения является сравнительно низкая антикоррозионная эффективность, обусловленная слабыми свойствами к ингибированию коррозионных процессов во время преобразования ржавчины ввиду незначительного содержания высокомолекулярных (С₁₄-С₂₂) жирных кислот в экстрактивной части коры эвкалипта.

Известен антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий (см. патент Украины № 37536 А, C09D 5/08, 5/12, дата публикации 15.01.2001 г.), содержащий основу из одеревеневших отходов растительного сырья, в качестве которого используют виноградные семена, измельченные до порошкообразного состояния, аминосодержащий компонент - моноэтаноламин и воду питьевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок виноградных косточек	75-80
аминосодержащая добавка	5-13
вода питьевая	остальное.

Недостатком указанного технического решения является невысокая способность к торможению коррозионных процессов (пассивации), происходящих на металлической поверхности со слоем ржавчины под пленкой лакокрасочного покрытия при его эксплуатации, что приводит к появлению пузырей и отслоению покрытия. Низкие ингибирующие свойства наполнителя по патенту № 37536 А связаны с тем, что экстрактивная часть наполнителя на основе виноградных косточек содержит только низкомолекулярные (до C₈-С₁₀) жирные кислоты, которые являются агрессивными и способны только к растворению продуктов коррозии. Эти свойства данного наполнителя ограничивают область его применения исключительно для ржавых металлических поверхностей со слоем ржавчины не мене 40-50 мкм.

Кроме этого, в состав данной композиции, как и у аналога, входит такой компонент как вода, что вызывает необходимость в дополнительной операции по сушке конечного продукта и, таким образом, удорожает стоимость наполнителя и усложняет процесс его изготовления.

В основу изобретения поставлена задача расширения ассортимента антикоррозионных наполнителей за счет создания такого универсального антикоррозионного наполнителя для лакокрасочных покрытий на основе одеревеневших отходов растительного сырья, в котором за счет использования иных растительных компонентов и их соотношения между собой обеспечивается увеличение срока службы (противокоррозионной стойкости) лакокрасочного покрытия в результате повышения ингибирующих свойств наполнителя при одновременном сохранении его преобразующих ржавчину свойств. При этом заявляемая композиция не требует операции сушки конечного продукта - антикоррозионного наполнителя, что снижает затраты на его изготовление.

Поставленная задача решается тем, что в антикоррозионном наполнителе для лакокрасочных покрытий, содержащем основу из одеревеневших отходов растительного сырья, измельченного до порошкообразного состояния, и аминосодержащую добавку, согласно изобретению в качестве одеревеневших отходов растительного сырья используют косточки фруктов и/или скорлупу орехов или их композиции в сочетании с косточками ягод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

основа (измельченные одеревеневшие
отходы растительного сырья: косточки
фруктов и/или скорлупа орехов или	90-97
композиции упомянутых компонентов с
косточками ягод)
аминосодержащая добавка	остальное

В качестве косточек фруктов используют, например, косточки абрикосов и/или косточки персиков и/или косточки вишен и/или косточки слив.

В качестве скорлупы орехов используют, например, скорлупу грецких орехов, и/или скорлупу миндальных орехов, и/или скорлупу фисташковых орехов и/или скорлупу арахиса, и/или скорлупу кокосовых орехов, и/или скорлупу кедровых орехов.

В качестве косточек ягод используют, например, косточки винограда и/или косточки граната, и/или косточки кизила.

Содержание косточек ягод в основе составляет не более 90%.

В качестве основы используют одеревеневшие отходы растительного сырья, измельченные до фракции 5-40 мкм.

В качестве аминосодержащей добавки используют моноэтеноламин или триэтаноламин.

Использование в качестве основы предлагаемого состава, например, измельченных косточек фруктов и/или скорлупы орехов, за счет дополнительного наличия в их экстрактивной части 5-15 мас.% анионов высокомолекулярных жирных кислот, при одновременном присутствии также и низкомолекулярных жирных кислот, обеспечивает более медленную деградацию лакокрасочного покрытия в процессе его эксплуатации путем блокирования слоя ржавчины и, следовательно, прекращения ее роста. Механизм данного явления основан на экстрагировании химически активных компонентов из наполнителя и химического взаимодействия ее с продуктами атмосферной коррозии на поверхности метала. При этом влага, проникающая через лакокрасочную пленку, насыщает, в первую очередь, частицы наполнителя, являющегося сорбентом влаги, и экстрагирует химически активные вещества, содержащиеся в нем. Достигая поверхности слоя ржавчины, влага превращается в экстракт, который способствует инертизации продуктов коррозии и превращает их в нерастворимые соединения. Использование в качестве основы композиции из упомянутых компонентов в сочетании с семенами ягод позволяет сохранить преобразующие ржавчину свойства наполнителя при одновременном повышении его противокоррозионных свойств. Таким образом, заявляемая композиция позволяет получить универсальный антикоррозионный наполнитель, который можно использовать в лакокрасочных покрытиях, предназначенных как для подготовленной металлической поверхности (при отсутствии продуктов коррозии), так и для прокорродировавшей со слоями ржавчины до 100 мкм. Кроме того, наполнитель предлагаемого состава не требует операции сушки, что значительно упрощает его изготовление и удешевляет стоимость.

Предлагаемый антикоррозионный наполнитель для лакокрасочных покрытий готовят следующим образом.

Исходные одеревеневшие отходы растительного сырья или их композиции в заданном соотношении предварительно измельчают, например, в шаровой мельнице или другом измельчительном оборудовании до порошкообразного состояния с фракцией 5-40 мкм. В полученный порошок добавляют расчетное количество аминосодержащей добавки - этаноламина или триэтаноламина и продолжают измельчение в шаровой мельнице в течение 0,5-1,0 ч. В результате получают конечный продукт - антикоррозионный наполнитель.

Характеристика конечного продукта: внешний вид - порошок от бежевого цвета до темно-коричневого (в зависимости от компонентов); запах - слабоаммиачный или без запаха; дисперсность - не более 5-40 мкм; pH 10% водной вытяжки - от 5 до 8 условных единиц; растворимость в воде - от 3 до 10%.

В таблице 1 приведены примеры составов основы антикоррозионного наполнителя в зависимости от компонентов используемых одеревеневших отходов растительного сырья.

Таблица 1
Примеры составов	Основа, мас.%
косточки фруктов	скорлупа орехов (грецкого, фундука, миндального, фисташкового, арахиса, кокосового, кедрового или их композиция)	косточки ягод
абрикосов	персиков	вишен	слив	винограда	кизила	граната
1	-	-	-	-	30	70	-	-
2	-	50	-	-	-	50	-	-
3	20	10	-	-	20	50	-	-
4	-	10	-	-	-	90	-	-
5	30	-	-	-	-	70	-	-
6	-	-	30	-	-	30	10	30
7	20	-	-	-	20	-	20	40
8	10	20	20	-	20	-	30	-
9	-	30	-	20	-	-	-	50
10	-	30	-	-	30	20	-	20
11	20	20	10	10	20	10	-	10
12	100		-	-	-	-	-	-
13		100	-	-	-	-	-	-
14		-	100	-	-	-	-	-
15		-	-	100	-	-	-	-
16	-	-	-	-	100	-	-	-

Выбор состава основы обусловлен основным назначением наполнителя в лакокрасочном покрытии и толщиной слоя продуктов коррозии на обрабатываемой металлической поверхности. Для антикоррозионной защиты металлической поверхности с толстыми слоями ржавчины (90-120 мкм) требуется грунтовочный лакокрасочный материал с наполнителем, композиция которого включает до 80-90 мас.% порошка косточек ягод. С уменьшением толщины слоя продуктов коррозии для покрытия используются наполнители с композицией, в основе которой преобладают косточки фруктов и скорлупа орехов (60-80 мас.%). При отсутствии слоя продуктов коррозии рекомендуется использовать наполнитель, содержащий только косточки фруктов и скорлупу орехов.

Приведенные в Таблице 1 примеры составов основы антикоррозионного наполнителя не являются единственно возможными для достижения вышеуказанного технического результата и не исключают других вариантов композиций, которые содержат совокупность признаков, включенных в формулу изобретения.

В таблице 2 приведены примеры наполнителя в зависимости от содержания в нем основы и аминосодержащей добавки.

Таблица 2
Компоненты наполнителя	Содержание компонентов в наполнителе, мас.%
пример 1	пример 2	пример 3
Основа (измельченные одеревеневшие отходы растительного сырья: косточки фруктов и/или скорлупа орехов или композиции упомянутых компонентов с косточками ягод)	90	93	97
Аминосодержащая добавка (этаноламин или триэтаноламин)	10	7	3
Примечание: в примерах 1-3 использован состав 16 (табл.1) основы антикоррозионного наполнителя, включающий (1:1) скорлупу грецкого и фисташкового орехов.

Использование антикоррозионного наполнителя осуществляется следующим образом: наполнитель в количестве до 8 мас.% добавляют к связующему, например, к краске МА-15, олифе, эмали ПФ-115, эпоксидной шпаклевке ЕП-0010 и тщательно диспергируют. Полученную композицию наносят методом распыления или щеткой на поверхность металла. Время полной полимеризации покрытия - 10-15 суток при температуре 20°С.

В таблице 3 приведены результаты испытаний предлагаемого антикоррозионного наполнителя в сравнении с наполнителем по патенту Украины № 37536А в составе лакокрасочного покрытия.

Таблица 3
Свойства лакокрасочного покрытия, которое содержит заявляемый наполнитель	Толщина слоя ржавчины, мкм	Показатели
примеры предложенной композиции	Наполнитель по патенту № 37536А
1	2	3
Скорость коррозии Ст3 со слоем ржавчины (30 мкм) в 10%-ных экстрактах наполнителей, определена по методу поляризационного сопротивления, мм/год	30	15,4	13,5	16,0	32,0
Степень защиты (ингибирования) от коррозии, %	30	75	83	72	35
Прочность на удар по У-1 А оценена после испытания покрытий в течение 25 суток в термогидрокамере, см	50	38	45	35	15
100	28	35	25	12
Омическое сопротивление определено после экспонирования в течение 25 суток в 3% растворе хлористого натрия, Ом·см	50	6900	8000	7100	2200
100	5600	6300	5950	1800
Степень поражения (%) покрытий оценена после 25 суток экспонирования в термогидрокамере при температуре 45°С, относительной влажности 95%	50	15	10	18	50
100	20	15	25	75

Испытание антикоррозионного наполнителя проведено в составе системы лакокрасочного покрытия (1 слой лакокрасочного грунта ГФ-0119, в состав которого включено 7% наполнителя и 1 слой эмали ПФ-115). Общая толщина лакокрасочного покрытия составляет 80 мкм. Толщина слоя модельной ржавчины на металле составляет 50 и 100 мкм.

Оценка скорости коррозии Ст3 со слоем ржавчины (30 мкм) в 10% экстрактах наполнителей осуществлена по методу поляризационного сопротивления в соответствии с ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 9.514-99) Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Электрохимический метод определения защитной способности.

Изменение скорости коррозии регистрировали поляризационным методом на индикаторе поляризационного сопротивления Р5126.

Продукты коррозии на образцах получали в соответствии с разработанной собственной методикой быстрого получения равномерного слоя ржавчины путем травления металлических образцов в течение 10 минут в 10% соляной кислоте с температурой 40-50°С с последующим экспонированием по 15 минут в дистиллированной воде при постоянной интенсивной аэрации и выдержкой на воздухе (не менее 3 раз). Такая обработка приводит к образованию на поверхности металла слоя ржавчины, которая состоит, согласно результатам рентгеноструктурного анализа, проведенного на ДРОН-3 при Со-К излучении, главным образом, из -РеООН и -FеООН.

Прочность на удар по У-1 А оценена после испытания покрытий в течение 25 суток в термогидрокамере. Оценка прочности на удар является стандартным показателем качества покрытия и проведена согласно ГОСТ 4765-73 на установке Константа У-1 А.

Омическое сопротивление лакокрасочного покрытий определено после экспонирования в течение 25 суток в 3% растворе хлористого натрия. Оценка омического сопротивления проведена согласно ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 30662-99) Преобразователи ржавчины. Методы испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий.

Степень поражения (%) покрытий оценена после 25 суток экспонирования в термогидрокамере при температуре 45°С, относительной влажности 95% - согласно ДСТУ 3895-99 (ГОСТ 30662-99) Преобразователи ржавчины. Методы испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий. Оценка защитных свойств покрытий проведена согласно с ГОСТ 9.407-84.

Результаты испытаний, приведение в таблице 3, показывают, что заявляемый антикоррозийный наполнитель обладает как высокими противокоррозионными (ингибирующими) свойствами, так и свойствами преобразователя ржавчины. Эти качества обеспечивают значительное повышение срока службы лакокрасочного покрытия. При этом композиция позволяет получить универсальный антикоррозийный наполнитель, который можно использовать как в традиционных лакокрасочных покрытиях, так и в грунтах-преобразователях ржавчины. Стоимость данного наполнителя снижена за счет уменьшения энергозатрат на сушку и упрощения технологии синтеза.