Результат интеллектуальной деятельности: АНТИКОРРОЗИОННАЯ ШПАТЛЕВКА

Изобретение относится к лакокрасочным композициям, предназначенным для устранения дефектов и защиты от влаги загрунтованных или незагрунтованных металлических или неметаллических поверхностей, и может быть использовано для выравнивания мелких и грубых повреждений преимущественно металлической поверхности материалов, эксплуатируемых в атмосферных условиях и внутри помещений.

Известна шпатлевка для выравнивания кузовов автомобилей, включающая ненасыщенную полиэфирмалеинофталатную смолу, мономер растворитель - стирол, инициатор - пероксид бензоила, ускоритель - диметиланилин, пигмент - свинцовый сурик и оксид цинка, наполнитель - аэросил и тальк, стиролсодержащий термоэластопласт, парафин и пластификатор - дибутилфталат (патент RU 2016029, МПК С 09 D 5/34, 167/06, 1994 г.).

Известная шпатлевка сложна в изготовлении, экологически опасна и не обеспечивает антикоррозионной стойкости при эксплуатации транспортного средства.

Известны одноупаковочные шпатлевки для исправления дефектов металлической и деревянной поверхности, включающие смесь пигментов и наполнителей в среде алкидностирольного лака (марки МС-006), в среде поливинилхлорированной смолы в органических растворителях с добавлением пластификатора (марки ХВ 004), в среде пентафталевого лака с добавлением органических растворителей (марки ПФ-002). [ГОСТ 10277-90 "Шпатлевки"].

Широко известны двухупаковочные шпатлевки, применяемые для металлических и неметаллических поверхностей на основе эпоксидного пленкообразователя, которые позволяют устранить дефекты и обеспечить защиту от влаги. Эпоксидные шпатлевки представляют собой компактно поставляемые шпатлевочную пасту, представляющую собой смесь пигментов, наполнителей, пластификаторов, раствора эпоксидной смолы в органических растворителях, и функциональной добавки - отвердителя. [ГОСТ 28379-89 "Шпатлевки ЭП-0010 и ЭП-0020]. В качестве наполнителя используют материалы неорганической группы - мел, тальк, слюду, аэросил, базальтовую пыль в количестве до 40 мас.%, в качестве пигментов используют известные неорганические пигменты в количестве до 10 мас.%.

Известные шпатлевки не обеспечивают антикоррозионную защиту металлических поверхностей, являются токсичными и пожароопасными, характеризуются невысокими адгезионными свойствами, при эксплуатации растрескиваются, образуя трещины, обладают недостаточно высокими показателями стабильности и требуют дополнительной механической обработки перед нанесением грунтовочного или покрывного слоя.

Задачей изобретения является создание стабильной облегченной шпатлевочной пасты с улучшенными адгезионными свойствами, пригодной для устранения крупных и мелких дефектов, позволяющей предохранять обрабатываемую поверхность от коррозионных разрушений.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая шпатлевка состоит из шпатлевочной пасты, включающей пигмент-наполнитель и связующее, и функциональной добавки - загустителя, при этом в качестве пигмента-наполнителя используют алюминиевую пудру, в качестве связующего используют этилсиликатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминиевая пудра - 10 - 20
Этилсиликатное связующее - Остальное
а в качестве загустителя используют высокодисперсный порошок цинка в количестве 20-30 мас.% от массы шпатлевки.

Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 11,5 - 12,7
Поливинилбутираль - 5,5 - 7,7
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,15 - 0,45
Спирт этиловый - 72,1 - 76,5
Вода - Остальное
В качестве высокодисперсного порошка цинка используют промышленно выпускаемый порошок марки ПЦВД (порошок цинковый высокодисперсный), получаемый испарением металлического цинка в атмосфере нейтрального газа (атмосфера инертных газов или азота) с последующей его конденсацией. Высокодисперсный порошок цинка имеет частицы сферической формы со следующим гранулометрическим составом: частиц фракции 4-12 мкм - не менее 55 мас.%, частиц фракции более 20 мкм - не более 15 мас.%. Удельная поверхность более 0,15 м²/г.

Этилсиликатное связующее выпускается в промышленном масштабе по ТУ 6-10-1468-79 или ТУ 2311-019-12288779-99.

В качестве алюминиевой пудры могут быть использованы выпускаемые промышленностью алюминиевые пудры, например пудра алюминиевая пигментная ПАП-1, ПАП-2 по ГОСТ 5494.

Сравнение предлагаемой шпатлевки с известной позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна", т.к. предлагаемая композиция содержит новый для шпатлевочных паст состав, алюминийнаполненную пасту на силоксановой основе при заявляемом соотношении компонентов. Шпатлевка содержит вышеназванную шпатлевочную пасту и загуститель - высокодисперсный порошок цинка в указанном количестве.

Алюминиевая пудра и высокодисперсный порошок цинка широко используются в различных лакокрасочных композициях. В заявляемых композициях они использованы по новому назначению и выполняют новую функцию - алюминиевая пудра использована как активный наполнитель, а высокодисперсный порошок цинка в качестве загустителя, позволяющего химически структурировать получаемую композицию. Заявляемый качественный и количественный состав обеспечивает новые свойства шпатлевочной пасты и шпатлевки на ее основе - высокие антикоррозионные показатели, возможность обрабатывать вертикальные неглубокие дефекты, сохраняя хорошие показатели физико-механических характеристик. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемая шпатлевка может быть изготовлена из известных в промышленности материалов, на известном оборудовании. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Механизм формирования структуры шпатлевочной пасты обеспечивается свойствами этилсиликатного связующего, а также свойствами и формой частиц порошка цинка и алюминиевой пудры. При внесении в этилсиликатное связующее алюминиевой пудры образуется устойчивая коллоидная структура, представляющая собой взаимодействующие друг с другом мицеллы, образованные частицами алюминия, заключенными в этилсиликатную оболочку. Дополнительное структурирование системы происходит за счет химической реакции полисилоксанов, содержащих реакционно-способные ОН-группы с металлическим алюминием. Кроме того, развитая поверхность алюминиевого порошка обеспечивает возможность относительно невысокого его содержания в шпатлевочной пасте для обеспечения требуемой вязкости (низкой текучести) при заявляемом соотношении компонентов. Вводимый перед нанесением в шпатлевочную пасту высокодисперсный цинковый порошок вписывается в коллоидную систему алюминиевой пасты в виде мицелл, содержащих в качестве ядра цинковые частицы. Разные формы мицелл с цинковыми и алюминиевыми ядрами (шарообразная и чешуйчатая соответственно) обеспечивают плотную их упаковку. Кроме того, цинковый порошок в присутствии катализатора процесса, за счет влаги, содержащейся на поверхности и в воздухе, ускоряет процесс отверждения пленки. Металлическая природа пигментов, а следовательно, химическая связь посредством цепочек полисилоксанов с поверхностью металла обеспечивает образование прочного цинк-алюминий-железо-силиканого слоя, имеющего хорошую адгезию к металлической поверхности и стойкого к воздействию воды и растворителей. Получаемые свойства шпатлевочной пасты и шпатлевки на ее основе обеспечивают возможность устранения как небольших вертикальных дефектов, а также дефектов с острыми краями. Получаемая шпатлевка имеет консистенцию пасты, которая легко наносится шпателем или кистью непосредственно в дефект с последующим удалением излишков шпатлевки шпателем. Получаемый шпатлевочный слой характеризуется высокой адгезией к обрабатываемой поверхности, низкой усадкой, оптимальной эластичностью, устойчивостью к растрескиванию и образованию трещин в процессе эксплуатации, антикоррозионной стойкостью. После высыхания заявляемой шпатлевки получаемая поверхность имеет шероховатый характер, легко шлифуется без воды, пригодна для выправок поверхности металла. Шпатлевка характеризуется повышенной теплостойкостью, т. е. может быть применена для объектов с температурой эксплуатации не выше 150^oС.

Заявляемую шпатлевку получают следующим образом.

Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД в количестве 20-30 мас.% вносят в алюминийнаполненную пасту, содержащую 10-20 мас.% алюминиевой пудры ПАП-1 или ПАП-2 и этилсиликатное связующее - остальное, следующего состава, мас.%:
Этилсиликат - 11,5 - 12,7
Поливинилбутираль - 5,5 - 7,7
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,15 - 0,45
Спирт этиловый - 72,1 - 76,5
Вода - Остальное
Получаемую композицию тщательно перемешивают до образования однородной пасты. Полученная шпатлевочная паста имеет длительный срок хранения, а шпатлевочная паста имеет ограниченную дееспособность, т.е. ее рекомендуется использовать в течение одной смены (8 часов). Шпатлевку наносят шпателем, наливом. Шпатлевка может быть использована при необходимости как грунтовка, в этом случае возможно нанесение пневматическим распылением при разбавлении шпатлевки до рабочей вязкости этиловым спиртом или растворителем 648.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (по изобретению)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 10 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 20 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 10
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 20
Этилсиликатное связующее - 70
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 11,5
Поливинилбутираль - 5,5
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,15
Спирт этиловый - 72,1
Вода - 10,75
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 2 (по изобретению)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 20 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 30 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 20
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 30
Этилсиликатное связующее - 50
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,7
Поливинилбутираль - 7,7
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,45
Спирт этиловый - 76,5
Вода - 2,65
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использоанием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 3 (по изобретению)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 15 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 25 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 15
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 25
Этилсиликатное связующее - 60
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,30
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,70
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 4 (по изобретению)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 10 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 30 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 10
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 30
Этилсиликатное связующее - 60
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,30
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,70
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 5 (по изобретению)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 20 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 20 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 10
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 20
Этилсиликатное связующее - 60
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,30
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,70
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 6 (контрольный)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 5 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 25 мас.% цинкового порошка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5
Высокодисперсный цинковый порошок марки ПЦВД - 25
Этилсиликатное связующее - 70
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,3
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,7
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 7 (контрольный)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 30 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 25 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 30
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 25
Этилсиликатное связующее - 45
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,3
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,7
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 8 (контрольный)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 10 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 15 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 10
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 15
Этилсиликатное связующее - 75
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,30
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,70
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 9 (контрольный)
В этилсиликатное связующее вводят при постоянном перемешивании в естественных условиях алюминиевую пудру в количестве 20 мас.% от массы шпатлевки. Перед применением постепенно вводят 35 мас.% высокодисперсного порошка цинка марки ПЦВД, тщательно перемешивают, перед нанесением выдерживают в течение 20-30 мин. Шпатлевка имеет следующий состав, мас.%:
Алюминиевая пудра - 20
Высокодисперсный порошок цинка марки ПЦВД - 35
Этилсиликатное связующее - 45
Этилсиликатное связующее содержит, мас.%:
Этилсиликат - 12,1
Поливинилбутираль - 6,6
Ортофосфорная кислота (73%) - 0,30
Спирт этиловый - 74,3
Вода - 6,70
Для определения характеристик шпатлевки ее наносят шпателем в один слой с использованием трафарета. Полученную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Пример 10 (прототип)
Шпатлевка ЭП-0010 на основе эпоксидного связующего. Эпоксидную шпатлевку испытывали по ГОСТ 10277-90. Данные приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, использование композиции заявляемого состава позволяет получить шпатлевку с улучшенными показателями. При введении в шпатлевочную пасту алюминиевой пудры менее заявляемого количества не обеспечивается получение необходимой структуры, при нанесении шпатлевка стекает с вертикальной поверхности, образуется тонкий слой, при высыхании могут появляться дыры, повышается усадка. При введении в заявляемую композицию алюминиевой пудры более заявляемого количества образуется густая паста, которая характеризуется невысокой адгезией к поверхности и трудностями в нанесении на поверхность. При введение в шпатлевочную пасту высокодисперсного порошка цинка менее заявляемого количества не обеспечивается требуемого ее загущения, что затрудняет получение сплошного слоя и, кроме того, не обеспечивается протекторный механизм антикоррозионной защиты. При введении высокодисперсного порошка цинка более заявляемого количества значительно увеличивается скорость отверждения, что затрудняет процесс нанесения шпатлевки, уменьшаются адгезионные свойства, шпатлевка проваливается в дефекты.

Заявляемая шпатлевка обладает хорошими прочностными свойствами. Ее использование позволяет осуществить качественное устранение как вертикальных дефектов металлической поверхности, так и других дефектов поверхности, например мелких с размером менее 2 мм, имеющих рваные края. Шпатлевка имеет низкую усадку, не дает трещин при высыхании, обладает оптимальной эластичностью, имеет высокую адгезию к поверхности и прочность к растрескиванию в процессе эксплуатации. Коррозионная стойкость в условиях повышенной агрессивности увеличивается на 5-7 лет.