Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к области полимерных композиций на основе модифицированных эпоксидных олигомеров, а именно к составам адгезионных и антикоррозионных грунтовочных покрытий, применяемых для защиты деталей и агрегатов из алюминиевых, магниевых сплавов и сталей в системах покрытий с полиуретановыми, акриловыми, акрилуретановыми, а также эпоксидными и перхлорвиниловыми эмалями, применяемыми для защиты авиационной техники.

Известно, что в противокоррозионной защите авиационной техники большое внимание уделяется выбору лакокрасочных покрытий. Успех эффективной защиты конструкции зависит от правильного выбора системы лакокрасочного покрытия, подготовки поверхности с учетом конструктивной особенности детали, узла, агрегата, а также условий эксплуатации и других факторов. Сравнительно невысокая коррозионная стойкость металлов, применяемых в авиационных конструкциях, требует надежной защиты их на весь срок эксплуатации, который составляет 25-30 лет. Это связано с тем, что покрытия на внутренних поверхностях крыла, центроплана, стабилизатора, киля, топливных кессон-баков и других мест, где контроль его состояния и ремонт практически невозможны, должны сохра-нять свои защитные свойства на весь срок жизни конструкции.

Поэтому основную роль в противокоррозионной защите выполняют грунтовочные покрытия, которые не только обеспечивают адгезию всей системы к поверхности металла, но и повышают ее защитные свойства, так как в состав грунтовочных покрытий входят ингибирующие пигменты.

Грунтовки, применяемые для защиты изделий авиационной техники, должны обладать высокой адгезией к защищаемой поверхности, водостойкостью, высокими физико-механическими характеристиками, устойчивостью к действию минеральных и синтетических масел, хорошей сочетаемостью с акриловыми, акрилуретановыми, полиуретановыми, а также эпоксидными и перхлорвиниловыми эмалями.

Известна грунтовка для антикоррозионного покрытия, включающая полимерное связующее на основе сополимера бутилметакрилата и метакриловой кислоты, модифицирующую добавку меламиноформальдегидную смолу, противокоррозионный пигмент (стронций хромовокислый) и смесь органических растворителей (патент RU 2196792, опубл.05.10.1999 г.). Недостатком указанной композиции является невысокая водостойкость, а также недостаточно высокая адгезия к магниевым сплавам, что снижает ее защитные свойства.

Известна эпоксидная композиция для покрытия, включающая эпоксидную диановую смолу, модификатор - полиизоцианат, ароматический амин, смесь растворителей. Недостатком указанной композиции является невысокая адгезия к анодированным алюминиевым сплавам, а также невысокая жизнеспособность после введения отвердителя (патент RU 2360938, опубл. 10.07.2009 г.).

Известна композиция для антикоррозионных покрытий на металле, предназначенную для защиты поверхностей металла от воздействия воды и агрессивных сред, включающая растворимый сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом, органические растворители - ацетон, этилацетат, низкомолекулярную эпоксидную диановую смолу и аминный отвердитель, дополнительно может содержать наполнитель - графит или дисульфид молибдена (RU 2331660, опубл. 20.08.2008 г.). Недостатком данной композиции является невысокая адгезия к анодированным алюминиевым, а также плохая сочетаемость с полиуретановыми и акриловыми эмалями в системах покрытий.

Известен состав для антикоррозионных покрытий, включающий эпоксидную диановую смолу, уретановый модификатор - эпоксиуретановый олигомер, антикоррозионный пигмент, наполнитель, органический растворитель и аминный отвердитель - кремнийорганический диамин (патент RU 2230086, опубл. 10.06.2004 г.). Недостатком этого антикоррозионного покрытия является невысокая водостойкость, а также нестабильность когезионных характеристик при нанесении на загрунтованную поверхность полиуретановых и эпоксидных эмалей.

Известна композиция для получения коррозионно-стойкого, водо-топливостойкого покрытия, пленкообразующее - смесь олигомерного карбоксилсодержащего бутадиеннитрильного каучука и эпоксидного дианового олигомера,отвердитель - кремнийорганический амин, растворитель, пигмент и наполнитель (патент RU 2255100, опубл. 27.06.2005 г.). Покрытие обладает высокой адгезией к металлам (стали, алюминиевым сплавам), достаточно высокими химической стойкостью и водостойкостью. Недостатком данной композиции является невысокая адгезия к магниевым сплавам, а также сложность приготовления состава, необходимость применения дополнительных технологических операций, связанных с прогревом связующего.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является следующий состав, мас. ч.:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20 - 9,0 - 11,0;

Жидкий бутадиеновый карбоксилнитрильный каучук - 2,0 - 3,0;

Толуол -30,0-32,0;

Полиэтиленполиамин - 1,5 - 2,5;

Оксид хрома/III/ - 3,5-4,5;

Фосфат цинка - 9,0 - 12,0;

Тальк - 10,0-12,0 (патент RU 2187524, опубл.20.08.2002 г.).

Покрытие обладает высокой адгезией к стальным поверхностям, достаточно высокими защитными свойствами при нанесении на стальные поверхности.

Недостатком указанного покрытия является невысокая адгезия к алюминиевым и магниевым сплавам, а также недостаточно высокие влагозащитные свойства, что не позволяет обеспечить высокие защитные свойства на алюминиевых и магниевых сплавах.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание универсальной влагостойкой грунтовки с акриловым сополимером для антикоррозионной защиты алюминиевых, магниевых сплавов и сталей с защитными, а также адгезионными свойствами, водостойкостью, стойкостью к маслам и агрессивным средам. Наличие в полимерной матрице акрилового сополимера также позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики в системах покрытий с полиуретановыми, фторполиуретановыми, акрилуретановыми, акриловыми, эпоксидными и перхлорвиниловыми эмалями.

Для достижения поставленного технического результата предложена композиция для защитного покрытия, включающая полимерное связующее, модификатор, отвердитель - кремнийорганический амин, по меньшей мере один пигмент, по меньшей мере один минеральный наполнитель и по меньшей мере один органический растворитель. В качестве полимерного связующего композиция содержит диановый эпоксидный олигомер с молекулярной массой от 900 до 1600 и массовой долей эпоксидных групп от 6,0 до 12,0, в качестве модификатора - акриловый сополимер, в качестве пигмента - вещество, являющееся ингибитором коррозии, выбранное из группы, содержащей хромат стронция, хромат бария, фосфат хрома, фосфат алюминия, фосфат кальция или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас. ч:

Полимерное связующее - 90-110;

Акриловый сополимер - 10-50;

Отвердитель - 30,0 - 80;

Пигмент- 35- 100;

Минеральный наполнитель - 50-120;

Органический растворитель - 230 - 600.

Предпочтительно в качестве минерального наполнителя композиция содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, содержащей сульфат бария, аэросил, тальк, микротальк, слюду молотую мусковит, двуокись титана или их смеси.

Кремнийорганический амин является γ-аминопропилтриэтоксисиланом или продуктом конденсации γ-аминопропилтриэтоксисилана.

Применяемые в качестве модификатора акриловые сополимеры, например БМК-5, АС и др., содержат в своем составе реакционноспособные карбоксилатные группы, которые при определенных соотношениях с эпоксидным олигомером образуют мелкодисперсную двухфазную систему, в которой непрерывной фазой является эпоксидный олигомер, а дисперсной - акриловый сополимер.

Указанные модификаторы отличаются от полисульфидных и бутадиенакрилонитрильных карбоксилатных каучуков, так как последние относятся к другому классу соединений (каучуки) и не проявляют вышеуказанных свойств, присущих акриловым сополимерам.

Кроме того, в процессе нанесения грунтовочных покрытий каучуковая фаза проявляет способность к нитеобразованию, что ухудшает свойства конечного покрытия.

Предпочтительно в качестве органического растворителя композиция содержит ксилол, или о-ксилол, или ацетон, или бутилацетат, или этилцеллозольв, или их смеси.

При отверждении двухфазной системы эпоксидный олигомер - акриловый сополимер кремнийорганическим амином формируется достаточно плотная структура "сетка в сетке", содержащая полярные функциональные группы, способные взаимодействовать с поверхностью металла, обеспечивая высокие адгезионные физико-механические характеристики грунтовочного покрытия, водостойкость, прочность при отрыве.

Наличие функциональных полярных групп в дисперсной фазе повышает адгезионное взаимодействие покрытия, а также обеспечивает достаточно высокое когезионное (межслойное) взаимодействие грунтовочного покрытия с фторполиуретановыми, уретановыми, акрилуретановыми, эпоксидными перхлорвиниловыми эмалями, что способствует повышению эксплуатационных свойств систем покрытий и долговечности антикоррозионной защиты изделий авиационной техники.

Введение в полимерную матрицу ингибирующих пигментов существенно повышает защитные свойства предлагаемого состава. При воздействии коррозионной среды ингибирующие пигменты создают искусственные условия для пассивации металла, смещая электродный потенциал в положительную сторону, и тормозят электрохимические процессы коррозии. Применение в составе защитного покрытия ингибирующих пигментов с различной растворимостью позволяет обеспечить длительную противокоррозионную защиту.

Применяемые минеральные наполнители способствуют повышению технологических, а также физико-механических свойств, повышают устойчивость к термоперепадам, например слюда молотая, имеющая пластинчатую структуру, способствует повышению водостойкости, а тальк, микротальк, имеющие игольчатую структуру, - повышению прочности.

Повышенное содержание растворителя в композиции грунтовки в заявленном диапазоне в совокупности с выбранным модификатором и ингибирующими коррозию пигментами обеспечивает возможность увеличения времени нанесения эмалевого покрытия на загрунтованную поверхность, улучшение внешнего вида покрытия, возможность нанесения пневмораспылением и безвоздушным распылением и увеличенной адгезией грунтовки до 1-2 баллов.

Предлагаемая композиция обладает высокой адгезией к защищаемой поверхности (алюминиевые и магниевые сплавы и различные стали), высокими физико-механическими свойствами, влагостойкостью, а также хорошими антикоррозийными свойствами в интервале температур от -60 до +100°С, обеспечивающая высокие эксплуатационные характеристики в системах покрытий с полиуретановыми, фторполиуретановыми, акрилуретановыми, уретановыми, акриловыми, эпоксидными и перхлорвиниловыми эмалями.

Примеры осуществления изобретения

Пример № 9 (прототип)

Эпоксидную смолу ЭД-20 растворяют в толуоле, затем вводят каучук и неорганические добавки. Перемешивают до получения однородной массы и добавляют отвердитель - полиэтиленполиамин. Состав наносят методом распыления в один слой и высушивают при комнатной температуре в течение 1 ч.

Составы предлагаемой композиции, проиллюстрированные в таблице конкретными ингибирующими коррозию пигментами для антикоррозионного покрытия, и состав композиции, известной из прототипа, приведены в таблице 1.

Сравнимые по результатам свойства покрытий достигаются также ингибирующими коррозию пигментами, раскрытыми в настоящем изобретении, в различных сочетаниях, не приведенных в указанной таблице 1.

Таблица 1

Пример № 1

Полимерное связующее (эпоксидный олигомер) растворяют в смеси органических растворителей. В полученный раствор добавляют (при необходимости) модификатор, пигменты и растворители и диспергируют до степени перетира (20-25) мкм по «клину». Перед применением в композицию вводят отвердитель, перемешивают и разбавляют смесью растворителей до рабочей вязкости 13-15 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм.

Из предлагаемой композиции по примерам 1 - 8, а также из композиции, известной из прототипа, были получены покрытия толщиной 20-25 мкм на алюминиевом сплаве Д16, стали 30ХГСА.

Из предлагаемой композиции по примерам 1 - 8, а также из композиции, известной из прототипа, были получены покрытия толщиной 20-25 мкм на алюминиевом сплаве Д16, стали 30ХГСА

Отверждение покрытий проводили при температуре (20±5)°С в течение 24 ч. Определяли толщину покрытий, прочность при ударе, растяжении и изгибе, адгезионную прочность при отрыве в соответствии с ISO 4624 , адгезию по ГОСТ 15140 в исходном состоянии и после увлажнения в течение 10 суток, влагопоглощение по ГОСТ 21513-76. Прочность при ударе, прочность при растяжении и изгибе определялись на металле в соответствии с ГОСТ 4765, ГОСТ 29309 и ГОСТ Р 52740 в исходном состоянии и после термоциклирования (от -60 до +100) °С в течение 10 циклов. Испытания в камере солевого тумана проводили в соответствии с ГОСТ 9.913 -84. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Как видно из приведенных примеров, применение предлагаемого состава защитного покрытия позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики систем покрытий как на алюминиевых и магниевых сплавах, так и на стали.

Предлагаемый состав обладает высокой адгезией к защищаемой поверхно-сти (алюминиевые и магниевые сплавы и различные стали), высокими физико-механическими свойствами, влагостойкостью, устойчивостью к действию мине-ральных и синтетических масел и топлив, а также хорошими антикоррозионными свойствами в интервале температур от -60 до +100°С.

Высокий уровень вышеуказанных свойств предлагаемого состава грунтовки, а также сочетаемость с полиуретановыми, фторполиуретановыми, акрилуре-тановыми, акриловыми, эпоксидными и перхлорвиниловыми эмалями обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики систем покрытий.

Системы покрытий с применением предлагаемого состава имеют повышенную работоспособность и способствуют увеличению срока эксплуатации систем покрытия, используемых для защиты изделий авиационной техники.