Продажа
профессиональных
антикоррозийных
красок
Объекты применения
Антикоррозийная грунтовка на основе водоэмульсионной алкидной смолы цинковых пигментов

Антикоррозийная грунтовка на основе водоэмульсионной алкидной смолы цинковых пигментов


24 мая 2012

Новые требования к охране окружающей среды и нормы при производстве и применении ЛКМ приводят к увеличению спроса на материалы с низким содержанием летучих органических соединений, применяемые не только в быту, но и в промышленности. В последнее время в Западной Европе значительно возрос интерес к экологически безопасным ЛКМ для защитных покрытий [1—4]. Разработка таких материалов на водной основе — очень сложная задача, особенно при создании рецептур цинкнаполненных составов, так как цинковые пигменты, как известно, взаимодействуют с водой с выделением водорода [5]. Использование цинковых пигментов с чешуйчатой формой частиц, обладающих большой удельной поверхностью и. как следствие, более высокой реакционной способностью, в значительной степени усложняет поставленную задачу.

Цель данного исследования — разработка стабильной при хранении антикоррозионной грунтовки естественного отверждения на основе водоэмульсионной алкидной смолы, цинковых хлопьев и цинковой пыли, обеспечивающей высокую коррозионную защиту металла.

В ходе работы были исследованы два возможных пути решения поставленной задачи:

  • стабилизация поверхности цинкового пигмента с чешуйчатой формой частиц путем обработки различными полимерными добавками в процессе приготовления паст и последующее применение в составе грунтовки пигментных паст, содержащих уже обработанный цинковый пигмент;
  • ингибирование процесса образования водорода в материале за счет использования специального ингибитора, добавляемого на стадии диспергирования компонентов ЛКМ.

Попытка стабилизировать поверхность цинковых хлопьев с помощью полимерных добавок однозначно показала невозможность одновременного достижения двух необходимых эффектов: получение стабильного при хранении в водной среде материала и на его основе покрытий с высокой коррозионной защитой. Хорошо стабилизированные частицы цинкового пигмента теряют из-за наличия адсорбционого полимерного слоя важнейшее свойство металла — анодную активность и, как следствие, возможность получения покрытий, обеспечивающих высокую коррозионную защиту металла.

Применение же ингибитора эмиссии водорода во время диспергирования грунтовки позволило обеспечить одновременно стабильность материала (за счет ингибирования процесса образования водорода) и катодный механизм защиты полученного покрытия.

В результате многочисленных исследований, проведенных нами, был выбран оптимальный ингибитор, который представляет собой органическое нитросоединение и одновременно растворитель: 1-нитропропан. Преимущество его применения состоит в том, что, являясь ингибитором образования водорода, он стабилизирует грунтовку при хранении в водной среде, а во время отверждения покрытия испаряется из лакокрасочной пленки вместе с другими летучими компонентами рецептуры, не ухудшая при этом антикоррозионные свойства покрытий.

В качестве основного пленкообразователя в составе грунтовки использовали водную эмульсию алкидной смолы средней жирности марки Worlee Е 150 W со следующими характеристиками:

Массовая доля нелетучих веществ, % 40
Кислотное число, мг КОН / г   <20
Вязкость, мПа * с   ≈930
рН 7,2

                                        

Характеристика пигментов, входящих в состав грунтовки, приведена в табл. 1.

Таблица 1.Характеристика пигментов, входящих в состав

Пигмент

Степень дисперсности, D50, мкм

Плотность, г/см3

Удельная поверхность, м2

Характер поверхности

Форма частиц

Zn Flake TV (Eckart Switzerland)

45,0-50,0

6,8-7,0

0,26-0,30

Гидрофобный

Чешуйчатая

Zn Staub SF (Larvik Norway)

3,5-5,0

7,1

0,25

Гидрофильный

Сферическая

В составе грунтовки использовали два вида цинковых пигментов с различной формой частиц: Zn-Staub Super Fein и Zn-Flake TV. Идея одновременного применения двух различных цинковых пигментов основана на нашем предыдущем опыте по разработке этилсиликатных ЛКМ, содержащих смесь пигментов Zn-Flake и Zn-Staub. Было установлено, что использование смеси этих цинковых пигментов позволяет получать покрытия, обеспечивающие одновременно высокую катодную защиту и хороший барьерный эффект [6-8].

В качестве пигмента с чешуйчатой формой частиц был использован Zn-Flake TV, выпускаемый фирмой Eckart Switzerland, с более низкой удельной поверхностью и меньшей реакционной способностью по сравнению с другими марками пигментов этого типа. Ниже приведена стандартная рецептура и последовательность загрузки компонентов при изготовлении разработанной грунтовки:

Компонент

Массовая доля, %

Перемешать компоненты 1 и 2 в диссольвере до постоянного значения рН ≈5 мин:

1. Алкидная смола Worlee 150/40

2. Катализатор Valirex Со—9 % Aqua (фирма Corn. Van Loocke NV)

 

 40

0,36

Добавить в диссольвер диспергатор и перемешивать ≈5 мин:

3. Диспергатор BYK 187

 

1,50

Добавить нсногаситель и перемешивать ≈5 мин:

4.Пеногаситель Tego Foamex 815

 

0,50

Добавить цинковую пыль и перемешивать ≈10 мин

с увеличением и затем снижением скорости диспергирования

5.Пигмент Zn-Ztaub SF

 

 

34,4

Добавить цинковые хлопья и премешивать 1—2 мин

6.Пигмент Zn-Flake TV

 

 

21,40

Через I—2 мин добавить раствор ингибитора

(предварительно смешать компоненты 7, 8, 9):

7. Этанол абс.

8. Dowanol РМ

9.Ингибитор 1-нитропропан

 

 

0,3

0,3

1,0

По достижении постоянного значения рН системы

(примерно через 40 мин после добавления ингибитора ) добавить

10.           Органический титанит АА-75 (фирма DuPont)

 

 

0,30

Диспергировать до постоянного значения рН = 50 мин.

 

 

Компоненты стандартной рецептуры диспергируют в диссольвере с низкой скоростью (380—500 об./мин). Процесс диспергирования контролируют по значению рН дисперсии.

Все жидкие компоненты смешиваются друг с другом достаточно быстро: в течение 3—5 мин после добавления каждого компонента система достигает равновесия. Для диспергирования цинковой пыли требуется примерно 15 мин, после чего система стабилизируется на значении рН≈7,6. Для более тонкого измельчения цинковой пыли используется ступенчатое увеличение, а затем снижение скорости диспергирования (табл. 2).

Процесс диспергирования пигмента с чешуйчатой формой частиц протекает существенно медленнее, чем цинковой пыли: стабилизация системы достигается примерно через 40 мин (рН = 8.6). Худшую диспергируемость пигмента Zn-Flake TV можно объяснить морфологией его поверхности. Гидрофобный характер, чешуйчатая структура и крупный размер частиц осложняют диспергирование этого пигмента в водной среде и требуют более высоких энергетических затрат по сравнению с цинковой пылью [9, 10].

Добавление органического титаната АА-75 приводит сначала к сильному снижению рН дисперсии, затем система снова стабилизируется на значении рН =8.6.

Следует отметить, что разработанная технология предусматривает контроль процесса диспергирования компонентов по значению рН дисперсии в ходе процесса. Проведенными исследованиями было установлено, что процесс диспергирования завершается при значении рН ≈8,6.

Последовательность загрузки компонентов при изготовлении грунтовки отражена в приведенной рецептуре. Некоторые технологические параметры процесса получения грунтовки указаны в табл. 2.

Таблица 2.Технологические параметры процесса получения грунтовки.

Внутренний диаметр, мм

- диссольвера

- диска

 

100

90

Скорость диспергирования, об./мин

- компонентов

- цинковой пыли

 

380-500

500 —>1030—>500

Температура диспергирования, 0С

≈20-23

Время диспергирования, мин

≈100—120

рН грунтовки*(ипЛго(з, фирма Metrohm)

≈8,60

Фильтрация грунтовки

Через металлическую сетку 300 мкм

Выдержка материала перед нанесением (успокоительная фаза: до полного исчезновения пены на поверхности материала), ч, не мене

4

*Последующий контроль рН, осуществляемый перед нанесением материала (через 4 ч после ее получения) и в конце рабочего дня (через 5—6 ч), показывает одинаковое значение рН ≈8,6, что подтверждает стабильное состояние материала.

 

Для определения влияния ингибитора на стабильность получаемой грунтовки исследовали композицию без ингибитора. Как видно из приведенных данных, процесс диспергирования системы без ингибитора протекает медленнее: необходимо около 60 мин для достижения первого равновесия (после добавления Zn-Flake TV рН=8,6) и еще 80 мин для достижения кажущегося равновесного значения рН = 8,8. Дальнейшее наблюдение за композицией, не содержащей ингибитор, показало, что уже через 1 —2 ч после ее получения образуется заметное количество водорода в стакане с материалом, плотно закрытым эластичной пленкой, которая сильно вытягивается под давлением газа, образующегося в стакане. Этот процесс протекает постоянно, и через 10 ч выделяется более 30 мл водорода. Параллельно с образованием водорода возрастает и значение рН грунтовки. Это означает, что материал находится в реакционноспособном состоянии. Результаты много­кратных сравнительных испытаний составов, содержащих и не содержащих ингибитор, абсолютно четко показали, что в отсутствие ингибитора невозможно создать стабильную при хранении в водной среде цинксодержащую композицию.

При разработке грунтовки тщательно исследовали ее стабильность при хранении.

Под этой характеристикой понимали отсутствие образования водорода или протекание каких-либо других химических реакций во время хранения материала при комнатной температуре, 30 и 40 °С; образование мягкого, легко размешиваемого осадка; постоянство значения рН дисперсии; получение качественного покрытия без дефектов и сопоставимых с первоначальными результатами свойств покрытии, включая катодную защиту.

Для исследования стабильности грунтовки при хранении использо­вали два метода:

  • количественное измерение выделившегося водорода при 25 °С прибором;
  • визуальное наблюдение за поведением материала в закрытом сосуде при комнатной температуре, 30 и 40 "С с последующим нанесением грунтовки после хранения и определением свойств покрытий, в том числе катодной защиты.

Результаты количественного метода определения выделившегося водорода при 25 °С из грунтовки, показали, что состав без ингибитора примерно через 10—12 ч после изготовления выделяет более 30 мл водорода. Материал, полученный по стандартной рецептуре, остается стабильным в течение 125 сут: выделение водорода при этом не наблюдается.

Грунтовка, полученная по стандартной рецептуре, в течение 75 сут хранения при комнатной температуре остается стабильной (кр. 1 — 1): в цинковом и полимерном слоях не отмечено никаких изменений. После 75 сут хранения материала нижний слой грунтовки имел мягкую и легко перемешивающуюся структуру. После перемешивания и фильтрования материал наносили на металлические пластины.

При хранении стандартной грунтовки в течение 95 сут при 30 °С образования водорода также не наблюдалось (кр. 1—2). Через 95 сут. материал легко перемешивался и был использован для получения покрытия и определения его свойств.

Хранение стандартной грунтовки при 40 °С показало, что композиция в этих условиях не достаточно стабильна (кр. 1—3). Через 5 сут на поверхности цинка появились мелкие пузыри, а при дальнейшем хранении образовался белый полимерный налет и, хотя образования водорода при этом не наблюдалось, через 20 сут наблюдение было прекращено и этот образец грунтовки дальше не исследовали.

Покрытия, полученные на основе образцов грунтовок, выдержанных при хранении в различных условиях, испытывали в камере соляного тумана.

Коррозионную стойкость покрытий оценивали по количеству ржавчины (в %), образующейся при испытании покрытий в разрезе стандартной ширины 1 мм, сделанном вертикально по середине покрытия. Образцы осматривали ежедневно под микроскопом. На рис. 6 приведена кинетика образования ржавчины в разрезе в процессе воздействия соляного тумана на покрытия, полученные из исходной грунтовки (выдержка после изготовления — 4 ч). а также материала после хранения в течение 75 сут при комнатной температуре и 95 сут при 30 0С.

Как видно из рис. 6. в разрезе покрытий из исходной грунтовки не наблюдается следов коррозии в течение 600 ч воздействия соляного тумана (кр. 1). В покрытии, полученного из грунтовки, хранившейся 75 сут при комнатной температуре (кр. 2), в течение 400 ч воздействия соляного тумана наблюдается только 5 % коррозии в разрезе, что, несомненно, является положительным фактором. Некоторое ухудшение катодной защиты: 15 % коррозии в разрезе в течение 240 ч испытания наблюдается для покрытий, полученных после хранения краски в течение 95 сут при 30 °С (кр. 3). Приведенные данные показывают принципиальную возможность получения защитного покрытия катодного действия после выдержки грунтовки в течение 75 сут при комнатной температуре и 95 сут при 30 °С. Испытания по изучению влияния различных факторов на стабильность грунтовки и коррозионную защиту ее покрытий продолжаются, и результаты будут получены несколько позже.

После испытаний в камере соляного тумана изучали структуру поперечного среза покрытия под микроскопом (500-кратное увеличение), для чего металлические пластины были разрезаны поперек.

Покрытие до воздействия соляного тумана имеет достаточно плотную упаковку, хороший контакт частиц цинковых пигментов друг с другом и с металлической подложкой, что очень важно для обеспечения катодной защиты.

После 600 ч воздействия соляного тумана покрытие меняет свою структуру: она становится более рыхлой и пористой с достаточно большим слоем белой ржавчины. При этом на металлической подложке еще остается слой неповрежденных пигментов Zn-Flake/Zn-Staub толщиной примерно 15—20 мкм, в котором эффект катодной защиты после 600 ч соляного тумана еще сохраняется.

Покрытие, полученное после выдержки грунтовки при 30 °С в течение 95 сут, до воздейст­вия соляного тумана не обладает столь плотной структурой и таким же упорядоченным контактом частиц, как исходное покрытие.

После воздействия соляного тумана в течение 240 ч  виден хороший контакт частиц цинка между собой и с металлической подложкой. Толщина слоя цинковых пигментов от подложки составляет примерно 20—25 мкм. Это означает, что покрытие еще обладает достаточным потенциалом антикоррозионного действия по катодному механизму. Слой белой ржавчины в покрытии имеет плотную структуру и четкие границы, т.е. поверхность этого покрытия более плотная и менее пористая, чем покрытия на основе исходной грунтовки.

Таким образом, исследования структуры поперечного среза покрытий показали, что после воздействия соляного тумана покрытия имеют слой пигментов Zn-Flake/Zn-Staub толщиной около 20 мкм, который хорошо контактирует с металлической подложкой и может еще защищать металл по катодному механизму.

Свойства стабильной при хранении антикоррозионной грунтовки естественного отверждения на основе водной эмульсии алкидной смолы, цинковых хлопьев и цинковой пыли, а также свойства покрытий на ее основе приведены ниже:

Общая массовая доля цинка в рецептуре, %

55-56

Массовая доля растворителя, %

1,6

Вязкость по DIN 4 при (20±3)0С, с

≈20-22

Степень дисперсности, мкм

36-38

рН грунтовки (Unitrod, фирма Metrohm)

8,6

Массовая доля нелетучих веществ, %

74,0-75,0

Стабильность грунтовки при хранении в закрытой таре при различной температуре, сут

-комнатной

-300С

-400С

 


>75

>95

Недостаточно стабильна

Толщина отвержденного покрытия, мкм

50-60

Время высыхания до «отлипа- при(20±3) 0С, мин

15-20

Характеристики покрытия, отвержденного при комнатной температуре в течение 14 сут:

- твердость по маятнику Кёнига (DIN 153157), с

- стойкость к действию растворителей

(уменьшение толщины покрытия после 100 двойных протирок, на), мм

- метиэтилкетоном

- изопропанолом

 

 
≈50

 

 

 
4-5

3-4

Стойкость покрытия к воздействию соляного тумана, ч, после выдержки грунтовки

 

-4ч

 

- 75 сут при комнатной температуре

 

- 95 сут при 30 0С

 

 

>600 - 700 ч(0% ржавчины в разрезе +белая ржавчина на поверхности покрытия)

>400 ч(5% ржавчины в разрезе+ незначительное количество белой ржавчины на поверхности покрытия)

> 240 ч(15% ржавчины в разрезе + незначительное количество белой ржавчины на поверхности покрытия)

Адгезия покрытия (DIN ISO 2409)

G0/G1

Внешний вид исходного покрытия

Ровная гладкая поверхность без дефектов

В результате проведенных исследований разработаны рецептура и технология получения антикоррозионной грунтовки, стабильной при хранении, на основе водоэмульсионной алкидной смолы, цинковой пыли и цинковых хлопьев. Важную роль в композиции играет ингибитор образования водорода (1-нитропропан), который был выбран в процессе длительных исследований и без которого, как показали результаты, невозможно получить стабильную цинксодержащую грунтовку на водной основе. В работе показана также принципиальная возможность получения покрытий с хорошими защитными свойствами после длительного хранения грунтовки при повышенных температурах.

К недостаткам покрытий относится пористая структура поверхности покрытия и, как следствие, образование на ней белой ржавчины и недостаточно высокий уровень катодной защиты покрытия, полученного после длительного хранения грунтовки.

В компании Eckart Switzerland продолжается работа по оптимизации рецептуры и дальнейшая отработка технологии получения материала с целью улучшения его стабильности при хранении и повышения антикоррозионных свойств покрытий на его основе.

СЪЕМНЫЙ ЛАК ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТЕН ОКРАСОЧНЫХ КАМЕРСЪЕМНЫЙ ЛАК ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТЕН ОКРАСОЧНЫХ КАМЕР
13 мая 2013
При проведении окрасочных работ, в зависимости от метода нанесения и группы сложности изделия, от 40 до 90 % лакокрасочного материала (ЛКМ) оседает на окрашиваемой поверхности в виде лакокрасочного покрытия (ПК). Остальное количество ЛКМ в виде красочной пыли уносится вентиляцией и оседает на внутренних стенках окрасочной камеры, решетках, фильтрах, воздуховодах.
Новый класс коррозионностойких полиэфирных порошковых ЛКМНовый класс коррозионностойких полиэфирных порошковых ЛКМ
13 мая 2013
Коррозия металлических субстратов представляет существенные проблемы для общества не только с точки зрения денежных затрат, но и с позиций безопасности. Всемирная организация борьбы с коррозией оценивает ежегодные расходы в мире, связанные с коррозией от 1,3 до 1,4 триллионов евро или от 3,1 до 3,5 % ВНП стран. Эти цифры отражают только прямые затраты, связанные с коррозией, такие как стоимость материалов, оборудования и ремонта, технического обслуживания и замены изделий.
Модульные установки коалесцентно-сорбционной очистки вод промышленно-бытового назначенияМодульные установки коалесцентно-сорбционной очистки вод промышленно-бытового назначения
08 ноября 2012
Рост объемов производства при увеличении экологической нагрузки на окружающую среду особенно актуализирует задачу рациональ- ного использования природных ресурсов при ужесточении норма- тивных требований к потребляемому продукту. Этому способствует их качественная разработка, разумное использование, а также по- следующая полная утилизация отходов.
Холодное цинкование. Теория и практика.Холодное цинкование. Теория и практика.
24 февраля 2012
В дайной статье рассматриваются теоретические основы и преимущества практического использования холодного цинкования как наиболее эффективного метода (альтернативного горячему цинкованию) для защиты металлоконструкций от коррозии.
Водоразбавляемые материалы для отделки древесиныВодоразбавляемые материалы для отделки древесины
05 октября 2012
Тиккурила в настоящее время уделяет очень много внимания защите окружающей среды. Основной акцент делается не только на высокое качество, доступность и долговечность материалов. Потребителю также предлагается такая ценность как экологическая безопасность продукции.
«Холодное цинкование» псевдоцинкование«Холодное цинкование» псевдоцинкование
23 января 2012
Потребитель должен иметь реальное представление о составе и свойствах, сходстве и различии ПК для правильного выбора эффективной защиты металла.
Года: 2013 2012 все

Рассказать друзьям:  
 
Поставки цинковых покрытий в любые регионы РФ:
Москва, Санкт-Петербург, Астрахань, Нижний Новгород, Воронеж
Создание сайта Unitech
file/image/main_Zn.jpg
1998-2014 “Corrozii.net” 
Российская Федерация, 620062,г.Екатеринбург, пр. Ленина, 101/2
тел.: (343) 268-10-53 

группа в контакте twitter

Антикоррозийная защита и покрытия, цинковые покрытия, холодное цинкование