Лакофарбові матеріали для довготривалого антикорозійного захисту металоконструкцій в атмосферних
Для довготривалого антикорозійного захисту металоконструкцій та великогабаритного обладнання в даний час застосовуються лакофарбові матеріали (ЛКМ) на основі поліуретанових та епоксидних сполучних, цікаво застосування нових матеріалів на основі кополімерів фторопласту та силікон-епоксидних полімерів.
Двокомпонентні поліуретанові грунтовки та емалі
Поліуретанові ЛКМ найбільше відповідають вимогам, що пред'являються до антикорозійних ЛКМ, що забезпечують захист металу в атмосферних умовах. Їх застосовують вже понад 30 років для фарбування різного виду техніки, мостів, естакад, хімічних установок та ін. об'єктів промисловості та будівництва. За темпами приросту споживання поліуретанові ЛКМ майже вдвічі випереджають решту видів ЛКМ. Згідно з прогнозами фахівців, у найближчому майбутньому попит на поліуретанові ЛКМ у середньому зростатиме на 4-6% на рік [1]. Зростання споживання поліуретанових ЛКМ пояснюється тим, що покриття на їх основі відрізняються високою якістю. Вони характеризуються швидкою сушкою, атмосферо-, водо-, хім-, абразиво-, морозо- та термостійкістю. Поліуретани мають чудову адгезію до різних підкладок, включаючи метал, деревину, пластмасу, бетон і т.д. Покриття забезпечують високий клас захисту згідно з ГОСТ 9.032. Поліуретанові покриття дорожчі за більшість найбільш відомих ЛКМ, проте, враховуючи довговічність покриттів (що становить в середньому 7,5-13 років, а в ряді випадків і 15 років) та унікальні експлуатаційні властивості, поліуретановим ЛКМ немає альтернативи, особливо якщо йдеться про фарбування відповідальних об'єктів .
Поліуретанові ЛКМ можуть бути одно- та двокомпонентними, органорозчинними та воднодисперсійними. Серед ЛКМ для металоконструкцій найбільшепоширені органорозчинні двокомпонентні емалі та ґрунтовки, що застосовуються в системах покриттів, іноді з епоксидними ґрунтувальними та проміжними шарами. Поліуретанові ЛКМ в системі з епоксидним покриттям використовують як покривний шар, який забезпечує довговічність та високі декоративні властивості, а також їх стабільність при експлуатації.
Один з компонентів поліуретанового ЛКМ є розчином поліолу з пігментами і добавками, другий компонент — це розчин ізоціанатного затверджувача. Компоненти змішують безпосередньо перед вживанням, так як життєздатність цих ЛКМ обмежується інтервалом від 6-8 до 72 годин. Однак у всіх випадках вони утворюють покриття високої якості, що відрізняються абразиво-, хім-, морозо-, водостійкістю та хорошими декоративними властивостями.
Однокомпонентні поліуретанові лакофарбові матеріали
Однокомпонентні поліуретанові ЛКМ - це ґрунтовки та ґрунт-емалі, отверждаемые вологою повітря. Нанесення покриття в природних умовах ускладнюється тим, що на поверхні металу при температурі навколишнього повітря нижче за точку роси утворюється плівка конденсаційної вологи. В результаті покриття має слабку адгезію, яка негативно впливає на довговічність покриття. Поліуретанові ЛКМ, отверждаемые вологою повітря, можна наносити при температурах від 0 до 50 °З повагою та високої (до 98%!) відносної вологості повітря, і це впливає якість покриття. В результаті значно збільшується сезон забарвлення при фарбуванні об'єктів у польових умовах.
Однокомпонентні поліуретанові покриття, як і двокомпонентні, маютьнаступними перевагами:
- Висока атмосферостійкість у всіх кліматичних зонах, включаючи райони з агресивною промисловою атмосферою;
- однокомпонентні поліуретанові покриття прості у застосуванні, тому що виключають можливі помилки та технологічний шлюб при приготуванні робочих складів на відміну від двокомпонентних поліуретанових або епоксидних композицій;
- можливістю проведення фарбувальних робіт з вологої, але не мокрої металевої поверхні;
- тиксотропні високов'язкі поліуретанові матеріали дозволяють отримувати товщину сухої плівки до 80 мкм за один шар, що дає можливість скоротити кількість шарів, а отже, і трудовитрати при виконанні фарбувальних робіт у польових умовах;
- поліуретанові матеріали сумісні з епоксидними, хлоркаучуковими, вініловими, спеціальними алкідними матеріалами, що дає змогу отримувати ремонтоздатні системи покриттів.
Властивість цих матеріалів полімеризуватися за рахунок вологи повітря дозволяє найменшою мірою залежати від погодних умов і проводити фарбувальні роботи практично цілодобово, включаючи ранковий і вечірній час, коли в результаті добових коливань температур виникає точка роси.
Для захисту від корозії об'єктів морського портового будівництва використовують поліуретанові покриття, що отверждаются вологою повітря.
Застосування однокомпонентних поліуретанових матеріалів - прийнятний та економічно доцільний спосіб антикорозійного захисту з терміном служби покриттів до 12-15 років; він ідеально підходить для мостових конструкцій, портових споруд, нафтовидобувних платформ.
Полісечовинретанові лакофарбові матеріали
Основна відмінність поліуретансечовини від поліуретану полягає у застосуванні вреакції поліаміну замість поліолу, що дозволяє отримати полімер з іншими функціональними групами, ніж поліуретан, а отже, і з новими цінними властивостями:
1) Поліол + Поліізоціанат = Поліуретан R-OH + R-NCO = Rj-NH-CO-O-R.
2) Поліамін + Поліізоціанат = Полімочевина
Полімочевину ретанові лакофарбові покриття мають такі можливості:
- одержання товстошарового покриття завтовшки до 2,5 мм за один прохід;
- висока швидкість затвердіння протягом
- у реакції з ізоціанатами поліаміни реагують швидше поліолів, тому затвердіння полимо-чевинових покриттів може відбуватися при знижених температурах (значно нижче 0 ° С);
- Утворення еластичного покриття з відносним подовженням до 800%;
- Високі антикорозійні властивості в умовах впливу агресивних агентів (води, кисню, УФ-випромінювання, кислих середовищ).
Висока реакційна здатність компонентів полісечовини забезпечує формування покриттів без затверджувачів або каталізаторів. Матеріали однокомпонентні, отже більш технологічні при нанесенні. Підвищення надійності технологічного процесу отримання покриттів сприяє відносно низька чутливість полісечовини до вологості та температури порівняно з поліуретановими покриттями аналогічного призначення. Поліуретани значно більш схильні до утворення дефектних пористих плівок внаслідок реакції з вологою, що завжди присутня у вихідних сировинних компонентах, на поверхні, що фарбується і в атмосферному повітрі.
Полімочевинні покриття ідеальні для антикорозійного захисту металоконструкцій, що експлуатуються у прибережних зонах. Полімочевину-ретанові ізоляційні покриття застосовують для антикорозійного захисту об'єктів інфраструктури.морських нафтогазових платформ.
Фторвмісні лакофарбові матеріали
Розроблені у 1960-х роках. фторполімери відрізняються дуже високою стійкістю до дії атмосферних факторів, хімстійкістю та високою корозійною стійкістю. Їх використання в покривних ЛКМ дозволяє зберігати колір, блиск та корозійну стійкість при тривалій експлуатації. Такі властивості пояснюються низькою поверхневою енергією фторопластів та їх інертністю. Однак інші властиві їм властивості обмежують їхнє широке застосування. Це перш за все плівкоутворення при високих температурах, слабка адгезія до металу, а також неможливість ремонтного перефарбування внаслідок низької міжшарової адгезії.
У зв'язку з цим зусилля вчених у ХХ-ХХ1 ст. були спрямовані на вирішення питання синтезу функціональних фторполімерів підвищення адгезії фторопластовой плівки до металу.
Зусилля вчених мали успіх: наявність у фторполімеру спеціальних функціональних груп сприяє підвищенню в 7-8 разів адгезії до підкладки.
Так, наприклад, двопакувальні фарбувальні системи у складі основи містять щеплений еластомер з рухомими атомами водню в молекулі, а у складі затверджувача - поліізоціанатний агент, що зшиває. Використовуваний щеплений фтореластомер отримують щепленням на матричний фторполімер (СПЛ вініліденфториду з гексафторпропіленом, гідропентафторпропіленом, СПЛ тетрафторетилену і пропілену і т.п.) аміносполуки з більш одним рухомим атомом водню в молекулі. Такі системи утворюють покриття, які мають хороші адгезійні властивості і високу атмосферостійкість.
Для посилення адгезії фторполімерів до сталевої поверхні застосовуються традиційні системи покриттів з грунтувальним і проміжним шаром, в яких полімер фторвмісний виступає вяк покривний шар.
Найбільш підходящою системою для захисту залізничних мостів є:
1) епоксидна цинквмісна грунтовка - 75 мкм;
2) епоксидна емаль, що містить залізну слюдку, - 2X60 мкм;
3) фторполімерне покриття - 40 мкм.
Ця система застосовується у різних кліматичних зонах, зокрема тропічної і морської атмосфері.
Застосування в даній системі фторполімерного покривного шару забезпечує більшу стійкість до погоди, ніж поліуретанового шару. Руйнування поліуретанових покриттів в природних умовах викликається руйнуванням зв'язку в ізоціанатних групах під впливом УФ-випромінювання, тоді як фторвуглецевий зв'язок більш стійка до зовнішніх впливів.
У 1980 р. японські дослідники розробили групу модифікованих фторопластів, відомих як вінілові ефіри фторетилену, які мають чудову стійкість до дії атмосферних факторів, характерну для фторполімерів, і одночасно властивості, близькі до звичайних поліуретанових покриттів. Вони дорожчі, ніж поліуретани, проте показують більшу довговічність, що знижує витрати під час експлуатації об'єктів. Цими покриттями захищаються мости в Японії та США. Довговічність системи покриття оцінюється більш ніж 60 років.
Гібридні силікон-полімерні покриття
За допомогою силіконів можна контролювати хімічну та топографічну природу поверхні лакофарбового покриття, що дозволяє розробляти матеріали із заданими гідро- та олеофільними властивостями. ЛКМ на основі традиційних плівко-утворювачів (епоксидів, уретанів, акрилатів), модифіковані силіконами, називаються гібридними.
Завдяки унікальній хімічній природі силіконів стало можливим отримання на їх основі гібридного полімеру, в якому силоксанвиступає у ролі матриці, а епоксидні смоли є модифікаторами його бічних ланцюгів. Зшивання епоксидної та силок-санових частин призводить до утворення продукту, що володіє унікальними хімічними та фізичними характеристиками, які дозволяють використовувати його як основу для довготривалих захисних покриттів. Такі покриття одержали назву гібридних.
Епоксисилоксанова смола поєднує в собі переваги епоксидів з міцністю полісилоксанів. Низька в'язкість силоксанового полімеру дозволяє скоротити кількість летких компонентів у складі матеріалу та значно збільшити його сухий залишок.
Гібридні композиції використовуються для отримання хімічних, водо- та атмосферостійких покриттів. Склади для антикорозійного захисту металів на основі силіконів мають підвищену водостійкість. Впровадження в епоксидне покриття силанового компонента призводить до різкого зменшення поглинання води покриттям за рахунок зниження поверхневої енергії та збільшення гідрофобності покриття.
Низька поверхнева енергія покриття дозволяє застосовувати його в суднобудуванні та для гідротехнічних споруд проти біообрастання.