EA014388B1

EA014388B1 - Грунтовка на водной основе для трубопроводов

Info

Publication number: EA014388B1
Application number: EA200870172A
Authority: EA
Inventors: Мартин Серенсен; Кит Джексон
Original assignee: Феникс Интернэшнл А/С
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2010-10-29
Also published as: NO20083498L; DK1976943T3; EP1976943B1; DE602007013526D1; GEP20115173B; WO2007079757A2; CA2636611A1; EA200870172A1; KR20080085228A; CN101374916A; EP1976943A2; WO2007079757A3; ZA200805825B; UA91894C2; ATE503807T1; US20090082505A1

Abstract

Грунтовка на водной основе и способ защиты железных или стальных материалов от коррозии первоначальным грунтованием грунтовочной композицией на водной основе, содержащей а) связующее средство из одного или более акриловых сополимеров, основанных на одном или более акриловых мономерах и одном или более хлорированных мономерах, b) ингибирующий коррозию пигмент, с) один или более дополнительных пигментов, d) необязательно общепринятые добавки и/или вспомогательные активирующие добавки и е) воду, и затем нанесение покрытия из битуминозного материала. В отличие от современных грунтовок на основе органических растворителей грунтовка на водной основе обеспечивает низкую эмиссию летучих органических соединений (VOC) вплоть до отсутствия таковой и по-прежнему удовлетворяет требованиям в отношении антикоррозионного действия, когезионной и адгезионной прочности.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу защиты железных или стальных материалов. Далее, изобретение относится к грунтовке, используемой в способе, и применению грунтовки перед нанесением покрытия из битуминозного материала.

Уровень техники

Традиционная защита материалов от коррозии, например трубопроводов, используемых в качестве как оффшорных, так и оншорных, начинается с грунтования путем нанесения грунтовки с последующим нанесением покрытия из горячего битуминозного материала. Для удержания битуминозного материала на жидкий битуминозный материал одновременно наносится(сятся) один или более слоев оберточного материала или еще одной системы носителя, такой как полимерное покрытие.

Назначение грунтовки состоит в обеспечении адгезии как с металлической поверхностью трубопровода, так и с битуминозным покрытием. Также важно, что вся защитная система в целом является непроницаемой в достаточной мере, чтобы обеспечить высокую устойчивость против катодного отслаивания.

Некоторые общеупотребительные грунтовки состоят из хлорированного каучука или углеводородного полимера, пластификатора и окрашивающего материала наряду с растворителями, необходимыми для придания нужной для нанесения грунтовки консистенции.

Заявка XVО 92/06141 представляет грунтовку, включающую полихлоропрен, хлорированный каучук, производное фенола с терпеновым фрагментом, силан и технический углерод, с ксилолом и метиленхлоридом в качестве растворителей. Эта грунтовка применялась на практике с эффективной адгезией к металлической поверхности и к эмалевому покрытию на битумной основе. Однако применение органических растворителей ведет к выделению летучих органических соединений (УОС). Такое выделение является вредным для окружающей среды, и согласно Директиве 2001/42/СЕ Европейского Парламента и Совета от 21 апреля 2004 грунтовки, основанные на таких летучих органических растворителях, в ближайшем будущем будут изыматься из обращения.

Европейский Стандарт ΕΝ 10300:2005 от Европейского Комитета по стандартизации (ΟΕΝ): Стальные трубы и фитинги для оншорных и оффшорных трубопроводов - Битуминозные материалы горячего нанесения для наружного покрытия упоминает далее вышеупомянутые типы грунтовок, основанных на водных грунтовках из хлорированного каучука или углеводородного полимера, которые основаны на эпоксидных смолах. Примерами этого типа грунтовок являются покровные композиции на основе водных дисперсий эпоксидных смол, представленные в заявках νθ 00/01780 и 00/04106. Хотя такие грунтовки на водной основе должны исключать эмиссию летучих органических соединений (УОС), применение эпоксидных смол создает опасность для здоровья оператора, наносящего такие грунтовки.

Таким образом, хотя стандарт ΕΝ 10300:2005 позволяет применение эпоксидных смол в грунтовках, все еще существует потребность в менее опасных грунтовках, которые имели бы водную основу.

Известно, что добавлением ингибирующего коррозию пигмента, такого как трифосфат алюминия, к покровным материалам на акриловой основе получаются покрытия с антикоррозионными свойствами. Для обеспечения антикоррозионных свойств количество ингибирующего коррозию пигмента в таких общеупотребительных покровных материалах типично составляет от 17 до 25 вес.ч. в расчете на 100 вес. ч. акрилового связующего средства, считая оба компонента сухим материалом. Хотя было показано, что такие покрытия, употребляемые отдельно или в качестве грунтовок для многих вариантов применения, проявляют удовлетворительное антикоррозионное действие, они имеют недостаточные когезионные, адгезионные и/или антикоррозионные характеристики при использовании в качестве грунтовки, наносимой, например, на оншорные или оффшорные трубопроводы, с последующим нанесением горячего битуминозного материала.

Согласно этому цель настоящего изобретения состоит в представлении способа и грунтовочной композиции для защиты материалов от коррозии в сочетании с покрытием из битуминозного материала, каковые способ и грунтовка удовлетворяют требованиям в отношении антикоррозионного действия, когезионной и адгезионной прочности и низкого уровня или вообще отсутствия эмиссии летучих органических соединений (УОС).

Краткое описание изобретения

Соответственно этому, настоящее изобретение относится к способу защиты железных или стальных материалов от коррозии, отличающемуся грунтованием грунтовочной композицией на водной основе, содержащей а) связующее средство из одного или более акриловых сополимеров, основанных на одном или более акриловых мономерах и одном или более хлорированных мономерах, Ь) ингибирующий коррозию пигмент, с) один или более дополнительных пигментов, б) необязательные общеупотребительные добавки и/или вспомогательные активирующие добавки и е) воду, и нанесением покрытия из битуминозного материала.

Изобретение также относится к связующей и антикоррозионной грунтовке, отличающейся тем, что она представляет собой водную композицию, содержащую а) связующее средство из одного или более акриловых сополимеров, основанных на одном или более акриловых мономерах и одном или более хлорированных мономерах, Ь) ингибирующий коррозию пигмент, с) один или более дополнительных пиг

- 1 014388 ментов, б) необязательные общеупотребительные добавки и/или вспомогательные активирующие добавки и е) воду.

В предпочтительном варианте осуществления содержание ингибирующего коррозию пигмента Ь) составляет от 2 до 12 вес.ч., более предпочтительно от 3 до 8 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства а), считая оба компонента сухим материалом.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления значительная часть дополнительных пигментов с), то есть остальных пигментов, не считая ингибирующего коррозию пигмента, включает слоистые пигменты. Применение слоистых пигментов дает грунтовку с улучшенными характеристиками адгезионной и когезионной прочности и также способствует снижению скорости диффузии воды через покрытие.

В принципе, в качестве компонента Ь) применимыми являются любые известные ингибирующие коррозию пигменты. Подходящими примерами ингибирующих коррозию пигментов являются металлофосфатные пигменты. Любые такие металлофосфатные пигменты применимы в качестве ингибирующих коррозию пигментов Ь) при условии, что катион металла не оказывает вредного влияния на эффективность грунтовки. Неограничивающие примеры рассматриваемых ингибирующих коррозию пигментов представляют собой трифосфат алюминия, фосфат бария, фосфат цинка, фосфосиликаты и ионообменные пигменты, в том числе их смеси.

Примерами пригодных слоистых пигментов с) являются тальк (гидрат силиката магния) и слюда (алюмосиликат калия).

Типично базовый акриловый сополимер а) включает акриловые мономеры и мономеры из монои/или дигалогенированных С₂-С₁₂-олефинов, например акриловый мономер, комбинированный с винилхлоридом и винилиденхлоридом.

По сравнению с общепринятыми антикоррозионными покровными композициями, основанными на винил/акриловом связующем средстве и ингибирующем коррозию пигменте в качестве антикоррозионного ингредиента, количество антикоррозионного пигмента в грунтовке согласно изобретению, в общем, является значительно меньшим. Как упомянуто выше, общепринятое антикоррозионное акриловое покрытие типично включает от 17 до 25 вес.ч. ингибирующего коррозию пигмента сравнительно с количеством от 2 до 12 вес.ч. грунтовки согласно изобретению в расчете обоих на 100 вес.ч. связующего средства, считая оба компонента сухим материалом.

С учетом того, что применение общепринятого антикоррозионного акрилового покрытия в качестве грунтовки с последующим нанесением покрытия из битуминозного материала не может удовлетворять требованиям в отношении ингибирования коррозии, оказалось довольно неожиданным, что соответствующая грунтовка, имеющая низкое содержание антикоррозионного пигмента, исполняет это требование относительно катодного отслаивания при максимальных 10 мм (Европейский Стандарт ΕΝ 10300:2005; 4.2.4.1, табл. 3).

Пределы применимости изобретения проявляются в нижеследующем подробном описании. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры включены только для иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и что разнообразные изменения и модификации на основе подробного описания в пределах правовой охраны будут очевидными специалистам в этой области технологии.

Подробное описание изобретения

Связующее средство грунтовки согласно изобретению представляет собой общеупотребительное акриловое связующее средство для антикоррозионных покрытий. Связующее средство может быть сополимером винилиденхлорида и/или винилхлорида с одним или более алкилакрилатами, имеющими от 1 до 12 атомов углерода в алкильной группе, и/или одним или более алкилметакрилатами, имеющими от 2 до 12 атомов углерода в алкильной группе, и/или одной или более алифатическими альфа,бетаненасыщенными карбоновыми кислотами и/или галогенированными олефинами из 2-12 атомов углерода.

Пример пригодного связующего средства представляет собой высыхающий на воздухе винил/акриловый сополимер на водной основе, разработанный для защиты стали, производимый фирмой Ό8Μ №оК.С5Ш5. Валвейк, Нидерланды, под торговым наименованием На1оПсх®. Продукт На1оПсх® основан на винилхлориде и винилиденхлориде как главных жестком и мягком мономерах и модифицирован акрилатами.

Антикоррозионная покровная композиция, основанная на таком связующем средстве, включает подходящее количество пигментов. Такие пигменты могут включать антикоррозионные пигменты, такие как фосфаты, и наполнители. Как упомянуто выше, рекомендуемое количество антикоррозионного пигмента согласно прототипным грунтовке или покровным композициям для защиты стали составляет от 17 до 25 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства в расчете на сухой материал. Остальное количество пигментов типично составляет 42-100 вес. ч. в расчете на 100 вес. ч. связующего средства в расчете на сухой материал.

Важным испытанием антикоррозионных свойств покрытия является тест на катодное отслаивание (стандарт ΕΝ 10300:2005, приложение I), в котором определяется радиус отслоения в миллиметрах, обусловленный приложенным напряжением в течение 28 дней. Согласно этому тесту на катодное отслаива

- 2 014388 ние технические условия для стальных труб, покрытых эмалевым покрытием на битумной основе в сочетании с должной грунтовкой, предусматривают максимальное значение 10 мм (стандарт ΕΝ 10300:2005, 4.2.4.1, табл. 3).

Как ясно из нижеприведенного примера, антикоррозионная покровная композиция, содержащая 21,5 вес.ч. трифосфата алюминия в расчете на 100 вес.ч. продукта На1оДех® в расчете на сухой материал, не удовлетворяет этому техническому условию, так как значение катодного отслаивания составило 15 мм.

В ряде предварительных испытаний было обнаружено, что снижение количества ингибитора коррозии от общепринятого уровня от 17 до 25 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства до уровня около 11 вес.ч. не ухудшает, как ожидалось, показателя катодного отслаивания. Неожиданно катодное отслаивание уменьшилось. После дальнейшего испытания в настоящее время представляется, что 4-7 вес.ч., например около 5 вес.ч., трифосфата алюминия в расчете на 100 вес.ч. связующего средства в расчете на сухой материал обеспечивают наиболее удовлетворительные результаты ингибирования коррозии.

Основываясь на вышеназванных обнаруженных фактах, грунтовка, применяемая в настоящем изобретении, отличается от прототипных антикоррозионных покровных композиций более низким количеством антикоррозионного пигмента, которое, например, может составлять от 2 до 12 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства На1оДех® в расчете на сухой материал. Предпочтительно общее количество пигментов не должно меняться. Соответственно этому, остальное количество пигментов типично будет составлять 40-85 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства в расчете на сухой материал. Как показано в примере, грунтовка с 5 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства дает значение катодного отслаивания 8 мм, удовлетворяющее техническому условию с максимальными 10 мм.

Предпочтительным антикоррозионным пигментом для применения в связи с битуминозным покрытием является трифосфат алюминия, такой как продукт К-^Ы1е 84, производимый фирмой Тауса СогрогаДои, Осака, Япония. Рассматриваются также другие ингибирующие коррозию пигменты, такие как фосфат бария, фосфат цинка, фосфосиликаты и ионообменные пигменты.

В дополнение к ингибирующим коррозию пигментам грунтовочная композиция содержит другие пигменты, пригодные для применения в антикоррозионных композициях, включающие окрашивающие пигменты и наполнители. Предпочтительно основное количество этих неингибирующих коррозию пигментов составляют слоистые пигменты, поскольку слоистые пигменты дают грунтовку с улучшенными параметрами адгезионной и когезионной прочности, и также способствуют снижению скорости диффузии воды через покрытие. Примерами применимых слоистых пигментов являются тальк (гидрат силиката магния) и слюда (алюмосиликат калия).

Типично включается также небольшое количество прочих пигментов, например, для целей окрашивания. Подходящий пример представляет технический углерод.

Наряду со связующим средством и пигментами, грунтовка может также содержать одну или более общепринятых добавок и/или вспомогательных активирующих средств, известных в технологии. Примеры таковых включают - но не ограничиваются таковыми, коалесценты, загустители, противовспениватели, стабилизаторы, смачивающие средства, консерванты, диспергаторы, ингибиторы мгновенной коррозии (возникающей сразу после высыхания водной основы) и регуляторы величины рН. Общее количество таких добавок и/или вспомогательных активирующих средств типично составляет между 1 и 30 вес.% в расчете на связующее средство в расчете на сухой материал, предпочтительно 8-25 вес.%.

Важная особенность грунтовочной композиции состоит в том, что отношение Ь):а) по весу ингибирующего коррозию пигмента Ь) к связующему средству а) составляет от 2:100 до 12:100. Предпочтительно отношение Ь):а) составляет 3,4:100-8,5:100, еще более предпочтительно 4:100-7:100.

Как определено выше, по меньшей мере основную часть неингибирующих коррозию или прочих пигментов с) должны составлять слоистые пигменты, такие как тальк. Таким образом, по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 75 вес.% и более предпочтительно по меньшей мере 85 вес.% неингибирующих коррозию пигментов должны составлять слоистые пигменты.

Благодаря прекрасным связующим свойствам грунтовка согласно изобретению применима вместе с любыми общеупотребительными битуминозными материалами такого типа, которые используются для наружного покрытия стальных труб и фитингов для оншорных и оффшорных трубопроводов. Такие материалы - также называемые покровными эмалями на битумной основе - могут представлять собой окисленные, неокисленные или модифицированные битумные эмали. Такие эмали могут содержать или могут не содержать наполнитель, и они обычно наносятся в горячем состоянии.

Пример

Грунтовка на водной основе согласно изобретению (грунтовка 1), содержащая около 5 вес.ч. трифосфата алюминия на 100 вес.ч. винилхлорид/винилиденхлорид/акрилового сополимера, и две сравнительных грунтовки (грунтовки А и В), содержащие около 21,5 вес.ч. трифосфата алюминия на 100 вес.ч. винилхлорид/винилиденхлорид/акрилового сополимера, были приготовлены и нанесены на чистые стальные пластинки в соответствии с Европейским Стандартом ΕΝ 10300:2005, приложения А и В. Со- 3 014388 ставы испытуемых грунтовок показаны в табл. 1.

Ингредиенты весу) по

Винил/акриловое связующеее средство (На1об1ех® 2023)________

Трифосфат алюминия (КИМке 84)______________

Тальк (Иеабш-бп РЗОЕ)

Вепбопе ЬТ_____________

Противовспениватель (Еоатазбег® Н2)_________

20% Зупрегопхс® Е87_____

Смачивающее

ВУК 181______

Пигментная паста В1аск СКЕ2____________________

Монометиловый эфир дипропиленгликоля (Ромапо!® РРМ)___________

Бутилгликоль___________

Ешабох® ΝΑ______________

Вода средство

Отношение «К-ИЫбе 84/На1об1ех 2023» (весовое, считая оба компонента как сухой материал)* 100

Грунтовка 1 (согласно изобретению)

47,41

1,41

24,55

0,20

0,26

1,04

0, 21

1,76

0, 98

0,28

20,92

100

5, 04

Грунтовка А

Таблица 1

Грунтовка В

45, 32

47, 38

5,74

6, 00

23,47

0,19

0,24

20, 00

0,20

0,26

0, 99

0,20

1, 69

0,94

0, 94

0, 27

20,01

100

21,47

1,04

0,21

1,76

0, 98

0,28

20, 91

100

21,46

На1ойех® 2028 производится фирмой Ό8Μ №оКе§ш8, Валвейк, Нидерланды; содержание нелетучих компонентов в На1ойех® 2028 составляет около 59 вес.%.

К-Ш11йе 84 (трифосфат алюминия) производится фирмой Тауса Согрогайоп, Осака, Япония.

АеДтт Ό30Ε производится фирмой Мопйо МшегаВ ΟΥ, Хельсинки, Финляндия.

Веп1опе® ЬТ представляет собой суспендирующее средство (загуститель) из гекторита и гидроксиэтилцеллюлозы, производится фирмой Е1ешепй§ 8рес1а1йе§, 1пс., Хайтстаун, Нью-Джерси, США.

Тоаша81ег® Н2, противопенное средство, производимое фирмой Содшз, Дюссельдорф, Германия.

8упрегоп1с® Г 87 представляет собой неионный стабилизатор, производимый фирмой Ишцета, Гауда, Нидерланды.

Вук 181 представляет собой алканоламмониевую соль полифункционального анионно/неионного полимера, производимого фирмой Вук Сйеш1е, Вессель, Германия.

1)о\сапо1® ΌΡΜ производится фирмой Пом Сйеш1са1 Сотрапу, Мидланд, Мичиган, США.

Етайох® ΝΑ представляет собой ингибитор мгновенной коррозии от фирмы ЬаЬога^пез ЬаЬета, Лоретт, Франция.

Затем на грунтованные стальные пластинки нанесли битумное эмалевое покрытие категории 2 (стандарт ΕΝ 10300:2005; 5.3.2.3) в соответствии со стандартом (ΕΝ 10300:2005, приложение С). Грунтованные и покрытые пластинки были испытаны согласно стандарту ΕΝ 10300:2005 для оценки потеков (приложение Ό), удара (приложение Е), отслаивания (приложение Г), изгиба (приложение С) и катодного отслаивания (приложение I). Результаты показаны в табл. 2.

Таблица 2

	Грунтовка 1 (согласно изобретению)	Грунтовка А	Грунтовка В
Отслаивание, мм	зо°с	0, 0	0,0	0, 0
	40°С	0,5 '	0,5	0,5
	50°С	0, 0	0,0	0, 0
	60°С	0, 0	0, 0	0, 0
Удар, 25°С, мм²		4100	4200	4000
Потеки, 75°С, мм		0,5	0, 5	0,5
Изгиб, 0°С, мм		>15	>15	>15
Катодное отслаивание, мм	8	15	17

Результаты испытаний показывают, что грунтовка согласно изобретению (грунтовка 1) удовлетворяет требованиям в отношении эффекта ингибирования коррозии, так как значение катодного отслаивания является меньшим, чем максимальное значение 10 мм согласно стандарту ΕΝ 10300:2005, 4.2.4.1, табл. 3. Сравнительные грунтовки А и В не удовлетворяют этому требованию, хотя они обе содержат большее количество ингибирующего коррозию трифосфата алюминия.

- 4 014388

Вышеприведенное описание изобретения показывает очевидность того, что последнее может варьировать многими путями. Такие вариации не рассматриваются как выход за пределы изобретения, и все такие модификации, которые являются очевидными для специалистов в этой области технологии, также рассматриваются как входящие в рамки последующих пунктов формулы изобретения.

Claims

1. Способ защиты железных или стальных материалов от коррозии, характеризующийся грунтованием грунтовочной композицией на водной основе, содержащей:

a) связующее средство из одного или более акриловых сополимеров, основанных на одном или более акриловых мономерах и одном или более хлорированных мономерах;

b) ингибирующий коррозию пигмент;

c) один или более дополнительных пигментов;

б) необязательно общепринятые добавки и/или вспомогательные активирующие добавки и

е) воду, и нанесением покрытия из битуминозного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание ингибирующего коррозию пигмента Ь) составляет 2-12 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства а) в расчете на сухой материал.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что названные дополнительные пигменты с) включают слоистые пигменты.

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что ингибирующий коррозию пигмент Ь) представляет собой фосфатный пигмент.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ингибирующий коррозию фосфатный пигмент Ь) представляет собой трифосфат алюминия.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что слоистые пигменты с) включают тальк и/или слюду.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором базовый акриловый сополимер а) включает акриловые мономеры и мономеры из моно- и/или дигалогенированных С2-С12-олефинов.

8. Грунтовка в виде водной композиции, содержащей:

b) ингибирующий коррозию пигмент;

c) один или более дополнительных пигментов;

е) воду, отличающаяся тем, что содержание ингибирующего коррозию пигмента Ь) составляет 2-12 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. связующего средства а) в расчете на сухой материал.

9. Грунтовка по п.8, отличающаяся тем, что названные дополнительные пигменты с) включают слоистые пигменты.

10. Грунтовка по любому из пп.8, 9, отличающаяся тем, что ингибирующий коррозию пигмент Ь) представляет собой фосфатный пигмент.

11. Грунтовка по п.10, отличающаяся тем, что ингибирующий коррозию фосфатный пигмент Ь) представляет собой трифосфат алюминия.

12. Грунтовка по одному из предшествующих пп.10, 11, отличающаяся тем, что слоистые пигменты с) включают тальк и/или слюду.

13. Грунтовка по одному из предшествующих пп.8-12, в которой базовый акриловый сополимер а) включает акриловые мономеры и мономеры из моно- и/или дигалогенированных С₂-С₁₂-олефинов.

14. Применение грунтовки в виде водной композиции, содержащей:

b) ингибирующий коррозию пигмент;

c) один или более дополнительных пигментов;

е) воду, в способе защиты материалов от коррозии путем грунтования грунтовкой и нанесения покрытия из битуминозного материала.

15. Применение по п.14, в котором защищаемые материалы представляют собой оншорные или оффшорные материалы, в том числе трубопроводы.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2