NO861066L - Korrosjonsinhiberende beleggsammensetning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en sammensetning egnet for fremstilling av en overflatebeskyttende beleggsammensetning ved blanding med et bindemiddel, og en således fremstilt beleggsammensetning for inhibering av korrosjon av metalloverflater, spesielt ferrometalloverflater, samt gjenstander eller konstruksjoner som har ferrometalloverflater belagt med en slik sammensetning.

Det er velkjent at en metalloverflate kan beskyttes mot korrosjon ved at det i elektrisk kontakt med metalloverflaten anbringes et annet metall med lavere standard elektrodepotensial (dvs. et offermetall). Et vanlig eksempel på denne form for beskyttelse er galvanisert stål.

Bruken av offermetallpartikler, vanligvis findelte partikler, i malinger er også kjent. Spesielt er det kjent å beskytte ståloverflater med maling inneholdende sinkstøv. De kjente sinkholdige malingene kan inneholde organiske eller uorganiske bindemidler slik som f.eks. epoksyharpikser eller etylsilikat. Sinkinnholdet i slike malinger er vanligvis fra 70 til 95 vekt-%, og malingene er derfor vanlig kjent som sinkrike malinger.

Sinkrike malinger kan gi meget god korrosjonsbeskyttelse til ståloverflater. Hvis det etterlates eksponert for omgivelsene, kan imidlertid et lag av hvite sinkkorrosjonsprodukter dannes relativt hurtig på overflaten. Disse korrosjonsavsetningene er lite pene og gjør ytterligere belegging vanskelig. Selv når de sinkrike beleggene er forsynt med et overbelegg av en annen maling forut for eksponering overfor omgivelsene, kan sinkkorrosjon forårsake adhesjonsproblemer beleggene imellom, og de hvite sinkkorrosjonsproduktene kan fremdeles avsettes på overflaten.

Det er nå funnet at problemene som er forbundet med sinkkorrosjon i sinkrike beleggsammensetninger kan reduseres ved innbefatning i sammensetningen av en effektiv mengde uorganiske oksydpartikler som har korrosjonsinhiberende ioner kjemisk bundet til overflaten av de uorganiske oksydpartiklene ved ioneutveksling.

Ifølge et trekk ved foreliggende oppfinnelse omfatter en sammensetning egnet for fremstilling av en overflatebeskyttende beleggsammensetning ved blanding med et bindemiddel, følgende:

(i) elementært sink i partikkelform,

(ii) uorganiske oksydpartikler som har korrosjonsinhiberende kationer kjemisk buindet til overflaten derav ved ioneutveksling.

Mengden av elemenært sink til ioneutvekslet uorganisk oksyd er fortrinnsvis fra 75:1 til 3:1, beregnet på vekt.

Ifølge et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse omfatter en beleggsammensetning egnet for påføring på en metalloverflate for inhibering av korrosjon:

(i) et bindemiddel,

(ii) 50-90 vekt-% elementært sink i partikkelform basert på vekten av beleggsammensetningen, og (iii) en effektiv mengde av uorganiske oksydpartikler som har korrosjonsinhiberende ioner kjemisk bundet til overflaten derav ved ioneutveksling.

Mengden av bindemiddel kan hensiktsmessig være i området 10-60, fortrinnsvis 15-30 vekt-% basert på vekten av beleggsammensetningen.

Uorganiske oksydpartikler som har korrosjonsinhiberende ioner bundet til overflaten av de uorganiske oksydpartiklene ved ioneutveksling, er kjent som korrosjonsinhibitorer og er beskrevet i GB 2071070B, og europeiske patentsøknader 46057 og 89810. Britisk patentsøknad 2091235 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av visse korrosjonsinhibitorer av denne typen.

Hvilke som helst av de ioneutvekslede uorganiske oksydpartiklene som er beskrevet i de ovenfor angitte referanser, kan benyttes i foreliggende oppfinnelse. De foretrukne partikler er imidlertid de hvori ionene bundet til det uorganiske oksydet er kationer, og det foretrukne uorganiske oksyd er silisiumdioksyd.

Spesielt foretrukket for bruk i foreliggende oppfinnelse er en korrosjonsinhibitor omfattende silisiumdioksydpartikler som har kalsiumioner kjemisk bundet til partiklene av silisiumdioksydet ved ioneutveksling. De uorganiske oksydpartiklene har fortrinnsvis en partikkel-størrelse på mindre enn 70 um, mer foretrukket mindre enn 25 yim.

Det uorganiske oksydet kan hensiktmessig inneholde opp til 2,5 millimol/g korrosjonsinhiberende ioner. Den nedre grensen kan være ca. 0,01 millimol/g, men er fortrinnsvis 0,05 millimol/g.

Den totale mengde av det elementære sink og det ioneutvekslede uorganiske oksyd som inneholdes i sammensetningen, er typisk 60-95 vekt-%. Volumforholdet for sink til ioneutvekslet uorganisk oksyd kan f.eks. være fra 1:0,05 til 1:1,2, fortrinnsvis fra 1:0,67 til 1:1, eller på en vektbasis fra 75:1 til 3:1.

Beleggsammensetningen ifølge oppfinnelsen vil typisk inneholde et bindemiddel for sinkpartiklene og de uorganiske oksydpartiklene, spesielt en filmdannende polymer, særlig et organisk polymer- eller harpiksbinde-middel. Eksempler på organiske bindemidler innbefatter epoksyharpikser, epoksyestere, klorert gummi og polystyren. Uorganiske bindemidler innbefatter silikater (både organiske og uorganiske).

Beleggsammensetningen kan være i form av en maling som kan innbefatte emaljer, lakker, fernisser, underbelegg, grunnmalinger, tetningsmidler, fyllstoffer, stoppere og lignende.

Beleggsammensetningen kan innbefatte et oppløsningsmiddel.

Beleggsammensetningen kan også inneholde additiver som konvensjonelt anvendes i malinger slik som f.eks. pigmenter, tørkemidler, fortyknings-midler og antiskinnmidler.

Beleggsammensetningene kan fremstilles og påføres ved konvensjonelle teknikker.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter strukturer omfattende en ferro-metalloverflate forsynt med et belegg ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen illustreres ved følgende eksempler.

Eksempel 1

Fremsstilling av kalsiumutvekslet silisiumdioksyd

Kalsiumhydroksyd ble langsomt tilsatt til en omrørt oppslemming av silisiumdioksyd i vann (1 vektdel silisiumdioksyd til 2 vektdeler vann) i romtemperatur, dvs. ca. 20°C. pH-verdien fikk ikke stige over 10. Når først pH-verdien var stabil, ble det kalsiumutvekslede silisiumdioksydet filtrert, vasket og malt i vann. Produktet ble deretter tørket på brett i en ovn. Røntgenstråle-fluorescensanalyse av produktet indikerte et kalsiuminnhold på 6,6 vekt-% (1,65 millimol/g). Den midlere partikkel-størrelsen var 7,1 pm.

Fremstilling av maling

En sinkrik maling ifølge foreliggende oppfinnelse med sammensetningen som angitt i tabell 1, ble fremstilt ved hensiktsmessig blanding av en tredjedel av harpiksen med alle de andre komponentene, unntagen tørke-middelet, i 20 timer i en kulemølle og deretter innblanding av den resterende harpiks og tørkemiddelet.

For sammenligning ble det fremstilt en lignende sinkrik malingsammen-setning, ikke ifølge oppfinnelsen, som ikke inneholdt kalsiumutvekslet silisiumdioksyd. Sammensetningen for sammenligningsprøven er også gitt i tabell 1.

Korrosjonstest

Malingsammensetningene ble påført på standard avfettede, polerte plater av bløtt stål ved bruk av pensel og fikk tørke. Den tørre filmtykkelsen for malingene var fra 85 til 105 mikrometer. Beleggene ble gjennomrisset til det bare metallet og platene underkastet ASTM Bl 17-73 saltspray - testen. Etter 24 timers eksponering for nevnte saltspray hadde platen belagt med den sammenlignende sammensetning hvite sinkkorrosjonsavsetninger over hele overflaten, mens derimot platen belagt med sammensetningen ifølge oppfinnelsen var fri for slike korrosjonsprodukter. Etter 350 timers eksponering for nevnte saltspray hadde platen belagt med den sammenlignende sammensetning relativt store mengder hvite sinkkorrosjonsavsetninger på overflaten, belegget var oppblæret og korrosjon av metalloverflaten var tydelig. Platen belagt med malingene ifølge oppfinnelsen hadde etter 350 timer bare små mengder hvite sinkkorrosjonsavsetninger på overflaten. Det var ingen blæredannelse av malingfilmen og ingen tegn på korrosjon av det bløte stålet.

Disse resultater viser at ved bruk av oppfinnelsen blir

(i) mengden av hvite sinkkorrosjonsavsetninger på overflaten sterkt redusert, og

(ii) korrosjonen av stålet også redusert.

Eksempel 2

Fremstilling av kalsiumutvekslet silisiumdioksyd

Kalsiumutvekslet silisiumdioksyd ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 med unntagelse for at produktet ble tørket ved oppvarming av filterkaken i en ovn og ble mikronisert til en midlere partikkelstørrelse på 4,3 pm etter tørking. Røntgenstråle-f luorescensanalyse av produktet viste et kalsiuminnhold på 6,1 vekt-% (1,55 millimol/g).

Fremstilling av maling

5 sinkrike malingsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse ble fremstilt inneholdende forskjellige mengder av de kalsiumutvekslede silisiumdioksyd-korrosjonsinhiberende partiklene. Sammensetningene for disse fem malingene er gitt i tabell 2 sammen med sammensetningene for to sammenlignende sammensetninger.

Sammensetning B er en typisk sinkrik epoksybeleggsammensetning av den type som vanligvis benyttes på nye stålkonstruksjoner.

Sammensetning C er en eksperimentell sammensetning for å bestemme om tilsetningen av sinkfosfat-korrosjonsinhibitor til B forbedrer ytelsesevnen.

"Thixomen" er en hydrogenert ricinusolje som virker som en tiksotrop. "Versamid 115" er en polyamidharpiks. "Beetle BE640" er en n-butylert ureaharpiks og anvendes som et flytreguleringsmiddel.

Del A i hver sammensetning ble fremstilt ved blanding av harpiksene, oppløsningsmiddelet og tiksotropen, oppvarming til en temperatur på ca. 35°C i omkring 10 min., og deretter dispergering av pigmentene i den geldannede blanding under anvendelse av et hurtig-dispergeringsapparat.

Korrosjonstest

Delene A og B ble blandet sammen og deretter påført på standard avfettede, polerte plater av bløtt stål. Malingene ble påført ved spinn-belegging med unntagelse for sammenlignende sammensetning C som ble påført med en pensel. Beleggene ble skrapet gjennom til det bare metallet og platene underkastet ASTM B117-73 saltspraytesten i 500 timer. Mengden av hvite sinkkorrosjonsavsetninger på overflaten av platene og mengden av underfilmkorrosjon av stålet ble bestemt ifølge ASTM D 610—68, og graden av blæredannelse av beleggene ble bestemt ifølge ASTM D714-56. Bedømmelsestestene ASTM D 610—68 og ASTM D 714-56 er visuelle tester hvorved verdiene fastsettes ifølge en skala fra 0 til 10, hvor 10 er et godt resultat, dvs. ingen korrosjon eller blærer, og 0 er et dårlig resultat, dvs. 100% av overflaten korrodert eller meget store blærer.

Resultatene er gitt i tabell 3 og viser at malingene ifølge foreliggende oppfinnelse beskyttet platene av bløtt stål bedre enn hver av de to sammenlignende sammensetningene. Mengden av sinkkorrosjonsavsetninger ble redusert sammenlignet med de sammenlignende sammensetningene og malingene ifølge oppfinnelsen var mindre tilbøyelig til blæredannelse. Noe overraskende ble de beste resultatene oppnådd med en maling hvori 75 volum-% av sinkpulveret var erstattet med de kalsiumutvekslede silisiumdioksyd-korrosjonsinhiberende partiklene (eksempel 6).

Eksempel 7 og sammenligningseksempler 8 og 9

For sammenligningsformål ble sinkrike malinger basert på en epoksyharpiks (lik formulering til den i eksempel 2) innbefattende bariummeta-borat ved to substitusjonsnivåer (10 volum-% og 20 volum-%), fremstilt og testet mot en sinkrik maling hvori 45% av sinken beregnet på volum var erstattet med et kalsium/silisiumdioksyd lik det i eksempel 2. Formuleringene er gitt i tabell 6 og resultatene av 800 timers ASTM saltspraytest i tabell 4. Resultatene viser dårlig ytelsesevne fra barium-metborat (anbefalt for denne anvendelse av produsentene) og en mye bedre ytelsesevne fra kalsium/silisiumdioksyd ved et høyere substitusjons - nivå.

Sammenligningseksempel 10 og eksempler 11 og 12

Sinkrike malinger basert på et klorertgummibindemiddel ble fremstilt med innbefatning av kalsium/silisiumdioksyd (lik pigmentet i eksempel 2) ved to substitusjonsnivåer for sinken (20 volum-% og 30 volum-%) og testet mot en sinkrik maling uten additiver. Formuleringene er gitt i tabell 7, og resultatene fra 350 timers ASTM saltspraytest i tabell 5. Resultatene viser en markert forbedring i ytelsesevne med økende kalsium/silisiumdioksyd-innhold, skjønt ytelsesevnen forblir dårligere enn epoksy-baserte malinger p.g.a. de overlegne egenskapene til epoksybindemiddelet. Malinger 8 og 9 ble fremstilt lik de i eksempel 2; for maling 7 ble del A fremstilt ved kulemaling av alle komponentene samlet med unntagelse for sinkstøvet som ble tilsatt senere ved hjelp av hurtig-dispergeringsapparat.

I alle tilfellene ble delene A og B sammenblandet umiddelbart forut for påføring.

c I alle tilfellene ble alle bestanddeler med unntagelse av pigmentene oppløst i oppløsningsmidlene forut for inkorporering av pigmentene. I maling 10 ble sinkstøvet inkorporert ved hjelp av et hurtig-dispergeringsapparat; i malinger 11 og 12 ble pigmentene inkorporert i en kulemølle.

"Alloprene RIO" er en klorert gummiharpiks.

"Cereclor 70" er en klorert paraffinharpiks som er inkludert som et inert drøyemiddel.

"Cereklor 42" er en klorert paraffin inkludert som en mykner.

"Rheoplas 39" er en stabilisator (epoksydert soyabønneolje).

Claims (10)

1. Sammensetning egnet for fremstilling av en overflatebeskyttende beleggsammensetning ved blanding med et bindemiddel, karakterisert ved at den innbefatter: (i) elementært sink i partikkelform, (ii) partikler av uorganisk oksyd som har korrosjonsinhiberende kationer kjemisk bundet til overflaten derav ved ioneutveksling.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden av et elementært sink til ioneutvekslet uorganisk oksyd er fra 75:1 til 3:1, beregnet på vekt.

3. Sammensetning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det uorganiske oksydet er silisiumdioksyd, og at de korrosjonsinhiberende ionene er kalsiumioner.

4. Beleggsammensetning egnet for påføring på en metalloverflate for å inhibere korrosjon, karakterisert ved at den innbefatter: (i) et bindemiddel, (ii) 50-90 vekt-% elementært sink i partikkelform basert på vekten av beleggsammensetningen, og (iii) en effektiv mengde av partikler av uorganisk oksyd som har korrosjonsinhiberende ioner kjemisk bundet til overflaten derav ved ioneutveksling.

5. Beleggsammensetning ifølge krav 4, karakterisert ved at forholdet for elementært sink til ioneutvekslet uorganisk oksyd er fra 75:1 til 3:1, beregnet på vekt.

6. Beleggsammensetning ifølge krav 4 eller 5, karakteri sert ved at det uorganiske oksydet er silisiumdioksyd, og de korrosjonsinhiberende ionene er kalsiumkationer.

7. Beleggsammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 4-6, karakterisert ved at mengden av korrosjonsinhiberende ioner bundet til overflaten av det uorganiske oksydet er fra 0,01 til 2,5 millimol korrosjonsinhiberende ion pr. gram uorganisk oksyd.

8. Pakning bestående av to deler, hvor de to delene ved blanding danner en beleggsammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 4-7, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter en herdbar harpiks og et herdemiddel for den herdbare harpiksen, idet den herdbare harpiksen og herdemiddelet befinner seg i forskjellinge deler av ■ pakningen.

9. Maling egnet for påpføring på en metalloverflate for å inhibere korrosjon, karakterisert ved at malingen innbefatter (i) et bindemiddel, (ii) 50-90 vekt-% elementært sink i partikkelform, og (iii) som korrosjonsinhibitor, en effektiv mengde silisiumdioksydpartikler som har kalsiumkationer kjemisk bundet til overflaten derav ved ioneutveksling.

10. Ferrometallstrukturer, karakterisert ved at de er belagt med en sammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 4-7 eller 9.