RU2789595C1

RU2789595C1 - Liquid composition for the protection of metal products

Info

Publication number: RU2789595C1
Application number: RU2022107916A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валентинович Щеголев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТРСВЕТ"
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-02-06

Abstract

FIELD: protective coatings.

SUBSTANCE: invention relates to the field of anticorrosive coatings, namely to compositions designed to protect metal surfaces from destruction as a result of corrosion under the influence of atmospheric environment. A liquid composition for the protection of metal products containing organosilicon compounds, alcohol and a hydrocarbon solvent is described, while the content of organosilicon compounds is at least 33% of the total volume of the composition, while organosilicon compounds are a compound of (methoxyethoxymethyl)silane in an amount of 28% of the total volume of the composition and tetraethoxysilane in an amount of 5.5% of the total volume of the composition, the content of alcohol is at least 0.5% of the total volume, and the remaining volume is a hydrocarbon solvent, which is petroleum ether.

EFFECT: reduction in the formation time of the protective layer formed when the liquid composition dries, as well as a reduction in the consumption of the liquid composition during use.

1 cl, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к композициям для антикоррозионных покрытий на основе кремнийорганических соединений и может быть использовано как эффективное средство защиты металлических поверхностей от разрушения в результате коррозии под действием атмосферной среды.The invention relates to compositions for anti-corrosion coatings based on organosilicon compounds and can be used as an effective means of protecting metal surfaces from destruction as a result of corrosion under the influence of the atmospheric environment.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известно специальное антикоррозийное покрытие на основе нанокремниево-углеродного модифицированного графена и способ его получения. Покрытие содержит следующие исходные материалы в процентах по массе: 25-50% полимерной смолы, 1-10% нанокремниево-углеродной модифицированной графеновой суспензии, 1-3% промотора адгезии, 12%-20% пигмента, 3%-9% модификатора смолы, 1%-3% катализатора, 2%-8% вспомогательного вещества, 1%-3% реологического агента, 0,5%-2% диспергатор, 0,1%-1% пеногасителя, 5-10% сорастворителя и 12-25% наполнителя. Покрытие обладает отличной стойкостью к коррозии при высоких температурах и под высоким давлением, выдерживая температуры до 300°С. Слой покрытия обладает сильной адгезией, высокой плотностью сшивки, отличной паростойкостью и очень сильным сопротивлением проникновению в жидкую среду, смазанной поверхностью, хорошей ударопрочностью и стойкостью к истиранию, а также интегрированной грунтовкой и финишным покрытием. Покрытие прост в приготовлении и удобно в строительстве. Покрытие может широко использоваться для защиты от коррозии (WO2021077502, 26.10.2019).From the prior art, a special anti-corrosion coating based on nanosilicon-carbon modified graphene and a method for its production are known. The coating contains the following raw materials in percentage by weight: 25-50% polymer resin, 1-10% nano-silicon-carbon modified graphene suspension, 1-3% adhesion promoter, 12%-20% pigment, 3%-9% resin modifier, 1%-3% catalyst, 2%-8% auxiliary, 1%-3% rheological agent, 0.5%-2% dispersant, 0.1%-1% defoamer, 5-10% co-solvent and 12-25 % filler. The coating has excellent resistance to corrosion at high temperatures and under high pressure, withstanding temperatures up to 300°C. The coating layer has strong adhesion, high crosslink density, excellent vapor resistance and very strong liquid penetration resistance, lubricated surface, good impact and abrasion resistance, and integrated primer and top coat. The coating is easy to prepare and convenient to build. The coating can be widely used for corrosion protection (WO2021077502, 10/26/2019).

Так же известна пленкообразующая жидкость для обработки, содержащая: соединение кремния, содержащее по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из алкоксисилила, алкоксисилилена и силоксановой связи; металлоорганическое соединение; и воду (US2021102076, 19.07.2017).Also known is a film-forming treatment liquid containing: a silicon compound containing at least one element selected from the group consisting of alkoxysilyl, alkoxysilylene and a siloxane bond; organometallic compound; and water (US2021102076, 07/19/2017).

Недостатком известных решений является то, что для формирования необходимого защитного слоя требуется большое количество жидкости и длительное время ожидания.The disadvantage of the known solutions is that the formation of the necessary protective layer requires a large amount of liquid and a long waiting time.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в предоставлении новой жидкой композиции с улучшенными химическим свойствами, упрощающими процесс эксплуатации.The technical problem solved by the claimed invention is to provide a new liquid composition with improved chemical properties that simplify the operation process.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении времени образования защитного слоя, образующегося при высыхании жидкой композиции, а также снижении расхода жидкой композиции при использовании.The technical result achieved in the implementation of the invention is to reduce the formation time of the protective layer formed upon drying of the liquid composition, as well as to reduce the consumption of the liquid composition during use.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается жидкая композиция для защиты металлических изделий, содержащая кремнийорганические соединения, спирт и углеводородный растворитель, при этом углеводородный растворитель представляет собой петролейный эфир.To solve the problem and achieve the claimed technical result, a liquid composition for protecting metal products is proposed, containing organosilicon compounds, alcohol and a hydrocarbon solvent, while the hydrocarbon solvent is petroleum ether.

Так же жидкая композиция для защиты металлических изделий может содержать кремнийорганические соединения, представляющие собой соединение метоксидиэтоксиметилсилана и тетраэтоксисилана.Also, the liquid composition for protecting metal products may contain organosilicon compounds, which are a compound of methoxydiethoxymethylsilane and tetraethoxysilane.

Так же жидкая композиция для защиты металлических изделий может содержать кремнийорганические соединения в количестве не менее 33% от общего объема, спирта не менее 0.5% от общего объема, а остальной объем может составлять растворитель.Also, a liquid composition for protecting metal products may contain organosilicon compounds in an amount of at least 33% of the total volume, alcohol at least 0.5% of the total volume, and the remaining volume may be a solvent.

Кроме того кремнийорганических соединений для жидкой композиции могут представлять собой смесь тетраэтоксисилана, метоксидиэтоксиметилсилана, изопропоксидиэтоксиметилсилана, триэтоксиметилсилана, диизопропоксиметоксиметилсилана, диизопропоксиэтоксиметилсилана, диметоксидиэтоксисилана, метокситриэтоксисилана и пропокситриметоксисилана.In addition, the organosilicon compounds for the liquid composition may be a mixture of tetraethoxysilane, methoxydiethoxymethylsilane, isopropoxyethoxymethylsilane, triethoxymethylsilane, diisopropoxymethoxymethylsilane, diisopropoxyethoxymethylsilane, dimethoxydiethoxysilane, methoxytriethoxysilane and propoxytrimethoxysilane.

ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE INVENTION

Заявленная жидкая композиция для защиты металлических изделий в частности предназначена для формирования защитной пленки на латунных поверхностях осветительных приборов, таким образом, основными факторами, защиту от которых обеспечивает жидкая композиция, являются атмосферное воздействие внутри помещения и электромагнитное воздействие, создаваемое при работе осветительного прибора. Учитывая изложенное, основной проблемой является окисление латунных поверхностей.The claimed liquid composition for the protection of metal products, in particular, is intended for the formation of a protective film on the brass surfaces of lighting fixtures, thus, the main factors that the liquid composition provides protection against are the atmospheric effect inside the room and the electromagnetic effect created during the operation of the lighting fixture. Given the above, the main problem is the oxidation of brass surfaces.

Настоящим изобретением предложена жидкая композиция для защиты металлических изделий, имеющую низкую вязкость, хорошую смачиваемость поверхности. Примечательно, что данная композиция не содержит полимеров, а защитное покрытие образуется на металлической поверхности в результате химических реакций.The present invention provides a liquid composition for the protection of metal products, having a low viscosity, good surface wettability. It is noteworthy that this composition does not contain polymers, and a protective coating is formed on the metal surface as a result of chemical reactions.

В качестве кремнийорганических соединений рассматривались: изопропоксидиэтоксиметилсилана, триэтоксиметилсилана, диизопропоксиметоксиметилсилана, диизопропоксиэтоксиметилсилана, диметоксидиэтоксисилана, метокситриэтоксисилана и пропокситриметоксисилана.The following organosilicon compounds were considered: isopropoxydiethoxymethylsilane, triethoxymethylsilane, diisopropoxymethoxymethylsilane, diisopropoxyethoxymethylsilane, dimethoxydiethoxysilane, methoxytriethoxysilane, and propoxytrimethoxysilane.

Известно, что некоторые кремнийорганические соединения, например, алкоксисиланы, при определенных условиях подвергаются превращениям, продуктами которого являются поликремниевая кислота, полиалкилсилоксаны и их смеси. Эти соединения обладают рядом интересных свойств: имеют развитую поверхность и достаточно большое количество полярных силанольных групп (-Si-OH), которые способны к формированию донорно-акцепторным взаимодействий с поверхностью металла. Также необходимо отметить еще одно свойство такого полимера не высокую механическую прочность, однако ввиду высокой дисперсности такого покрытия металлическая поверхность приобретает матовый вид и дает малое количество бликов, что положительно сказывается на внешнем виде изделий. Примечательно, что, ввиду не высокой механической прочности защитного слоя, последний может быть легко удален с поверхности металла для повторного нанесения защитного состава. Однако, защитная пленка из поликремниевой кислоты обладает достаточно высокой гидрофильностью, что теоретически несколько снижает защитные функции. Таким образом в предпочтительном варианте осуществления в качеств кремнийорганических соединений используется смесь: метоксидиэтоксиметилсилана и тетраэтоксисилана.It is known that some organosilicon compounds, for example, alkoxysilanes, undergo transformations under certain conditions, the products of which are polysilicic acid, polyalkylsiloxanes, and mixtures thereof. These compounds have a number of interesting properties: they have a developed surface and a sufficiently large number of polar silanol groups (-Si-OH), which are capable of forming donor-acceptor interactions with the metal surface. It is also necessary to note one more property of such a polymer - high mechanical strength, however, due to the high dispersion of such a coating, the metal surface acquires a matte appearance and gives a small amount of glare, which has a positive effect on the appearance of products. It is noteworthy that, due to the low mechanical strength of the protective layer, the latter can be easily removed from the metal surface for re-applying the protective composition. However, the protective film of polysilicic acid has a sufficiently high hydrophilicity, which theoretically somewhat reduces the protective functions. Thus, in a preferred embodiment, a mixture of methoxydiethoxymethylsilane and tetraethoxysilane is used as organosilicon compounds.

Метоксидиэтоксиметилсилан имеет низкую токсичность, не имеет резкого неприятного запаха, что особенно важно для применения в быту. В процессе гидролиза и поликонденсации происходит образование на поверхности металла слоя полиметилкремниевой кислоты, которая обладает хорошей адгезией к твердой поверхности. Кроме того, входящие в состав полимера метальные группы обеспечивают гидрофобный эффект на поверхности защитного состава.Methoxydiethoxymethylsilane has low toxicity and no sharp unpleasant odor, which is especially important for household use. In the process of hydrolysis and polycondensation, a layer of polymethylsilicic acid is formed on the metal surface, which has good adhesion to a solid surface. In addition, the methyl groups included in the polymer provide a hydrophobic effect on the surface of the protective composition.

Тетраэтоксисилан также имеет низкую токсичность, слабый характерный запах, что положительно сказывается на применении в быту. Данный компонент в процессе гидролиза и поликонденсации образует на поверхности металла поликремниевую кислоту.Tetraethoxysilane also has low toxicity, a slight characteristic odor, which has a positive effect on household use. This component in the process of hydrolysis and polycondensation forms polysilicic acid on the metal surface.

В качестве растворителя использовали петролейный эфир, обладающий рядом преимуществ, такими как: низкая вязкость, хорошая смачиваемость металлической поверхности (вследствие малого поверхностного натяжения), хорошая смешиваемость с кремнийорганическими соединениями. Важно отметить низкую токсичность и слабый характерный запах, что положительно влияет на потребительские свойства.Petroleum ether was used as a solvent, which has a number of advantages, such as low viscosity, good wettability of the metal surface (due to low surface tension), good miscibility with organosilicon compounds. It is important to note the low toxicity and weak characteristic odor, which has a positive effect on consumer properties.

При этом, механизм образования защитного покрытия можно описать следующим образом. При нанесении рабочего раствора на металлическую поверхность происходит испарение растворителя и спирта, в предпочтительном варианте осуществления этанол, в месте испарения понижается температура и конденсируется влага. В присутствии следовых количеств кислоты кремнийорганическое соединение подвергается гидролизу и последующей поликонденсации.In this case, the mechanism of formation of a protective coating can be described as follows. When the working solution is applied to the metal surface, the solvent and alcohol evaporate, in the preferred embodiment, ethanol, the temperature drops at the place of evaporation and moisture condenses. In the presence of trace amounts of acid, the organosilicon compound undergoes hydrolysis and subsequent polycondensation.

Для определения оптимального состава отвечающего всем критериям для достижения заявленного технического результата было проведено тестирование нескольких композиций с различны процентным содержанием компонентов. Так основными критериями являются: равномерность нанесения композиции на металлическую поверхность, минимальный расход композиции для получения устойчивого защитного покрытия и высокая испаряемость компонентов композиции с поверхности металла.To determine the optimal composition that meets all the criteria to achieve the claimed technical result, several compositions were tested with different percentages of components. So the main criteria are: the uniformity of applying the composition to the metal surface, the minimum consumption of the composition to obtain a stable protective coating and the high evaporation of the components of the composition from the metal surface.

При этом, вышеуказанные критерии влияют на однородность и толщину образующегося защитного слоя на металлической поверхности и являются ключевыми, так как именно толщина и однородность кремниевого полимера определяет защитные свойства. Тонкий слой может пропускать некоторое количество компонентов окружающей среды и, таким образом, имеет слабую защитную функцию. Чересчур толстый слой тоже имеет недостаток: такое покрытие имеет невысокую когезию, становится более рыхлым, механически менее прочным и при определенном воздействии, например, встряска, звуковая волна, и может осыпаться, то есть имеет низкие эксплуатационные характеристики.At the same time, the above criteria affect the uniformity and thickness of the resulting protective layer on the metal surface and are key, since it is the thickness and uniformity of the silicon polymer that determines the protective properties. The thin layer may allow some environmental components to pass through and thus have a poor barrier function. An overly thick layer also has a drawback: such a coating has low cohesion, becomes looser, less mechanically strong and, under certain influences, for example, a shake, a sound wave, and can crumble, that is, it has low performance characteristics.

Было установлено, что оптимальное содержание тетраэтоксисилана лежит в диапазоне 5-6%, большее количество приводит к формированию более рыхлого защитного слоя, а меньшее количество снижает адгезию защитного состава к металлической поверхности.It was found that the optimal content of tetraethoxysilane lies in the range of 5-6%, a larger amount leads to the formation of a looser protective layer, and a smaller amount reduces the adhesion of the protective composition to the metal surface.

Данные о процентном содержании компонентов в композициях приведены в табл. 1. (представлены составы 7-ми композиций), обладающих сходными защитными свойствами.Data on the percentage of components in the compositions are given in table. 1. (compositions of 7 compositions are presented), which have similar protective properties.

Необходимо отметить, что для всех составов наблюдалась высокая скорость высыхания пленки рабочей жидкости с металлической поверхности, это свойство высокой степени определяется летучестью используемого растворителя, однако, толщина и однородность защитного слоя для них различна.It should be noted that for all compositions, a high rate of drying of the working fluid film from the metal surface was observed, this property is highly determined by the volatility of the solvent used, however, the thickness and uniformity of the protective layer are different for them.

Составы под номером 1-3 образуют неоднородную защитную пленку. Это связано с неравномерностью нанесения рабочего раствора на металлическую поверхность и сравнительно низкой скоростью гидролиза/поликонденсации кремнийорганических компонентов. Расход средства не высокий, однако, защитные свойства так же не высоки.Compositions numbered 1-3 form an inhomogeneous protective film. This is due to the uneven application of the working solution on the metal surface and the relatively low rate of hydrolysis/polycondensation of organosilicon components. The consumption of the product is not high, however, the protective properties are also not high.

Оптимальным является состав №4, для него характерны высокая испаряемость с поверхности, низкий расход рабочей жидкости, устойчивая защитная пленка. Для данного состава удалось достичь оптимальных кинетических параметров для реакций гидролиза и последующей конденсации кремнийорганических соединений.Composition No. 4 is optimal, it is characterized by high evaporation from the surface, low consumption of the working fluid, and a stable protective film. For this composition, it was possible to achieve optimal kinetic parameters for hydrolysis reactions and subsequent condensation of organosilicon compounds.

Составы №5-7 образуют слишком рыхлые защитные покрытия ввиду большего содержания тетраэтоксисилана, при этом наблюдается более высокий расход композиции.Compositions No. 5-7 form too loose protective coatings due to the higher content of tetraethoxysilane, while there is a higher consumption of the composition.

Таким образом, заявленная жидкая композиция для защиты металлических изделий способна обеспечить оптимальную защиту металлических поверхностей от факторов окружающей среды, в том числе предотвратить окисление и коррозию латунных поверхностей, которые широко используются в осветительных системах и светильниках.Thus, the claimed liquid composition for protecting metal products is able to provide optimal protection of metal surfaces from environmental factors, including preventing oxidation and corrosion of brass surfaces, which are widely used in lighting systems and fixtures.

Claims

Liquid composition for protecting metal products containing organosilicon compounds, alcohol and a hydrocarbon solvent, while the content of organosilicon compounds is at least 33% of the total volume of the composition, while organosilicon compounds are a compound of methoxydiethoxymethylsilane in an amount of 28% of the total volume of the composition and tetraethoxysilane in amount of 5.5% of the total volume of the composition, the alcohol content is not less than 0.5% of the total volume, and the remaining volume is a hydrocarbon solvent, which is petroleum ether.