RU2766332C1 - Bioprotective polymer powder composition - Google Patents
Bioprotective polymer powder composition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766332C1 RU2766332C1 RU2021115578A RU2021115578A RU2766332C1 RU 2766332 C1 RU2766332 C1 RU 2766332C1 RU 2021115578 A RU2021115578 A RU 2021115578A RU 2021115578 A RU2021115578 A RU 2021115578A RU 2766332 C1 RU2766332 C1 RU 2766332C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecular weight
- coatings
- zinc oxide
- composition
- polymer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C09D123/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/03—Powdery paints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/14—Paints containing biocides, e.g. fungicides, insecticides or pesticides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/63—Additives non-macromolecular organic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к составам полимерных покрытий, защищающих от микробиологических повреждений поверхности металла в условиях повышенной влажности и температуры, а также используемых для защиты корпусов морских и речных судов, гидротехнических и иных сооружений от обрастания различного рода биологическими обитателями водной среды.The invention relates to compositions of polymeric coatings that protect against microbiological damage to the metal surface under conditions of high humidity and temperature, as well as used to protect the hulls of sea and river vessels, hydraulic and other structures from fouling of various kinds of biological inhabitants of the aquatic environment.
Микробиологические повреждения покрытий - одни из часто встречающихся случаев биоповреждений. В условиях повышенной опасности микробиологических повреждений используют антисептированные композиции, содержащие в своём составе биоциды.Microbiological damage to coatings is one of the most common cases of biodamage. In conditions of increased risk of microbiological damage, antiseptic compositions containing biocides are used.
Известны композиции, включающие в своих составах биоцидные добавки, такие как мышьяк и свинец (см. патент РФ, № 2123507, МПК C09D5/14, 1998 г.,). Композиции обладают биологической устойчивостью в коррозионно-активных средах.Compositions are known that include biocidal additives such as arsenic and lead in their compositions (see RF patent, No. 2123507, IPC C09D5/14, 1998,). The compositions are biologically stable in corrosive environments.
Недостаток этих композиций - использование в качестве биоцидных добавок крайне токсичных соединений, экологически опасных для атмосферы и биологически активных сред.The disadvantage of these compositions is the use as biocidal additives of extremely toxic compounds that are environmentally hazardous to the atmosphere and biologically active media.
В настоящее время законодательно ограничено применение соединений тяжелых металлов ввиду их высокой токсичности и, следовательно, нанесения экологического ущерба окружающей среде при их применении. Поэтому часто применяются соединения меди, обладающей высокой эффективностью в качестве биоцидного агента и в то же время меньшей токсичностью при воздействии на окружающую среду. Самым распространенным биоцидом является оксид одновалентной меди (Cu2O). Обычно противообрастающая краска содержит синтетическое пленкообразующее (ПСХ-ЛС, А-15, полиизобутилен и др.), канифоль, оксид меди, пластификатор, органические растворители (см. Гуревич Е.С., Рухадзе Е.Г., Фрост А.Е. и др. Защита от обрастания. - М.: Наука, 1989, с. 271.). Для достижения нужного эффекта содержание оксида меди в покрытии должно быть большим (например, 50-70% Cu2O; скорость растворения этого соединения не менее 0,1 г/(м2*сут) (см. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008.).Currently, the use of heavy metal compounds is legally limited due to their high toxicity and, consequently, causing environmental damage to the environment when they are used. Therefore, copper compounds are often used, which are highly effective as a biocidal agent and at the same time less toxic when exposed to the environment. The most common biocide is monovalent copper oxide (Cu 2 O). Typically, antifouling paint contains a synthetic film-forming agent (PSKh-LS, A-15, polyisobutylene, etc.), rosin, copper oxide, a plasticizer, organic solvents (see Gurevich E.S., Rukhadze E.G., Frost A.E. et al. Protection against fouling. - M.: Nauka, 1989, p. 271.). To achieve the desired effect, the content of copper oxide in the coating must be large (for example, 50-70% Cu 2 O; the dissolution rate of this compound is at least 0.1 g / (m 2 * day) (see Chemistry and technology of paint coatings: Textbook for universities, St. Petersburg: KHIMIZDAT, 2008).
Начиная с 80-гг. активно применяются оловоорганические полимерные покрытия, в том числе так называемые самополирующиеся оловоорганические полимерные покрытия (SPS - self-polishing copolymer). Чаще всего для этой цели используют трибутилоловооксид. Элементорганическое вещество постепенно разлагается, высвобождая оловосодержащие соединения, подавляющие процесс прикрепления личинок обрастателей (см. Cao S., Wang JD., Chen HS., Chen DR. Progress of marine biofouling and antifouling technologies. Review. // Chines Sci. Bull. 2011. V. 56. N 7. P. 598-612.).Since the 80s. organotin polymer coatings are actively used, including the so-called self-polishing organotin polymer coatings (SPS - self-polishing copolymer). Most often, tributyltin oxide is used for this purpose. Organoelement matter gradually decomposes, releasing tin-containing compounds that inhibit the attachment of fouling larvae (see Cao S., Wang JD., Chen HS., Chen DR. Progress of marine biofouling and antifouling technologies. Review. // Chines Sci. Bull. 2011 V. 56. N 7. P. 598-612.).
Однако, как и соединения меди, соединения олова чрезвычайно токсичны. Соединения олова в концентрации, необходимой для подавления обрастания, часто приводят к гибели особо чувствительных особей и могут сказываться на потомстве выживших особей. Международная конвенция с 2008 года запрещает использовать жесткие биоциды в качестве добавок к материалам покрытий.However, like copper compounds, tin compounds are extremely toxic. Tin compounds at the concentration required to suppress fouling often result in the death of particularly sensitive individuals and may affect the offspring of surviving individuals. An international convention since 2008 prohibits the use of harsh biocides as additives to coating materials.
Вместо высокотоксичных оловоорганических соединений вносят органические добавки - токсичные, например тетрациклин, который подавляет клеточный синтез белка, или менее токсичные, например бензойную, таниновую, диэтилбарбитуратовую кислоты, производное от витамина K3, тетраметилэтилендиамин другие (см. Патент RU №1819276, МПК C09D 5/16, опубл. 2004.10.10., а также Qu Y.-Y., Zhang S.-F. Preparation and Characterization of novel waterborne antifouling coatings // J. Coat. Technol. Res. 2012. V. 9. N 6. P. 667-674.).Instead of highly toxic organotin compounds, organic additives are introduced - toxic, for example, tetracycline, which inhibits cellular protein synthesis, or less toxic, for example, benzoic, tannic, diethylbarbituric acid, a derivative of vitamin K 3 , tetramethylethylenediamine, others (see Patent RU No. 1819276, IPC C09D 5 /16, published 2004.10.10., as well as Qu Y.-Y., Zhang S.-F. Preparation and Characterization of novel waterborne antifouling coatings // J. Coat. Technol. Res. 2012. V. 9. N 6. P. 667-674.).
Их недостатком является специфичность и недолговечность действия органических добавок.Their disadvantage is the specificity and fragility of the action of organic additives.
Известны композиции для нанесения покрытий, стойких в биологически активных средах, и содержащих в своих составах соединения меди (см. Патент US № 5571312, МПК 7 C09D 5/16, А01 N 25/00, 1996 г. и Заявку DE № 19606011, МПК 7 C09D5/16, 1997 г.), хрома (см. Патент № 2115680, Россия, МПК C09D 5/10 (1995.01), 1998 г.), цинка (см. Патент № 2415168, Россия, МПК C09D 5/16, 2011 г.). Эти материалы характеризуются меньшей токсичностью, чем композиции, включающие ртуть, олово, мышьяк.Known compositions for applying coatings that are resistant to biologically active media and containing copper compounds in their compositions (see US Patent No. 5571312, IPC 7 C09D 5/16, A01 N 25/00, 1996 and Application DE No. 19606011, IPC 7 C09D5/16, 1997), chromium (see Patent No. 2115680, Russia, IPC C09D 5/10 (1995.01), 1998), zinc (see Patent No. 2415168, Russia, IPC C09D 5/16, 2011). These materials are less toxic than compositions containing mercury, tin, arsenic.
Недостатком композиций является большое содержание (до 85 мас. % ) биоцидов в несвязанном состоянии. Это приводит к быстрой выщелачиваемости биоцидов из покрытий и не обеспечивает длительный биоцидный эффект. Кроме того, недостатком известных биоцидов противообрастающих покрытий для морских судов как холодного, так и горячего нанесения на защищаемую поверхность на основе соединений тяжелых цветных металлов (оксидов меди, свинца, ртути, олова и др.), их металлоорганических соединений, а также токсичных органических комплексов является их способность накапливаться в клетках растений и животных, обитателей морей и океанов. Это наносит все возрастающий непоправимый вред экологии мирового океана, его флоре и фауне. Как следствие этому, через зараженные морские продукты питания (рыбу, животных, водорослей и иную растительную продукцию) повышенные концентрации ядовитых соединений попадают в организм человека.The disadvantage of the compositions is the high content (up to 85 wt. %) of biocides in the unbound state. This leads to rapid leaching of biocides from coatings and does not provide a long-term biocidal effect. In addition, the lack of known biocides of antifouling coatings for marine vessels, both cold and hot applied to the surface to be protected, based on compounds of heavy non-ferrous metals (oxides of copper, lead, mercury, tin, etc.), their organometallic compounds, as well as toxic organic complexes is their ability to accumulate in the cells of plants and animals, the inhabitants of the seas and oceans. This causes ever-increasing irreparable harm to the ecology of the world's oceans, its flora and fauna. As a consequence, through contaminated marine food (fish, animals, algae and other plant products), elevated concentrations of toxic compounds enter the human body.
Известен композиционный материал, включающий кварцевую муку, жидкое натриевое стекло, кремнефторид натрия и гидрофобный компонент-пластификатор - низкомолекулярный полиэтилен, являющийся отходом производства полиэтилена высокого давления (см. заявку BY a19990831, МПК C 09 D 5/08, 2001 г.). Антикоррозионные покрытия из композиционного материала обладают высокой стойкостью к кислым средам.A composite material is known, including quartz flour, liquid sodium glass, sodium silicofluoride and a hydrophobic component-plasticizer - low molecular weight polyethylene, which is a waste product of high-pressure polyethylene production (see application BY a19990831, IPC C 09 D 5/08, 2001). Composite anticorrosion coatings are highly resistant to acidic environments.
Недостатком их является низкая водостойкость и невысокий уровень защиты от микробиологической коррозии из-за низкого содержания биоцидного компонента. Кроме того, наносимое покрытие обладает низкой адгезией к стальным поверхностям (не более 1,5 МПа при испытаниях на отрыв нормально приложенной нагрузкой).Their disadvantage is low water resistance and a low level of protection against microbiological corrosion due to the low content of the biocidal component. In addition, the applied coating has low adhesion to steel surfaces (no more than 1.5 MPa when tested for peeling with a normally applied load).
Известен состав противообрастающей композиции для покрытия поверхности, погруженной в воду, содержащей связующее (эпоксидные, акриловые смолы, кремнийорганические соединения, виниловые полимеры, полимеры стирола, хлорированный каучук, фенольные смолы), от 1 до 50% частиц политетрафторэтилена в пересчете на сухую массу композиции и от 5 до 95%, на основе сухой массы композиции противообрастающего агента, выбранного из группы, состоящей из металлической меди и соединений меди и цинка, а также составляющей жидкую дисперсионную среду, включающую по меньшей мере один галогенированный углеводород (см. Патент США № 4895881, МПК 7 C08J7 / 04, 1990 г.).The composition of an antifouling composition for coating a surface immersed in water is known, containing a binder (epoxy, acrylic resins, organosilicon compounds, vinyl polymers, styrene polymers, chlorinated rubber, phenolic resins), from 1 to 50% of polytetrafluoroethylene particles, calculated on the dry weight of the composition and from 5 to 95%, based on the dry weight of the antifouling agent composition selected from the group consisting of metallic copper and compounds of copper and zinc, and also constituting a liquid dispersion medium comprising at least one halogenated hydrocarbon (see US Patent No. 4895881, IPC 7 C08J7/04, 1990).
Недостатком композиции является низкая адгезия к металлическим поверхностям и невозможность использования ее для формирования покрытий газотермическими методами.The disadvantage of the composition is the low adhesion to metal surfaces and the inability to use it for the formation of coatings by thermal methods.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является биоцидная порошковая композиция на основе эпоксидных и карбоксилсодержащих полиэфирных смол, их смесей и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида в качестве биоцидного ингредиента. Биоцидная порошковая композиция для покрытий состоит из твердой эпоксидной смолы на основе бисфенола А с эпоксидным эквивалентом 715-930 г/моль и/или карбоксилсодержащего полиэфира с кислотным числом 26-53 мг КОН/г, отвердителя при необходимости, регулятора розлива, бензоина, пигмента и/или наполнителя, а также содержит биоцидную добавку - полигексаметиленгуанидин гидрохлорид совместно с дициандиамидом при следующем соотношении, мас. ч.: эпоксидиановая смола 0-83,1, карбоксилсодержащий полиэфир 0-85,4, полигексаметиленгуанидин гидрохлорид 4,5-8, дициандиамид 1,5-7,4, пигменты 0-40, наполнители 0-12, регулятор розлива 0,5-2,1, отвердитель при необходимости 1,7-4,5, бензоин 0,2-0,7 (см. Патент RU № 2700876, МПК C09D 5/14 (2019.05), 2019 г.). Данное решение принято за прототип.The closest in technical essence to the claimed object is a biocidal powder composition based on epoxy and carboxyl-containing polyester resins, their mixtures and polyhexamethylene guanidine hydrochloride as a biocidal ingredient. The biocidal powder coating composition consists of a solid epoxy resin based on bisphenol A with an epoxy equivalent of 715-930 g/mol and/or a carboxyl-containing polyester with an acid value of 26-53 mg KOH/g, a hardener if necessary, a filling regulator, benzoin, pigment and /or filler, and also contains a biocidal additive - polyhexamethylene guanidine hydrochloride together with dicyandiamide in the following ratio, wt. hours: epoxy resin 0-83.1, carboxyl-containing polyester 0-85.4, polyhexamethylene guanidine hydrochloride 4.5-8, dicyandiamide 1.5-7.4, pigments 0-40, fillers 0-12, filling regulator 0, 5-2.1, hardener if necessary 1.7-4.5, benzoin 0.2-0.7 (see Patent RU No. 2700876, IPC C09D 5/14 (2019.05), 2019). This decision was taken as a prototype.
Вводимая в композицию прототипа биоцидная добавка - полигексаметиленгуанидин гидрохлорид - характеризуется широким спектром биоцидного действия, эффективностью против бактерий, грибов, плесеней, водорослей, вирусов, малотоксичен для теплокровных, нелетуч, устойчив при длительном хранении. Биоцид способен сохранять достаточную биоцидную активность при нанесении композиции на субстрат Introduced into the composition of the prototype biocidal additive - polyhexamethylene guanidine hydrochloride - is characterized by a wide range of biocidal action, effectiveness against bacteria, fungi, molds, algae, viruses, low toxicity for warm-blooded, non-volatile, stable during long-term storage. The biocide is able to maintain sufficient biocidal activity when the composition is applied to the substrate.
Однако биоцидная активность полигексаметиленгуанидина недостаточна, грибостойкость композиции оценивается в 1-2 балла, максимальной эффективности в 0 баллов согласно ГОСТ 9.050-75 не достигается. Кроме этого технологические особенности нанесения порошкообразного состава (получаемые порошковые композиции наносят электростатическим распылением на подложку при напряжении 50 кВ с последующим отверждением покрытия при температуре 180-185°C в течение 20-25) не позволяют наносить покрытие на труднодоступные участки защищаемой конструкции, использовать открытые и большие площади поверхностей, что ограничивает сферу применения композиции. Сложный синтез полигексаметиленгуанидина делает его стоимость, а следовательно, и стоимость композиции достаточно высокой.However, the biocidal activity of polyhexamethyleneguanidine is insufficient, the fungus resistance of the composition is estimated at 1-2 points, the maximum efficiency of 0 points according to GOST 9.050-75 is not achieved. In addition, the technological features of applying a powder composition (the resulting powder compositions are applied by electrostatic spraying onto a substrate at a voltage of 50 kV, followed by curing of the coating at a temperature of 180-185°C for 20-25) do not allow coating hard-to-reach areas of the protected structure, using open and large surface areas, which limits the scope of the composition. The complex synthesis of polyhexamethyleneguanidine makes its cost, and hence the cost of the composition, quite high.
Технической проблемой, решаемой данным изобретением, является повышение биостойкости полимерной композиции, повышение технологичности нанесения путем возможности использования газотермических методов напыления, улучшение качества покрытий.The technical problem solved by this invention is to increase the biostability of the polymer composition, increase the processability of application through the possibility of using thermal spraying methods, and improve the quality of coatings.
Поставленная техническая проблема решается за счет того, что биозащитная полимерная порошковая композиция, включающая полимерное связующее, биоцидную добавку и неорганический пигмент, в соответствии с изобретением в качестве полимерного связующего содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с добавлением мелкодисперсного низкомолекулярного политетрафторэтилена, в качестве биоцидной добавки содержит натрий кремнефтористый, оксид меди и оксид цинка, причем оксид меди и оксид цинка также являются неорганическим пигментом, и дополнительно включает и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical problem posed is solved due to the fact that the bioprotective polymer powder composition, including a polymer binder, a biocidal additive and an inorganic pigment, in accordance with the invention, as a polymer binder, contains ultra-high molecular weight polyethylene with the addition of finely dispersed low molecular weight polytetrafluoroethylene, as a biocidal additive contains sodium fluorosilicon, oxide copper and zinc oxide, and copper oxide and zinc oxide are also inorganic pigment, and additionally includes aerosil in the following ratio, wt. %:
Технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в расширении функциональных качеств полимерного покрытия и повышении его антимикробных свойств.The technical result from the use of all the essential features of the invention is to expand the functional qualities of the polymer coating and improve its antimicrobial properties.
Также технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в повышении биостойкости полимерной композиции, улучшении технологичности нанесения путем возможности использования газотермических методов напыления, улучшении качества покрытий.Also, the technical result from the use of all the essential features of the invention is to increase the biostability of the polymer composition, improve the processability of application through the possibility of using gas-thermal spraying methods, and improve the quality of coatings.
В качестве полимерного связующего в заявляемой композиции используется порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с размером частиц 60 - 200 мкм, с добавлением мелкодисперсного порошка низкомолекулярного политетрафторэтилена (ПТФЭ) с размером частиц 0,5 - 3,5 мкм. СВМПЭ является термопластом с высокой ударопрочностью и износостойкостью, самой высокой среди полиэтиленов водоотталкивающей способностью, низким коэффициентом трения, высокой морозоустойчивостью, обладает высокой адгезией к металлам при газотермическом способе формирования покрытия. Добавка мелкодисперсного низкомолекулярного ПТФЭ позволяет снизить шероховатость наносимого полимерного газотермического покрытия с 2 - 5 до 0,25 - 0,40 мкм, что позволит улучшить качество покрытий и положительно скажется, например, на скорости судов с покрытыми корпусами и на расходе топлива.As a polymer binder in the claimed composition, ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) powder with a particle size of 60 - 200 microns is used, with the addition of a fine powder of low molecular weight polytetrafluoroethylene (PTFE) with a particle size of 0.5 - 3.5 microns. UHMWPE is a thermoplastic with high impact and wear resistance, the highest water repellency among polyethylenes, low coefficient of friction, high frost resistance, and high adhesion to metals in the gas-thermal method of coating formation. The addition of finely dispersed low molecular weight PTFE makes it possible to reduce the roughness of the applied thermal thermal polymer coating from 2–5 to 0.25–0.40 µm, which will improve the quality of coatings and have a positive effect, for example, on the speed of ships with coated hulls and on fuel consumption.
В качестве биоцидной добавки предложено применять натрий кремнефтористый (ГОСТ 87-77), обладающий достаточной большой биоцидной активностью. Натрий кремнефтористый получают взаимодействием кремнефтористоводородной кислоты с раствором поваренной соли, сульфата натрия или карбоната натрия.As a biocidal additive, it is proposed to use sodium fluorosilicon (GOST 87-77), which has a sufficiently high biocidal activity. Sodium fluorosilicic acid is obtained by reacting fluorosilicic acid with a solution of common salt, sodium sulfate or sodium carbonate.
В качестве пигмента и биоцидной добавки использовали оксид меди (II) (ГОСТ 16539-79) и окись цинка (ГОСТ 10262-73). Натрий кремнефтористый, оксиды меди и цинка, широко распространены, не являются дорогостоящими, выпускаются в виде порошка с широкой грануляцией частиц, что позволяет их использовать в виде компонентов порошковой шихты при газопламенном напылении.Copper (II) oxide (GOST 16539-79) and zinc oxide (GOST 10262-73) were used as a pigment and a biocidal additive. Sodium silicofluoride, oxides of copper and zinc, are widely distributed, are not expensive, are produced in the form of a powder with a wide granulation of particles, which allows them to be used as components of a powder mixture in flame spraying.
В качестве тиксотропного наполнителя предложено использовать диоксид кремния - аэросил (ГОСТ 14922-77) для придания седиментационной устойчивости композиционной шихты в период ее хранения. Аэросил представляет собой высокодисперсный высокоактивный аморфный пирогенный диоксид кремния (SiO2) с размером частиц от 0,005 до 0,040 мкм, получаемый пламенным гидролизом четыреххлористого кремния (SiCl4) высокой чистоты. Характеризуется максимальной удельной поверхностью из всех порошкообразных наполнителей, величина которой достигает 380 м2/г. Повышает физико-механические свойства эластомеров. Имеющиеся на поверхности частиц аэросила силанольные группы способствуют образованию системы водородных связей между частицами.As a thixotropic filler, it is proposed to use silicon dioxide - aerosil (GOST 14922-77) to impart sedimentation stability to the composite charge during its storage. Aerosil is a highly dispersed highly active amorphous pyrogenic silicon dioxide (SiO 2 ) with a particle size of 0.005 to 0.040 μm, obtained by flame hydrolysis of high purity silicon tetrachloride (SiCl 4 ). It is characterized by the maximum specific surface of all powdered fillers, the value of which reaches 380 m 2 /g. Increases physical and mechanical properties of elastomers. The silanol groups present on the surface of aerosil particles contribute to the formation of a system of hydrogen bonds between the particles.
Образцы полимерных композиционных покрытий получали методом газотермического напыления порошковой шихты, включающей следующие операции: приготовление сухой порошковой шихты согласно заявляемой композиции, газопламенное напыление композиции на стальные образцы.Samples of polymer composite coatings were obtained by thermal spraying of a powder mixture, including the following operations: preparation of a dry powder mixture according to the claimed composition, flame spraying of the composition on steel samples.
Для приготовления композиционной шихты были выбраны следующие компоненты: порошок СВМПЭ торговой марки Hostalen GUR 4120 (размер частиц 100 - 160 мкм), производитель «Ticona» (ФРГ); порошок низкомолекулярного ПТФЭ с размером частиц 0,5 - 3 мкм, получаемый термогазодинамическим способом, производитель ООО «Владфорум» (РФ) по ТУ 2213-001-15259672 - 2016; биоцидная добавка натрия кремнефтористого по ТУ 113-08-587-86, производитель АО Апатит Саратовская область; порошок оксида меди (II) (ГОСТ 16539-79); порошок оксида цинка (ГОСТ 10262-73); порошок аэросила (пирогенный кремнезем) марки А-300, ГОСТ 14922-77, размер частиц 0,005…0,040 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The following components were chosen for the preparation of the composite mixture: UHMWPE powder of the trade mark Hostalen GUR 4120 (particle size 100 - 160 μm), manufacturer "Ticona" (Germany); low molecular weight PTFE powder with a particle size of 0.5 - 3 μm, obtained by a thermogasdynamic method, manufacturer Vladforum LLC (RF) according to TU 2213-001-15259672 - 2016; biocidal additive of sodium fluorosilicon according to TU 113-08-587-86, manufacturer of JSC Apatit, Saratov region; copper (II) oxide powder (GOST 16539-79); zinc oxide powder (GOST 10262-73); Aerosil powder (pyrogenic silica) brand A-300, GOST 14922-77, particle size 0.005 ... 0.040 μm, with the following ratio of components, wt. %:
Порошкообразные компоненты композиции перед приготовлением шихты сушили в сушильном шкафу ШС-80-01 при температуре 80°С в течение 2-х часов. Взвешивание ингредиентов производили на весах настольных электронных «ШТРИХ М 6-2», модификация НПВ. Композиционная шихта изготавливалась методом последовательного смешения ингредиентов в лабораторной зерновой мельнице ЛМ 200 с водяным охлаждением камеры. The powder components of the composition were dried in a ShS-80-01 oven at a temperature of 80°C for 2 hours before preparing the mixture. Ingredients were weighed on desktop electronic scales "SHTRIKH M 6-2", NPV modification. Composite charge was made by sequential mixing of ingredients in a laboratory grain mill LM 200 with water-cooled chamber.
Подготовленная полимерная порошковая композиционная смесь наносилась в виде покрытия на поверхность пластин из стали Ст-3 методом газопламенного напыления - процесса расплавления или нагрева до высокопластичного состояния частиц порошка в пламени, их ускорения в факеле и нанесения на подготовленную поверхность детали. Для формирования покрытий использовали термораспылитель порошковый полимерный ОИМ 050.00.00.000, изготовленный в Объединенном институте машиностроения НАН Беларуси, который применяется для газопламенного напыления покрытий порошками полимерных термопластичных материалов, имеющих температуру плавления от 90 до 400°С.The prepared polymer powder composite mixture was applied in the form of a coating on the surface of plates made of St-3 steel by the method of flame spraying - the process of melting or heating powder particles in a flame to a highly plastic state, accelerating them in a torch and applying them to the prepared surface of the part. To form the coatings, a polymer powder thermospray OIM 050.00.00.000 manufactured at the Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus was used, which is used for flame spraying of coatings with powders of polymeric thermoplastic materials with a melting temperature of 90 to 400°C.
Режимы газопламенного напыления: рабочее давление газов, МПа, не более: воздух - 0,5; пропан - 0,2; расход газов, м3/ч: воздух - 20; пропан - 0,9; дистанция напыления - 210 мм.Flame spraying modes: working pressure of gases, MPa, no more than: air - 0.5; propane - 0.2; gas consumption, m 3 /h: air - 20; propane - 0.9; spraying distance - 210 mm.
Покрытия наносились на стальные образцы, предназначенные для оценки шероховатости, для определения стойкости к воздействию плесневых грибов ГОСТ 9.050-75. “Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на устойчивость к воздействию плесневых грибов” и по ГОСТ 9.048-89, а также на образцы, предназначенные для исследования адгезии покрытий методом отрыва нормально приложенной нагрузкой.Coatings were applied to steel specimens intended for roughness assessment to determine resistance to mold fungi GOST 9.050-75. “Paint coatings. Methods of laboratory testing for resistance to mold fungi” and according to GOST 9.048-89, as well as for samples intended for studying the adhesion of coatings by the pull-off method with a normally applied load.
В таблице 1 представлены примеры количественных и качественных составов заявляемой композиции (примеры № 1-4), а также примеры составов, выходящих за заявляемые пределы (контрольные примеры № 5-6).Table 1 presents examples of quantitative and qualitative compositions of the claimed composition (examples No. 1-4), as well as examples of compositions that go beyond the claimed limits (control examples No. 5-6).
Таблица 1 - Составы заявляемой композицииTable 1 - Compositions of the claimed composition
Для металлических конструкций и сооружений, эксплуатирующихся в условиях высокой влажности или в воде при повышенном содержании бактерий, грибов и водорослей, характерно обилие дефектов, связанных с воздействием на них продуктов метаболизма микроорганизмов, наиболее жизнеспособными из которых являются плесневые грибы. Исследования свойств покрытий из составов заявляемой полимерной порошковой композиции на стойкость к воздействию наиболее распространенного и агрессивного плесневого гриба Aspergillus niger и Aspergillus penicilloides проводили по ГОСТ 9.050-75. “Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на устойчивость к воздействию плесневых грибов” и по ГОСТ 9.048-89. Сущность метода заключается в том, что образцы материалов выдерживаются в условиях естественного заражения плесневыми грибами и определяется микробиологическая стойкость материала по степени роста микроорганизмов на его поверхности.For metal structures and structures operated in conditions of high humidity or in water with a high content of bacteria, fungi and algae, an abundance of defects associated with exposure to metabolic products of microorganisms, the most viable of which are mold fungi, is typical. Studies of the properties of coatings from the compositions of the claimed polymer powder composition for resistance to the most common and aggressive mold fungus Aspergillus niger and Aspergillus penicilloides was carried out according to GOST 9.050-75. “Paint coatings. Methods of laboratory testing for resistance to mold fungi” and according to GOST 9.048-89. The essence of the method lies in the fact that samples of materials are kept under conditions of natural infection with mold fungi and the microbiological resistance of the material is determined by the degree of growth of microorganisms on its surface.
Для испытания биостойкости образцов композиционных покрытий к грибам применяли водную суспензию микроорганизмов, состав которой приведен в ГОСТе 9.048-89 (1 мл суспензии содержит 1…2 млн спор каждой тест-культуры, входящей в смесь). Образцы композиционных покрытий в чашках Петри помещали в эксикаторы, в которых поддерживали относительную влажность 95- 98 % и температуру 27-31°С. Испытания проводили в течение 28 суток. По истечении указанного срока образцы извлекались из эксикатора, осматривались при освещенности 200-300 лк невооруженным глазом, а также с помощью микроскопа при увеличении 50-60х, и оценивалась грибостойкость в баллах по степени обрастания поверхности материалов по 6-бальной шкале.To test the biostability of samples of composite coatings to fungi, an aqueous suspension of microorganisms was used, the composition of which is given in GOST 9.048-89 (1 ml of the suspension contains 1–2 million spores of each test culture included in the mixture). Samples of composite coatings in Petri dishes were placed in desiccators, in which a relative humidity of 95–98% and a temperature of 27–31°C were maintained. The tests were carried out for 28 days. After the specified period, the samples were removed from the desiccator, examined at an illumination of 200-300 lux with the naked eye, as well as using a microscope at a magnification of 50-60x , and the fungus resistance was evaluated in points according to the degree of fouling of the surface of the materials on a 6-point scale.
В том случае, когда под микроскопом не обнаруживается прорастание спор и конидий биостойкость материала соответствует 0 баллов, при обнаружении под микроскопом проросших спор и незначительно развитого мицелия -1 балл, образование мицелия в виде ветвящихся гиф со спороношением - 2 балла, при едва наблюдаемом невооруженным глазом мицелии и спороношении - 3 балла. В том случае, когда невооруженным глазом отчетливо видно развитие грибов, покрывающих менее 25 % испытуемой поверхности, биостойкость составляет 4 балла, интенсивный рост грибов, обильное развитие мицелия на площади более 25 % поверхности - 5 баллов.In the case when the germination of spores and conidia is not detected under the microscope, the biostability of the material corresponds to 0 points, if germinated spores and slightly developed mycelium are found under the microscope - 1 point, the formation of mycelium in the form of branching hyphae with sporulation - 2 points, with barely visible to the naked eye mycelium and sporulation - 3 points. In the case when the development of fungi covering less than 25% of the test surface is clearly visible to the naked eye, biostability is 4 points, intensive growth of fungi, abundant development of mycelium over an area of more than 25% of the surface - 5 points.
Результаты исследований адгезии покрытий, их шероховатости и стойкости к плесневым грибам приведены в таблице 2.The results of studies of adhesion of coatings, their roughness and resistance to mold fungi are shown in Table 2.
Таблица 2 - Свойства напыленных покрытий заявляемого состава и контрольных образцовTable 2 - Properties of sprayed coatings of the claimed composition and control samples
Анализ полученных результатов показал, что при нанесении покрытий из разработанного состава полимерной порошковой композиционной смеси методом газопламенного напыления защищаемая поверхность характеризуется максимально высокой биостойкостью (0 баллов) по отношению к наиболее агрессивным плесневым грибам, что свидетельствует о более высокой защитной способности данного материала по сравнению с прототипом и контрольными образцами. При этом, как следует из приведенных данных, определяющую роль в биоцидных свойствах композиционного покрытия играет кремнефторид натрия (пример 6). Несмотря на высокое общее содержание широко применяемых известных биоцидов оксида цинка и меди по примеру 6, при понижении в составе порошковой композиции кремнефторида натрия показатель биостойкости равен 2, то есть, имеет место понижение грибоустойчивости. При небольшом содержании в составе композиции политетрафторэтилена показатель биостойкости высокий - 0 баллов, но в то же время увеличивается шероховатость покрытия (пример 4).The analysis of the obtained results showed that when applying coatings from the developed composition of the polymer powder composite mixture by flame spraying, the surface to be protected is characterized by the highest possible biostability (0 points) in relation to the most aggressive mold fungi, which indicates a higher protective ability of this material compared to the prototype and control samples. In this case, as follows from the above data, sodium silicofluoride plays a decisive role in the biocidal properties of the composite coating (example 6). Despite the high total content of widely used known biocides of zinc oxide and copper according to example 6, with a decrease in the composition of the sodium silicate fluoride powder composition, the biostability index is 2, that is, there is a decrease in fungus resistance. With a low content of polytetrafluoroethylene in the composition, the biostability index is high - 0 points, but at the same time the roughness of the coating increases (example 4).
Таким образом, за счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта:Thus, due to the implementation of the distinctive features of the invention (together with the features indicated in the restrictive part of the formula), important new properties of the object are achieved:
- оптимальное соотношение ингредиентов расширяет функциональные качества полимерного покрытия;- the optimal ratio of ingredients expands the functional qualities of the polymer coating;
- наличие в составах композиций бактерицидных добавок (натрий кремнефтористый, оксиды меди и цинка) повышает антимикробные свойства.- the presence of bactericidal additives in the compositions (sodium fluorosilicon, oxides of copper and zinc) increases the antimicrobial properties.
Заявленная биозащитная полимерная порошковая композиция может быть изготовлена с применением указанных известных компонентов, входящих в ее состав в заявленных пределах. Как показали испытания, при изменении предельных значений количественного состава компонентов как в сторону превышения, так и уменьшения значений, заявленный технический результат не достигается.The claimed bioprotective polymer powder composition can be manufactured using the specified known components included in its composition within the stated limits. As tests have shown, when changing the limit values of the quantitative composition of the components, both in the direction of exceeding and decreasing the values, the claimed technical result is not achieved.
Заявленное изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется защита от микробиологических повреждений поверхности металла в условиях повышенной влажности и температуры, например, для защиты корпусов морских и речных судов, гидротехнических и иных сооружений от обрастания различного рода биологическими обитателями водной среды.The claimed invention can be used in various industries where protection from microbiological damage to the metal surface is required under conditions of high humidity and temperature, for example, to protect the hulls of sea and river vessels, hydraulic and other structures from fouling of various kinds of biological inhabitants of the aquatic environment.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115578A RU2766332C1 (en) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Bioprotective polymer powder composition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115578A RU2766332C1 (en) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Bioprotective polymer powder composition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766332C1 true RU2766332C1 (en) | 2022-03-15 |
Family
ID=80736480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115578A RU2766332C1 (en) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Bioprotective polymer powder composition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766332C1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2297552B (en) * | 1995-02-03 | 1998-12-16 | Rainer Clover | Powder coating |
RU2619687C1 (en) * | 2015-11-26 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing multipurpose protective coatings |
RU2632301C2 (en) * | 2008-05-30 | 2017-10-03 | Уитфорд Корпорейшн | Mixed fluoropolymer compositions |
RU2641130C1 (en) * | 2016-10-26 | 2018-01-16 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" | Multi-layer antifouling coating |
RU2648082C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Paint coating |
RU2693724C1 (en) * | 2018-11-16 | 2019-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОММЕТЭКС" | Additive for paint materials (versions) |
RU2700876C2 (en) * | 2017-11-21 | 2019-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Biocidal powder composition |
RU2718772C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью «НПО ГЕЛАР» | Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene |
-
2021
- 2021-05-31 RU RU2021115578A patent/RU2766332C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2297552B (en) * | 1995-02-03 | 1998-12-16 | Rainer Clover | Powder coating |
RU2632301C2 (en) * | 2008-05-30 | 2017-10-03 | Уитфорд Корпорейшн | Mixed fluoropolymer compositions |
RU2619687C1 (en) * | 2015-11-26 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing multipurpose protective coatings |
RU2641130C1 (en) * | 2016-10-26 | 2018-01-16 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" | Multi-layer antifouling coating |
RU2648082C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Paint coating |
RU2700876C2 (en) * | 2017-11-21 | 2019-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Biocidal powder composition |
RU2693724C1 (en) * | 2018-11-16 | 2019-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОММЕТЭКС" | Additive for paint materials (versions) |
RU2718772C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью «НПО ГЕЛАР» | Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
А.К. ЦВЕТНИКОВ И ДР. Нанодисперсный политетрафторэтилен ФОРУМ и его влияние на физические свойства лакокрасочных покрытий. Лакокрасочные материалы и их применение, 2016, N 1-2, с. 63-67. * |
А.К. ЦВЕТНИКОВ И ДР. Физико-химические свойства и области применения многофункциональных покрытий на основе нанодисперсного политетрафторэтилена. Химическая технология, 2019, Т. 20, N 13, с. 620-625. * |
А.К. ЦВЕТНИКОВ И ДР. Физико-химические свойства и области применения многофункциональных покрытий на основе нанодисперсного политетрафторэтилена. Химическая технология, 2019, Т. 20, N 13, с. 620-625. А.К. ЦВЕТНИКОВ И ДР. Нанодисперсный политетрафторэтилен ФОРУМ и его влияние на физические свойства лакокрасочных покрытий. Лакокрасочные материалы и их применение, 2016, N 1-2, с. 63-67. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qiu et al. | Functional polymer materials for modern marine biofouling control | |
Jin et al. | Recent advances in emerging integrated antifouling and anticorrosion coatings | |
López-Ortega et al. | Development of a superhydrophobic and bactericide organic topcoat to be applied on thermally sprayed aluminum coatings in offshore submerged components | |
Rascio | Antifouling coatings: where do we go from here | |
EP0526441B1 (en) | Self-polishing antifouling marine paints | |
KR20070102562A (en) | Use of a combination of substances to prevent biofouling organisms | |
TW200540237A (en) | Antifouling compositions comprising a polymer with salt groups | |
Sha et al. | Eco-friendly self-polishing antifouling coating via eugenol ester hydrolysis | |
CN111500130A (en) | Environment-friendly super-hydrophobic antifouling paint | |
Sun et al. | Fabrication of an anti-fouling coating based on epoxy resin with a double antibacterial effect via an in situ polymerization strategy | |
Pei et al. | Development of marine antifouling coatings | |
RU2766332C1 (en) | Bioprotective polymer powder composition | |
KR20150124089A (en) | A releasing agent composition for preventing the attachment of marine organisms | |
CN108148474B (en) | Composite coating for marine equipment and preparation method and application thereof | |
Kiil et al. | Marine biofouling protection: design of controlled release antifouling paints | |
KR20050036804A (en) | Coating method for ship-bottom paint | |
Chaudhari | Adhesion of Fouling Organisms and its Prevention Technique | |
KR101263261B1 (en) | Antifoul agent and antifouling paint composition comprising hexadecyl methacylate | |
KR101048482B1 (en) | Antifouling coating composition | |
CN116179040A (en) | Tin-free low-surface-energy self-polishing environment-friendly thick-paste type anti-fouling paint and preparation method and application thereof | |
Mosunov et al. | Nanoparticles in marine antifouling coatings: a case study | |
KR20230048401A (en) | marine coating formulations | |
Pereira et al. | Proof of Concept of Natural and Synthetic Antifouling Agents in Coatings | |
US20140163136A1 (en) | Hydrophilic biocidal coatings | |
Rogalskiy et al. | Periphyton Development on the Protective Coating, Modifiedby the Cation Biocide |