Средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей - RU2738582C9

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области химии, химического синтеза, способам получения средств для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей.

Разработанное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей найдет широкое применение в сфере авто-детейлинга и будет использоваться на этапе очистки поверхности лакокрасочного покрытия с целью улучшения адгезии различных защитных полимерных пленок или керамических (оксидных) покрытий.

Особенностью изобретения является использование в составе средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей лауретсульфата натрия в качестве поверхностно-активного вещества, пероксида водорода в качестве окислительного агента, сульфосалициловой кислоты в качестве индикатора, лимонной кислоты в качестве комплексонообразователя и воды в качестве растворителя.

Уровень техники

В настоящее время интенсивное развитие получила сфера авто-детейлинга. Авто-детейлинг – это процесс тщательной обработки автомобиля снаружи и внутри, включающий в себя его очистку, ремонт, реставрацию и защиту лакокрасочной поверхности автомобиля.

Условно процесс авто-детейлинга можно разбить на три составляющие: наружный, внутренний детейлинг и детейлинг двигателя. Особое значение имеет наружный детейлинг, заключающийся в ремонте, реставрации и защите лакокрасочных покрытий автомобилей. Как известно, защита лакокрасочных покрытий автомобилей включает в себя нанесение на подготовленную поверхность жидких или пастообразных составов, которые, взаимодействуя с верхним слоем обрабатываемого покрытия, формируют на нем тонкую защитную плёнку. В связи с чем, важен этап подготовки поверхности лакокрасочного покрытия. Как известно, существует линейка препаратов, обеспечивающих поэтапную очистку поверхности от загрязнителей различной природы, включающих битумные частицы, металлические вкрапления и загрязнения в виде осадочных пород (песок, пыль и прочее).

Как показал анализ аналогов, большинство средств очистки поверхности лакокрасочного покрытия от металлических вкраплений содержат серосодержащие соединения, которые при взаимодействии с загрязнением разрушаются с выделением сероводорода. Сероводород – токсичное газообразное соединение, обладающее неприятным резким запахом, раздражающим слизистую оболочку дыхательных путей.

На основе всего вышесказанного, актуальным является разработать и оптимизировать метод получения низкотоксичного высокоэффективного средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей.

Так как металлические вкрапления в основном состоят из частиц железа и его оксидов, гидроксидов и оксогидроксидов, то для их удаления с поверхности лакокрасочного покрытия используют композиции на основе кислот – ортофосфорной, винной, щавелевой, лимонной, оксиэтилидендифосфоновой и других, поэтому аналогами разработанного средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей являются средства для удаления оксидных соединений железа с различных поверхностей.

Так известен преобразователь ржавчины (см. патент RU № 2286999, опубл. 10.11.2006), содержащий следующие компоненты в мас. %: ортофосфорная кислота – 37,0-51,0; графит – 24,0-34,0; лигносульфонаты – 0,5-1,0; конкрепол В – 0,3-1,1; вода – 18-27.

Преобразователь ржавчины получают следующим образом. Предварительно раздробленный в ступке или в лабораторной мельнице и просеянный через сито с диаметром отверстий 0,125 мм графит марки ГСС-1 ТУ 21-25-166-75 смешивают в мерном стакане с ортофосфорной кислотой марки «ч» ГОСТ 6552-80. Полученную смесь гомогенизируют. В другой стакан засыпают лигносульфонаты порошкообразные технические
ТУ-13-0281-036-15-90 и растворяют их в воде ГОСТ Р51232-98. Полученный раствор лигносульфонатов вливают в стакан со смесью графита и ортофосфорной кислоты, после чего ингредиенты тщательно перемешивают. В полученную смесь добавляют конкрепол В ТУ 9365-001-13802623-2003, представляющий собой воднополимерную систему в виде золя или геля полимерного N-винилпирролидона. Компоненты тщательно перемешивают до полной гомогенизации готового продукта сиропообразной консистенции черного или черно-серого цвета с металлическим блеском, имеющим плотность – 1,58-1,60 г/см³.

Недостатком данного преобразователя является сложность соблюдения условий приготовления состава, требуются компоненты, строго соответствующие определенному маркеру качества. Также, данный состав не является оптимальным для применения в промышленных условиях, так как для видимых результатов требуется значительное количество времени.

Аналогичный по составу преобразователь ржавчины представлен патентом (см. патент RU № 2158745, опубл. 10.11.2000): ортофосфорная кислота – 38-50; графит – 25-33; лигносульфонаты – 0,5-1,0; вода – остальное.

Недостатком данного преобразователя является сложность его нанесения, которое происходит следующим образом: преобразователь ржавчины наносится на поверхность и перемешивается с нанесенными загрязнениями, образуя за счет эмульгирующего компонента однородную эмульсию «масло в воде». Масло, до этого сорбированное слоем ржавчины, переходит в преобразователь, а преобразующий ржавчину компонент состава – ортофосфорная кислота свободно взаимодействует с ржавчиной, преобразуя ее в инертный продукт. Поэтому, когда после высыхания покрытия его снимают с поверхности пластин острозаточенным скальпелем, то ржавчины под ним не обнаруживают. Данный процесс не может считаться применимым в промышленности.

Существует преобразователь ржавчины и способ его получения (см. патент RU № 2693764, опубл. 04.07.2019), который относится к лакокрасочной промышленности и может быть использован для защиты пораженных ржавчиной металлических поверхностей. Преобразователь ржавчины содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: латекс СКС-65 ГП – 16-17,7; водный раствор танина – 7,7-9; щавелевая кислота – 1,9-2,4; вода – остальное до 100%.

Для приготовления загружают латекс в смешивающее устройство при оборотах мешалки 110 – 140 об/мин и температуре 25 – 35°С. Постепенно добавляют раствор танина в латекс при минимальном времени смешивания 20 мин. Добавляют к полученной смеси раствор щавелевой кислоты при минимальном времени смешивания 8 минут. Обеспечивается улучшение адгезионных свойств и физико-механических показателей защитной пленки, уменьшение времени получения.

Основными недостатками известного преобразователя ржавчины являются высокие требования к технологии его получения, а именно:

1) во-первых, материал стенок реактора должен быть инертным в отношении сырьевых компонентов,

2) во-вторых, перемешивание должно быть достаточно интенсивным (с образованием «воронки»), но без вспенивания 110 – 140 об/мин. Это необходимо для введения последующих кислых компонентов без разрушения латексной основы.

3) В зону активного перемешивания по стенке основного реактора вводятся подготовленные растворы танина и щавелевой кислоты, и так как они приготовлены в емкостях расположенных выше уровня основного реактора, то они перемещаются туда самотеком. Важно соблюдать невысокую объемную скорость введения второго компонента (раствора танина) для предохранения латекса от разрушения, при этом минимальное время введения раствора танина в латекс составляет 20 минут, объем подачи рассчитывается в соответствие с рабочим объемом реактора и необходимыми соотношениями компонентов.

Известен состав для обработки металлической поверхности (см. патент RU № 2205895, опубл. 10.06.2003), предназначенный преимущественно для образования защитного неметаллического слоя на поверхности холоднокатаной стали перед нанесением лакокрасочного покрытия. Изобретение может быть использовано в машиностроении и приборостроении для обработки корпусов автомобилей, приборов и других заготовок после штамповки. Состав для обработки металлической поверхности включает в себя ортофосфорную кислоту, ускоритель реакции и воду, причем в качестве ускорителя реакции содержит ацетон и, дополнительно, аммоний азотнокислый, уротропин и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас. %: ортофосфорная кислота – 50, 0-60,0; аммоний азотнокислый – 1,5-2,0; ацетон – 3,0-4,0; уротропин – 0,15-0,2; неионогенное моющее средство – 0,01-0,05; вода – остальное.

Недостатком данного состава является наличие щелочного компонента – аммония азотнокислого и органического растворителя – ацетона, которые могут нанести значительный ущерб лакокрасочному покрытию.

Также известен способ приготовления преобразователя ржавчины (см. международную заявку РСТ WO2016171641A1, опубл. 27.10.2016), включающий в себя следующие компоненты: дубильный экстракт, щавелевую кислоту, оксиэтилидендифосфоновую кислоту-1, источник серебра – азотнокислое серебро и воду. Полный состав (в масс. %) выглядит следующим образом:

Дубильный экстракт – 6,80-12,70

Щавелевая кислота – 3,80-7,72

Нитрат серебра – 0,01-0,10

Оксиэтилендифосфоновая кислота-1 – 0,15-0,67

Вода или вода со спиртом – остальное.

Все ингредиенты смешиваются, а затем растворяются на водной или водно-спиртовой основе.

Недостатком данного средства является долгое время высыхания (15 – 120 минут и более), при длительном времени высыхания необходима просушка и повторное нанесение, это увеличивает производственные затраты.

Известен еще один способ преобразования и удаления оксида железа с металлических поверхностей. (см. международную заявку РСТ WO1999023283A1, опубл. 14.05.1999). Состав данного средства включает в себя следующие компоненты в мас. %:

Глицерин – 1%

Поливиниловый спирт – 10%.

Из данных компонентов готовят водный раствор, который впоследствии наносится на металлическую поверхность. Составу необходимо время на высыхание, после чего он может быть снят в виде твердых отложений. Согласно патенту, оксид железа удаляется вместе с высохшей пленкой.

Недостатком данного метода является возможное повреждение лакокрасочной поверхности, длительное время высыхания и неудобство применения для работ по очистке металла.

Также на рынке присутствуют средства следующих производителей: нейтральный очиститель дисков и кузова «M2» (Leraton, г. Санкт-Петербург, Россия), CarPro очиститель «IronX LS» (производство CarPro ltd.), очиститель железа «DeconPro» (Chemical Guys, USA), очиститель от железных вкраплений «Iron Out» (Auto Finesse), бескислотный очиститель ржавого налёта «Reactive Rust Remover» (Koch Chemie, Германия), очиститель тяжелых отложений «IronX» (Ceramic Pro ltd.), pH-нейтральный очиститель дисков и кузова «Ultra Ferrum» (Ultra Technologies, Япония), ультра-очиститель окислов металлов «Krytex oxide Remover» с индикатором цвета (KRYTEX).

Анализ данных аналогов показал, что большинство средств очистки и удаления загрязнений с поверхности автомобиля содержат следующие компоненты:

1. Поверхностно активные вещества.

2. Индикатор.

3. Комплексообразователь.

4. Растворитель.

5. Прочие (красители, ароматизаторы и др.).

В качестве поверхностно-активных веществ используются соединения из группы анионактивных и неионогенных поверхностно-активных веществ: лауретсульфат натрия, berol 226,APG и другие. Назначение данных компонентов состоит в улучшении контакта средства для удаления металлических вкраплений и загрязнений с поверхностью лакокрасочного покрытия автомобиля, а также для диспергации и солюбилизации загрязнения в мицеллах поверхностно-активных веществ и последующего его удаления с поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

В качестве комплексообразователей используются полиосновные кислоты: лимонная, щавелевая, оксиэтиледендифосфоновая, этилендиаминтетрауксусная и другие. Применение которых в средствах необходимо для удаления катионов металлов путём их связывания с остатками кислот с образованием хелатных комплексных соединений.

В качестве растворителей используются вода и многоатомные спирты для формирования определённой консистенции, обладающей определёнными реологическими и физико-химическими свойствами.

Индикаторы используются для определения активной кислотности среды, обнаружения наличия определённых ионов в загрязнении. В качестве индикаторов на ионы железа могут использоваться следующие соединения: роданид калия, гексоцианоферрат калия, сульфосалициловая кислота, фенол и другие.

В состав средства для удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочных покрытий автомобилей также могут входить различные красители и ароматизаторы.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является использование в своем составе в качестве поверхностно-активного соединения – лауретсульфат натрия, в качестве комплексообразователя – лимонной кислоты, индикатора – сульфосалициловой кислоты, растворителя – воды. Также для интенсификации процесса перевода нерастворимых в воде форм железа (Fe_металл, FeO, Fe₂O₃, FeO⋅Fe₂O₃, FeOH₂, FeOH₃, FeOOH) в растворимые используется пероксид водорода.

Краткое описание чертежей и иных материалов

На Фиг. 1 представлена микрофотография загрязненной поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

На Фиг. 2 представлен EDS-спектр загрязнённой поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

На Фиг. 3 представлен элементный состав загрязнённой поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

На Фиг. 4 представлен EDS-спектр образца дорожной пыли.

На Фиг. 5 представлен элементный состав дорожной пыли.

На Фиг. 6 представлены фотографии поверхности лакокрасочного покрытия с нанесённым средством для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей: а – через 0 секунд; б – через 5 секунд; в – через 10; г – через 25 секунд; д – 60 секунд.

На Фиг. 7 представлена микрофотография очищенной поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

На Фиг. 8 представлен EDS-спектр поверхности очищенного лакокрасочного покрытия.

На Фиг. 9 представлен элементный состав очищенной поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке нового средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей, которое не будет содержать летучих токсичных серосодержащих соединений, что характерно для аналогов и прототипа.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к устранению токсичных серосодержащих побочных продуктов реакции в процессе обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей разработанным средством, повышению реакционной способности средства, не нанося урон лакокрасочной поверхности автомобилей.

На основании проведенных исследований и полученных экспериментальных данных разработано средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей с использованием лауретсульфата натрия в качестве поверхностно-активного вещества, пероксида водорода в качестве окислительного агента, сульфосалициловой кислоты в качестве индикатора, лимонной кислоты в качестве комплексообразователя и воды в качестве растворителя. Средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей содержит компоненты при следующем соотношении, % (масс.).

Сульфосалициловая кислота 2 – 4;

Пероксид водорода 1 – 5;

Лауретсульфат натрия 5 – 15;

Лимонная кислота 2 – 4;

Дистиллированная вода – остальное.

Метод получения низкотоксичного средства для удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочных покрытий автомобилейвключает в себя следующие стадии:

1) на первой стадии растворяются лауретсульфат натрия и сульфосалициловую кислоту в воде;

2) затем в реакционную массу добавляется пероксид водорода, и вся система перемешивается в течение 15 минут;

2) далее в реакционную массу вводится лимонная кислота;

4) далее реакционная смесьперемешивается в течение 20 минут;

5) полученное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей фасуется.

Полученное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей представляет собой прозрачный раствор, без запаха, без посторонних включений, активная кислотность среды которого равна рН ≈ 7, обладающее стабильностью в процессе хранения.

Осуществление изобретения

Пример 1.

Метод получения средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилейвключает в себя несколько стадий. На первой стадии растворяются 2 грамма лауретсульфата натрия и 1 грамм сульфосалициловой кислоты в 100 мл воды и перемешиваются. Затем в реакционную массу вводят по каплям 1 мл 30 % пероксида водорода, и вся система перемешивается в течение 15 минут. Далее в реакционную массу вводится 1 грамм лимонной кислоты и перемешивают реакционную массу 20 минут. Со следующим соотношением компонентов, % (масс.):

Сульфосалициловая кислота 0,01 – 2;

Пероксид водорода 0,01 – 1;

Лауретсульфат натрия 0,01 – 5;

Лимонная кислота 0,01 – 2;

Дистиллированная вода – остальное.

Результат: Полученное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей представляет собой прозрачный раствор, без запаха, без посторонних включений, активная кислотность среды которого равна рН ≈ 7,5 – 7, характеризуется неудовлетворительными смачивающими свойствами и плохим взаимодействием с лакокрасочным покрытием автомобиля.

Пример 2.

Проводят аналогично примеру 1, но при следующих соотношениях компонентов, % (масс.):

Сульфосалициловая кислота 2 – 4;

Пероксид водорода 1 – 5;

Лауретсульфат натрия 5 – 15;

Лимонная кислота 2 – 4;

Дистиллированная вода – остальное.

Результат: Полученное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей представляет собой прозрачный раствор, без запаха, без посторонних включений, активная кислотность среды которого равна
рН ≈ 6 – 7.

Пример 3.

Проводят аналогично примеру 1, но при следующих соотношениях компонентов, % (масс.):

Сульфосалициловая кислота 4 – 10;

Пероксид водорода 5 – 20;

Лауретсульфат натрия 15 – 20;

Лимонная кислота 4 – 10;

Дистиллированная вода – остальное.

Результат: Полученное средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей представляет собой вязкое гелеобразное средство, не удобное для нанесения и трудно смываемое с поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей, не имеет запаха, без посторонних включений, активная кислотность среды которого равна рН ≈ 2 – 3, что является не допустимым для сохранения целостности лакокрасочного покрытия автомобиля.

Для исследования эффективности средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей был использован образец, изготовленный по
Примеру 2, который по своим поверхностно-активным, оптическим, структурно-механическим свойствам удовлетворяет технологические и эксплуатационные требования, предъявляемые к средствам для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей.

Перед испытанием опытных образцов низкотоксичного высокоэффективного средства для удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочных покрытий автомобилей проводили исследование микроструктуры поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей, с целью обнаружения и идентификации загрязнений. Для этого проводили микроскопирование загрязненных образцов лакокрасочного покрытия автомобилей с площадью поверхности 1 см²с помощью оптического микроскопа IM 7200 MEIJI TECHNO. Одна из полученных микрофотографий загрязнённой поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля представлена на фиг. 1.

Анализ полученных данных показал наличие на поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля полидисперсных частиц различных размеров и неправильной формы, имеющие мономодальное распределение по размерам, со средней площадью поверхности порядка 25 мкм².

С целью идентификации частиц загрязнений и вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля проведен энергодисперсионный микроанализ с помощью растрового электронного микроскопа MIRA-LMH с системой определения элементного состава AZtecEnergy Standart / X-max 20 (standard) фирмы Tescan. Полученный
EDS-спектр и элементный состав загрязнённой поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля представлены на фиг. 2 и 3, соответственно.

Установлено, что частицы вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей представлены не только металлическими материалами, но и минеральными, содержащими осадочные породы в виде частиц песка, земли, глины и прочего, в составе которых присутствуют такие элементы как железо, калий, магний, алюминий, натрий, кремний, хлор, кальций. С целью подтверждения данного факта проведен энергодисперсионный микроанализ дорожной пыли с помощью растрового электронного микроскопа. Для исследований было отобрано две пробы пыли, которые высушивали и подвергали исследования на сканирующем электронном микроскопе MIRA-LMH с системой определения элементного состава AZtecEnergy Standart / X-max 20 (standard) фирмы Tescan, полученный, а EDS-спектр и элементный состав образца дорожной пыли представлены на фиг. 4 и 5, соответственно.

В результате энергодисперсионного микроанализа установлена схожесть составов загрязнений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобиля и частиц дорожной пыли и можно заключить, что большая часть вкраплений на поверхности автомобиля представлена как металлическими частицами, так и частицами дорожной пыли, содержащей различные минеральные соединения.

Далее проводили испытание средства для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей. Для этого лакокрасочное покрытие автомобиля обрабатывали полученным средством, нанесение проводили пульверизатором. Результаты эксперимента приведены на фиг. 6. Анализ полученных фотографий показал, что опытные образцы разрабатываемого низкотоксичного высокоэффективного средства активно реагирует с металлическими вкраплениями через 5 – 10 секунд с появлением ярко-бордового окрашивания, вызванного образованием дисульфосалицилата железа.

Полное удаление металлических вкраплений опытными образцами разрабатываемого низкотоксичного высокоэффективного средства было подтверждено при помощи оптической микроскопии и энергодисперсионного микроанализа. Полученные результаты представлены на фиг. 7 и 8.

В результате установлено, что при использовании разработанного средства наблюдается полное удаления не только металлических вкраплений на поверхности лакокрасочных покрытий автомобилей, но и минеральных загрязнений, содержащих кальций, магний, кремний, серу, хлор и другие элементы.

Реферат

Изобретение относится к средству для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей. Разработанное средство может быть использовано в процессе авто-детейлинга на этапе очистки поверхности лакокрасочного покрытия для улучшения адгезии различных защитных полимерных пленок, керамических или оксидных покрытий. Средство для обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: сульфосалициловая кислота 2-4, пероксид водорода 1-5, лауретсульфат натрия 5-15, лимонная кислота 2-4, дистиллированная вода - остальное. Технический результат – устранение токсичных серосодержащих побочных продуктов реакции в процессе обнаружения и удаления металлических вкраплений на поверхности лакокрасочного покрытия автомобилей, повышение реакционной способности средства, без нанесения ущерба лакокрасочной поверхности автомобилей. 9 ил., 3 пр.

Формула