Водостойкая эпоксидная композиция

(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Крутько Эльвира Тихоновна Прокопчук Иван Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56) ТУ 6-10-1437-79. Николайчик А.В.Республиканская научная конференция студентов и аспирантов Республики Беларусь НИРС 2004. Тезисы докладов. Ч. 2. - Гродно,2004. - . 106-107. Николайчик А.В. и др. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2004. - Т. 48. -6. - . 49-52.2082589 , 1982.4351914, 1982.(57) Водостойкая эпоксидная композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы содержит эпоксидную смолу Э-41 р, в качестве отвердителя - отвердитель 4 и дополнительно содержит тетрамалеамидокислоту формулы при следующем соотношении компонентов, мас.эпоксидная смола Э-41 р 83,193-84,874 отвердитель 4 10,924-12,605 тетрамалеамидокислота 1,681-3,361 органический растворитель остальное. Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, конкретно к водостойким полимерным композициям на основе эпоксидных олигомеров, которые могут быть использованы в качестве водостойкого покрытия в системах антикоррозионной защиты металлических поверхностей, подвергающихся постоянному или периодическому воздействию атмосферной влаги или водной среды в процессе эксплуатации (инженерные и гидротехнические установки, портовые сооружения, морская техника). 9716 1 2007.08.30 Полимерные покрытия на основе эпоксидных смол успешно используются в судо- и машиностроении, в авиационной технике 1. Однако наряду с высокими эксплуатационными свойствами они обладают и некоторыми недостатками - в ряде случаев недостаточной адгезионной прочностью к металлическим поверхностям, невысокой стойкостью к воздействию атмосферной влаги и водных сред, относительно высоким водопоглощением, что ограничивает их использование в ряде областей новой техники. Известна водостойкая эпоксидная композиция для покрытий, содержащая эпоксидный олигомер, отвердитель - полиэтиленполиамин, отличающаяся тем, что в качестве модификатора она содержит бензиловый спирт или сополимер А-15 2. Композиция предназначена для использования в качестве средств защиты различных поверхностей от химических, атмосферных, биокоррозионных воздействий на различные субстраты. Однако указанная водостойкая олигомерная эпоксидная композиция не обладает достаточной адгезионной прочностью к металлическим подложкам. Известна водостойкая эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную смолу, а также эпоксидированный полидиен 3. Ее недостаток заключается в сложности получения и невоспроизводимости эксплуатационных характеристик, в недостаточно высокой водостойкости. Наиболее близкой по составу и технической сущности к предлагаемому изобретению является водостойкая эпоксидная композиция, представляющая собой двухкомпонентную систему, состоящую из полуфабриката эмали ЭП-586 и отвердителя марки Э 5, которые смешиваются перед применением. Полуфабрикат эмали представляет собой суспензию пигментов в растворе эпоксидной смолы в смеси ацетона, этилцеллозольва, ксилола в соотношении 303040. Недостатком данной композиции, предназначенной для защиты металлических поверхностей, 4 является избыточное влагопоглощение, недостаточная адгезия и водостойкость. Задачей предлагаемого изобретения является повышение водостойкости, адгезионной прочности, а следовательно, долговечности формируемого покрытия из водостойкой эпоксидной композиции, а также снижение его водопоглощающей способности. Поставленная задача достигается тем, что водостойкая эпоксидная композиция включает эпоксидную смолу, отвердитель, органический растворитель и отличается тем, что в качестве эпоксидной смолы содержит эпоксидную смолу Э-41 р, в качестве отвердителя отвердитель 4 и дополнительно содержит тетрамалеамидокислоту следующего химического строения при следующем соотношении компонентов, мас.эпоксидная смола Э-41 р 83,193-84,874 отвердитель 4 10,924-12,605 тетрамалеамидокислота 1,681-3,361 органический растворитель остальное. Сравнение предлагаемой водостойкой эпоксидной композиции с композицией прототипа показывает, что отличием предлагаемой эпоксидной композиции от известной является использование в качестве сшивающего агента отвердителя 4 - раствора полиамидной смолы в ксилоле отечественного производства - в количестве 10,924-12,605 мас.вместо отвердителя марки Э 5 (ТУ 6-10-1093-76 с измен.1-3) зарубежных фирм, а в 2 9716 1 2007.08.30 качестве модифицирующего компонента тетрамалеамидокислоты в количестве 1,6813,361 мас. . Анализ источников информации показал, что использование тетрамалеамидокислоты для получения водостойких эпоксидных композиций не обнаружено. Экспериментально установлено, что использование любого из компонентов предлагаемой композиции в отдельности либо попарно (тетрамалеамидокислота и эпоксидный олигомер, тетрамалеамидокислота и полиамидный олигомер, эпоксидный олигомер и полиамидный олигомер) не обеспечивает улучшения водостойкости формируемого защитного покрытия. Эффект придания эпоксидной композиции защитных свойств, превосходящих по водостойкости, адгезионной прочности и водопоглощающей способности покрытия на основе эпоксидной композиции прототипа, достигается только при использовании всех трех предлагаемых компонентов в совокупности и в заявляемых соотношениях. Очевидно, использование этих трех компонентов позволяет в условиях отверждения формировать в системе полимера сетчатую структуру, степень структурирования которой определяется количественным соотношением компонентов при их заявляемом качественном составе. Следует отметить, что тетрамалеамидокислота помимо активных амидо- и карбоксильных функциональных групп содержит в своем составе непредельные фрагменты, которые дополнительно могут усиливать адгезионное взаимодействие формируемого покрытия с металлической поверхностью, значительно сказываясь на улучшении защитных свойств полимерного слоя 5. В процессе отверждения предлагаемой водостойкой эпоксидной композиции, содержащей тетрамалеамидокислоту в качестве модификатора, возможно протекание ряда взаимообусловленных и конкурирующих реакций. Так, тетрамалеамидокислота может усиливать эффект сшивания эпоксидной смолы отвердителем за счет дополнительных реакций взаимодействия амидо- и карбоксильных групп модификатора с эпокси- и гидроксильными группами эпоксидного олигомера. В результате эти процессы обусловливают более эффективное структурирование в системе предлагаемой олигомерной композиции, формирование более плотной густо сшитой сетчатой структуры покрытия, приводя к улучшению его адгезионных свойств, повышению водо-, атмосферной влагостойкости и снижению водопоглощения. Причем реализация свойств предлагаемого водостойкого материала, превосходящего прототип по адгезии, водостойкости и водопоглощению, возможна лишь в заявленном качественном и количественном составе композиции. При содержании в композиции эпоксидной смолы Э-41 р менее 83,193 мас.наблюдается фазовое расслоение системы, снижение водостойкости более 84,874 мас.приводит к повышению водопоглощения и снижению водостойкости. Содержание в композиции тетрамалеамидокислоты менее 1,681 мас.не обеспечивает достаточной водостойкости и адгезионной прочности. Содержание тетрамалеамидокислоты более 3,361 мас.приводит к увеличению водопоглощающей способности, увеличению ее хрупкости. Содержание в водостойкой эпоксидной композиции тетрамалеамидокислоты менее 1,681 мас.не обеспечивает достаточной водостойкости и адгезионной прочности. При ее содержании более 3,361 мас.увеличивается водопоглощение, наблюдается расслоение системы, увеличивается хрупкость покрытия. Содержание в водостойкой эпоксидной композиции менее 10,924 мас.отвердителя 4 (раствора полиамидного олигомера в ксилоле) не обеспечивает достаточной влагостойкости покрытия. Содержание же данного компонента в количестве более 12,605 мас.не влияет на изменение адгезионных и водозащитных свойств, хрупкость покрытия возрастает. Получение водостойкой эпоксидной композиции иллюстрируется примерами конкретного исполнения. 3 9716 1 2007.08.30 Пример 1. Приготавливают композицию, состоящую из 84,034 мас.эпоксидной смолы марки Э-41 р (ТУ 6-10-106-78),11,765 мас.отвердителя 4 - раствора полиамидной смолы в ксилоле (ТУ 6-101429-79 с измен.2),1,681 мас.тетрамалеамидокислоты,органический растворитель - остальное. Композицию перемешивают до получения однородной массы при 20 С и методом полива наносят на металлические подложки. Отверждение покрытия проводят в термошкафу при 100 С в течение 3-4 ч. В таблице представлены защитные и адгезионные свойства для данного и других примеров конкретного исполнения. Параметр Показатель Содержание тетрамалеамидокислоты в предлагаемой композиции, мас.1,68 2 3,361 18 20 30 10 11 16 3 Адгезия к стали, см, не более Адгезия к меди, см, не более 9 8 12 2,5 Водопоглощение при дости 0,5 0,7 0,4 4,0 жении равновесия,- адгезия определялась методом решетчатых надрезов с обратным ударом в соответствии с ГОСТ 15140-780. Как видно из данных таблицы, лучшие результаты по водостойкости и водопоглощающей способности, а также адгезионной прочности получены для композиций в заявленных пределах количественного состава. Значения адгезионной прочности для предлагаемой композиции существенно превышают этот показатель для композиции прототипа(табл.). В соответствии с изменениями адгезии к металлическим субстратам изменяются и другие характеристики покрытия. Так, в сравнении с композицией прототипа предлагаемая водостойкая эпоксидная композиция обеспечивает увеличение водостойкости формируемого покрытия в 2-3 раза, адгезионной прочности в 5,3 и в 5 раз соответственно к стали и меди и понижение водопоглощения почти на порядок. Использование предлагаемого изобретения на предприятиях судо- и машиностроительной промышленности, а также в аэрокосмической технике позволит увеличить долговечность получаемых защитных покрытий, а следовательно, и продолжительность эксплуатации изделий и устройств, повышая тем самым их конкурентоспособность. Источники информации 1. Ли ., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. - М. Энергия,1973. - С. 416. 2. Патент России 2180907, МПК 7 С 09 163/02, 2002. 3. Патент США 5969043, МПК 7 С 0853/00, 2000. 4. ТУ 6-10-1437-79 с измен.1, 2 (прототип). 5. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. - М. Химия, 1977. - С. 240. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4