Лакокрасочная композиция для защитного покрытия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛАКОКРАСОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Прокопчук Николай Романович Николайчик Анна Владимировна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56)11214 1, 2008. НИКОЛАЙЧИК А.В. и др. Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия . Химия и технология органических веществ, 2007. Вып. . - С. 73-76. НИКОЛАЙЧИК А.В. и др. Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия . Химия, технология органических веществ и биотехнология, 2010. Вып. . С. 139-142.2008/135540 1.2007/115162 2.2004/081076 1.(57) Лакокрасочная композиция для защитного покрытия, включающая эпоксидную смолу,отвердитель и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что содержит отвердитель 1, а в качестве модифицирующей добавки содержит углеродные нанотрубки марки Суспензия при следующем соотношении компонентов, мас.эпоксидная смола 89,766-90,539 отвердитель 1 9,335-9,416 углеродные нанотрубки марки Суспензия 0,045-0,898. Изобретение относится к области лакокрасочных материалов, а именно двухупаковочных материалов на основе эпоксидных диановых пленкообразующих веществ, предназначенных для формирования защитных и декоративных покрытий в машино- и судостроении, в промышленном строительстве. Покрытия на основе эпоксидных пленкообразующих веществ обладают ценными эксплуатационными свойствами, поэтому исследования в области их модификации и отверждения по-прежнему продолжают привлекать внимание многих исследователей. Вместе с тем имеется ряд нерешенных вопросов по улучшению механических, адгезионных и защитных свойств лакокрасочных материалов на основе эпоксидных смол, которые ограничивают их более широкое использование в авиационной технике, машино- и судостроении, а также в качестве покрытий для химической аппаратуры. С целью устранения указанных недостатков прибегают к методам модификации пленкообразующих веществ,которые позволяют придать материалу новый комплекс ценных технических свойств за 16922 1 2013.04.30 счет введения различных веществ, способных регулировать структуру и свойства получаемых покрытий. Актуальные в настоящее время исследования, направленные на модификацию пленкообразующих систем и лакокрасочных материалов наноразмерными добавками, имеют место в данной разработке. Это направление является перспективным благодаря высокой эффективности, экономичности и, что особенно важно, благодаря возможности реализации на имеющейся в Республике Беларусь сырьевой и технологической базе. Как известно, важным фактором, определяющим защитное действие покрытий, является адгезия пленки, обусловливающая не только сцепление пленки с металлом, но и препятствующая возникновению новой фазы на границе металл - пленка. Известна эпоксидная композиция для создания защитного покрытия, включающая эпоксидную смолу Э-41 р, отвердитель 4, поли (4,4-диаминодифенилоксид)пиромеллитамидокислоту и органический растворитель 1. Данная водостойкая эпоксидная композиция, обладая высокой устойчивостью к воздействию воды, низким водопоглощением и хорошей адгезионной прочностью к стальным и медным подложкам, предназначена для использования ее в судо- и машиностроении при производстве технических деталей, постоянно или периодически контактирующих с водой. Недостатками данной композиции являются недостаточно высокая адгезия и высокая температура формирования покрытия (100 С), что сопровождается значительными энерго-, а следовательно, и материальными затратами, увеличивающими себестоимость окрашенного изделия. Известна эпоксидная композиция для покрытий с улучшенными адгезионными и противокоррозионными свойствами, рекомендуемая в качестве средств защиты любых поверхностей от химической, атмосферной и биокоррозионной порчи. Композиция содержит эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин в качестве отвердителя, модификатор,пластификатор, смесь пигмента с тальком, полигексаметиленгуанидин гидрохлорид и органический растворитель. В качестве модификатора композиция содержит бензиловый спирт, сополимер винилхлорида с винилацетатом А-15 или кремнийорганический пенорегулятор КЭП-1. Недостатками композиции являются ее многокомпонентность и, как следствие, высокая стоимость, а также недостаточно высокие значения прочностных характеристик 2. Наиболее близкой по составу и технической сущности к предлагаемому изобретению является эпоксидная композиция для защитного покрытия, включающая эпоксидную смолу Э-41 р, отвердитель 5, органический растворитель, а в качестве модифицирующей добавки - ультрадисперсный алмаз 3. Данная эпоксидная композиция, обладая высокой устойчивостью к воздействию воды и низким водопоглощением, предназначена для создания защитных лакокрасочных покрытий металлоконструкций как в различных отраслях промышленности, так и для создания специальных покрытий в системах антикоррозионной защиты инженерных и гидротехнических установок. Недостатками данной композиции являются недостаточно высокие адгезия, прочность при ударе и прочность при изгибе покрытий на ее основе. Задачей предлагаемого изобретения является повышение физико-механических свойств и адгезии эпоксидного лакокрасочного покрытия, что позволит увеличить эффективность защиты металлоконструкций и продлить их долговечность. Поставленная задача достигается тем, что лакокрасочная композиция для защитного покрытия, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и модифицирующую добавку,отличается тем, что содержит отвердитель 1, а в качестве модифицирующей добавки содержит углеродные нанотрубки марки Суспензия при следующем соотношении компонентов, мас.эпоксидная смола 89,766-90,539 отвердитель 1 9,335-9,416 углеродные нанотрубки марки Суспензия 0,045-0,898. 2 16922 1 2013.04.30 Для получения эпоксидной композиции с повышенными физико-механическими свойствами используют углеродные нанотрубки (УНТ) марки Суспензия отечественного производства (Институт тепло- и массообмена НАН Беларуси). УНТ марки Суспензия синтетический материал с повышенной поверхностной активностью и структурообразующими свойствами в ультрадисперсном состоянии с размерами единичных частиц от 3 до 10 нм, удельной поверхностью 350-500 м 2/г и с повышенным содержанием основного вещества (90 ), полученный путем ультразвуковой очистки углеродных нанотрубок. В качестве эпоксидного связующего указанная композиция содержит среднемолекулярную эпоксидную диановую смолу (молекулярная масса 900-2000) марки Э-41 р(ТУ 6-10-1316-84), а в качестве отвердителя - отвердитель 1, представляющий 50 -ный раствор гексаметилендиамина в этаноле или изопропилбензоле (ТУ 6-10-1263-77 с измен.1-3). Сравнение предлагаемой эпоксидной композиции с композицией прототипа показывает, что отличием предлагаемой эпоксидной композиции от известной является использование в качестве модифицирующего агента вместо ультрадисперсного алмаза углеродных нанотрубок марки Суспензия отечественного производства в количестве 0,0450,898 мас. . Анализ источников информации показал, что использования углеродных нанотрубок для получения защитных лакокрасочных покрытий на основе эпоксидного пленкообразующего вещества не обнаружено. Экспериментально установлено, что использование любого из компонентов предлагаемой композиции в отдельности либо попарно не обеспечивает улучшения физикомеханических и адгезионных свойств покрытия, формируемого из вышеуказанной композиции. Эффект придания эпоксидной лакокрасочной композиции защитных свойств, превосходящих по адгезии и прочностным характеристикам эпоксидную композицию прототипа, достигается лишь при использовании всех трех предлагаемых компонентов в совокупности и в заявляемых соотношениях. Указанное сочетание качественного и количественного составов эпоксидной композиции, как предлагается в заявляемой композиции, позволяет реализовать свойства предлагаемого защитного материала, превосходящего прототип по адгезионным свойствам и прочностным характеристикам. Эффекта улучшения вышеупомянутых свойств формируемого лакокрасочного покрытия не достигается при нарушении заявляемого состава композиции. Так, содержание в композиции эпоксидной смолы менее 89,766 мас.не обеспечивает ей необходимой пленкообразующей способности, а более 90,539 мас.приводит к снижению физикомеханических показателей формируемого лакокрасочного покрытия. Содержание в композиции углеродных нанотрубок марки Суспензия менее 0,045 мас.не обеспечивает достижения необходимых физико-механических свойств и адгезии покрытия. Содержание УНТ марки Суспензия более 0,898 мас.приводит к некоторому снижению эластичности покрытия. Содержание в эпоксидной композиции менее 9,335 мас.раствора гексаметилендиамина в этаноле или изопропилбензоле (отвердителя 1) не обеспечивает полного отверждения материала, что сопровождается снижением физико-механических и адгезионных показателей. Содержание данного соединения в количестве более 9,416 мас.не влияет на изменение адгезионных и защитных свойств, но при этом наблюдается увеличение хрупкости покрытия. Установлено, что оптимальной концентрацией УНТ марки Суспензия для достижения наилучших эксплуатационных свойств нанокомпозиционного эпоксидного покрытия является 0,045 мас. . В связи с этим получение лакокрасочной эпоксидной композиции для создания защитного покрытия с повышенными прочностными и адгезионными свойствами иллю 3 16922 1 2013.04.30 стрируется примерами конкретного исполнения с вышеуказанной концентрацией нанодобавки. Пример 1. Приготавливают композицию, состоящую из 4,16 г (9,416 мас. ) отвердителя 1 50 -ного раствора гексаметилендиамина в этаноле или изопропаноле (ТУ 6-10-1263-77 с измен.1-3) и 0,02 г (0,045 мас. ) нанодобавки УНТ марки Суспензия. Полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке при комнатной температуре в течение 15 мин на ультразвуковом диспергаторе. К приготовленной таким образом суспензии добавляют 40 г (90,539 мас. ) эпоксидной смолы марки Э-41 р (ТУ 6-10-1316-84),полученную смесь перемешивают в диссольверев течение 15 мин со скоростью вращения фрезерной мешалки 2000 об/мин. Составленную лакокрасочную композицию наносят на подложку методом облива. Отверждают композицию в естественных условиях при 20 С. Толщина формируемого покрытия - 150 мкм. Пример 2. Приготавливают композицию, состоящую из 40 г (90,539 мас. ) эпоксидной смолы марки Э-41 р (ТУ 6-10-1316-84) и 0,02 г (0,045 мас. ) нанодобавки УНТ марки Суспензия. Полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке при комнатной температуре в течение 15 мин на ультразвуковом диспергаторе. К приготовленной таким образом суспензии добавляют 4,16 г (9,416 мас. ) отвердителя 1 50 -ного раствора гексаметилендиамина в этаноле или изопропаноле (ТУ 6-10-1263-77 с измен.1-3), полученную смесь перемешивают в диссольверев течение 15 мин со скоростью вращения фрезерной мешалки 2000 об/мин. Составленную лакокрасочную композицию наносят на подложку методом облива. Отверждают композицию в естественных условиях при 20 С. Толщина формируемого покрытия - 150 мкм. Пример 3. Приготавливают композицию, состоящую из 40 г (90,539 мас. ) эпоксидной смолы марки Э-41 р (ТУ 6-10-1316-84) и 0,02 г (0,045 мас. ) нанодобавки УНТ марки Суспензия, которую подвергают перемешиванию в диссольверев течение 15 мин со скоростью вращения фрезерной мешалки 2000 об/мин. К приготовленной суспензии УНТ в лаке добавляют 4,16 г (9,416 мас. ) отвердителя 1 - 50 -ного раствора гексаметилендиамина в этаноле или изопропаноле (ТУ 6-10-1263-77 с измен.1-3), полученную смесь перемешивают в диссольверев течение 15 мин со скоростью вращения фрезерной мешалки 2000 об/мин. Составленную лакокрасочную композицию наносят на подложку методом облива. Отверждают композицию в естественных условиях при 20 С. Толщина формируемого покрытия - 150 мкм. Прочностные и адгезионные свойства для данного и других примеров конкретного исполнения приведены в таблице. Показатель Прочность при ударе, см, не менее Прочность при изгибе, мм, не более Адгезия по методу решетчатых надрезов,см, не менее Адгезия по методу решетчатых надрезов с обратным ударом, см, не менее Предлагаемая композиция Пример Пример Пример 1 2 3 60 60 60 2 2 2 Сравнение с композицией прототипа показывает, что предлагаемый состав композиции позволяет получать защитные покрытия с более высокими адгезионными свойствами. Так, адгезия по методу решетчатых надрезов возрастает с 1 до наивысшего 0 балла, в то время как адгезия по методу решетчатых надрезов с обратным ударом повышается в 3 раза. Кроме того, заявляемая лакокрасочная композиция обеспечивает формирование 4 16922 1 2013.04.30 покрытия с улучшенными физико-механическими характеристиками прочность при ударе повышается примерно на 20 , тогда как прочность при изгибе увеличивается в более значительной степени по сравнению с композицией прототипа (в 10 раз). Таким образом, использование предлагаемой лакокрасочной композиции позволит получать эпоксидные покрытия с более высоким уровнем адгезионных и прочностных характеристик, что, в свою очередь, эквивалентно созданию покрытий, обеспечивающих более эффективную защиту покрываемых поверхностей. Применение предлагаемого изобретения на предприятиях судо- и машиностроительной промышленности, а также в промышленном строительстве позволит увеличить долговечность окрашиваемых деталей и конструкций и тем самым повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции и строительных объектов. Источники информации 1. Патент РФ 2180907, МПК 709163/02, 5/08, 5/14, 127/06, 2002. 2. Патент РБ 8794, МПК 709163/02, 2005. З. Патент РБ 11214, МПК 709163/00, 2008 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5