Полимерная композиция для покрытий

Полимерная композиция для покрытий

Реферат

Изобретение относится к области получения полиуретановых композиций на основе алкидных олигомеров и диизоцианатов для защитных покрытий по металлу, древесине и бетону.

Известны [Патент РФ №2017780 С1, 5 С09D 175/06; патент РФ №2017779, С1 5 С09D 175/06] полиуретановые композиции для покрытий, вклющающие уралкидную смолу, модифицированную N, N-замещенным алифатическим амином. Они обладают высоким блеском, хорошими оптическими свойствами и стойкостью к воздействию воды и 1%-раствора уксусной кислоты.

Однако покрытия на их основе имеют невысокие цветовые характеристики и не обеспечивают достаточной скорости отверждения, объемной микротвердости и прочностных свойств покрытий.

Наиболее близким к заявляемой композиции по технической сущности является состав для покрытий [Патент РФ №2017779 С1, 5 С09D 175/06], включающий уралкидную смолу, модифицированную N, N - замещенным алифатическим амином, с молекулярной массой 2500-3000, содержащей уретановых групп 8,5-10,5%, мочевинных групп 0,5-1,5%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Уралкидная смола, модифицированная
N, N-замещенным алифатическим амином	45-55
Сиккатив	1,2-2,5
Оксим циклогексанона	0,4-0,6
Органический растворитель	Остальное

Указанный состав образует относительно твердые покрытия при температуре 20±2°С с хорошим блеском. Однако состав не обеспечивает высоких скоростей отверждения и не дает возможности получить покрытия с хорошим цветом, высокой адгезией, износостойкостью, объемной микротвердостью и прочностью при разрыве.

Техническая задача данного изобретения - создание полимерных покрытий с хорошими цветовыми характеристиками и высокой объемной микротвердостью, износостойкостью и прочностными свойствами, способных отверждаться с высокими скоростями при температуре 20±2°С.

Это достигается составом композиции, включающей модифицированную уралкидную смолу, сиккатив, антиоксидант и органический растворитель, отличающейся тем, что в качестве модифицированной уралкидной смолы используют уралкидную смолу, модифицированную вторичным алифатическим амином, первичным спиртом и водой, с молекулярной массой 6900-12100, содержащей уретановых групп 11,2-12,2%, карбамидных групп 0,40-0,81%, биуретовых групп 0,37-0,79%, причем в качестве органического растворителя используют ксилол, или уайт-спирит, или их смесь, взятые в массовом соотношении 1:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Уралкидная смола, модифицированная
вторичным алифатическим амином,
первичным спиртом и водой, с молекулярной
массой 6900-12100, содержащая уретановых
групп 11,2-12,2%,
карбамидных групп 0,40-0,81% и
биуретовых групп 0,37-0,79%	45-53
Сиккатив	1-2,7
Антиоксидант	0,35-0,65
Указанный органический
растворитель	Остальное

Уралкидную смолу получают путем взаимодействия растительных масел, многоатомных спиртов, фталевого ангидрида, диизоцианатов, вторичных аминов, первичных спиртов и воды. В качестве растительных масел используют соевое, хлопковое, льняное, жирные кислоты таллового масла, дегидратированное касторовое масло. Из многоатомных спиртов применяют пентаэритрит, триметилолпропан.

В качестве диизоцианатов используют 2,4-толуилендиизоцианат, 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианат в соотношении мас.%: 80:20 и 65:35, 4,4'-дифенилметандиизоцианат.

Из вторичных алифатических аминов используют диэтиламин, дибутиламин, дипропиламин, диизопропиламин.

В качестве первичных спиртов используют этанол, пропанол, н-бутанол, гексанол.

Из растворителей применяют ксилол, или уайт-спирит, или их смесь, взятые в массовом соотношении 1:1.

Уралкидную смолу получают следующим образом.

На первой стадии получают олигоэфирполиол. В реакторе нагревают

растительное масло с водным раствором едкого натра в токе углекислого газа до 255-265°С. При этой температуре загружают многоатомный спирт и выдерживают реакционную массу до полной растворимости продукта переэтерификации в этиловом спирте 1:5. Затем реакционную массу охлаждают до 160°С и при этой температуре вводят фталевый ангидрид и выдерживают в течение 1 часа. После чего реакционную массу охлаждают до 130°С, подают растворитель на циркуляцию, нагревают до 200°С и выдерживают реакционную массу до кислотного числа 5-10 мг КОН/г.

Полученный продукт (олигоэфирполиол) растворяют в органическом растворителе, нагревают реакционную массу до 70°С и под током азота добавляют диизоцианат в течение 2 часов и ведут процесс до содержания изоцианатных групп 1,5-4,2%, после чего температуру снижают до 40°С, вводят вторичный алифатический амин, выдерживают при перемешивании 20 минут, затем вводят первичный спирт, выдерживают 30 минут и далее загружают воду с последующей выдержкой в течение 30 минут. При этом происходит полное превращение изоцианатных групп в карбамидные, уретановые и биуретовые.

Характеристики олигомеров представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, олигомер представляет собой продукт с молекулярной массой 6900-12100, содержанием уретановых групп 11,2-12,2%, содержанием карбамидных групп 0,40-0,81% и содержанием биуретовых групп 0,37-0,79%.

Строение олигомера подтверждено с помощью гельпроникающей хромотографии (ГПХ), ИК-спектроскопии и химического анализа.

Композиции готовят смешением компонентов при комнатной температуре (составы приведены в табл.2). Олигомерная основа смешивается с сиккативом и антиоксидантом и наносится на подложку.

В качестве сиккатива используют нафтенат свинцово-марганцево-кобальтовый LB-2 (ТУ LBTN-000324547-03-98), нафтенат свинцово-марганцевый НФ-1 (ГОСТ 1003-73),

В качестве антиоксидантов используют оксим циклогексанона (ТУ 6-09-592-74), метилэтилкетоксим (ТУ У 24.3-13395997.003-2001).

Толщина однослойного покрытия 30±5 мкм.

Свойства покрытий приведены в таблице 3.

Данные свидетельствуют о том, что по сравнению с прототипом получаются более светлые лаки: цвет 12-27 гI₂/100 г по йодометрической шкале (прототип 40-50 гI₂/100 г), увеличивается скорость отверждения покрытия: время высыхания, при 20±2°С, до степени 3:2-3,5 часа (прототип 6 часов), повышается прочность при ударе - 60-65 кгс×см (по сравнению с 50 кгс×см), относительная твердость 0,63-0,70 усл. ед. (прототип 0,24 усл. ед.), объемная микротвердость 147-184 МПа (прототип 80 МПа), износостойкость 0,50-0,65 кг/мкм (прототип 0,35-0,40 кг/мкм), адгезия 1 балл и 0,49-0,69 МПа (прототип 1 балл и 0,30-0,35 МПа).

Таблица 1
Характеристика уралкидных смол
№ пп	Состав уралкидной смолы, мас.%	Молек. масса уралкидной смолы	Мас. доля, %
Олигоэфирполиол	Диизоцианат	Вторичный алифатический амин	Первичный спирт	Вода	уретановых групп	карбамидных групп	биуретовых групп
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 79,1	2,4-Толуилен-диизоцианат 16,7	Диэтиламин 1,4	Этанол 1,4	1,4	7100	11,9	0,81	0,79
2	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 81,5	2,4-Толуилен-диизоцианат 15,5	Дибутиламин 1	Пропанол 1	1	8400	12,0	0,62	0,58
3	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 80,8	2,4-Толуилен-диизоцианат 17,7	Дипропиламин 0,5	Н-бутанол 0,5	0,5	8750	11,3	0,40	0,37
4	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 78,8	2,4- и 2,6-Толуилен-диизоцианат (80:20) 17,6	Диизопропиламин 1,2	Гексанол 1,2	1,2	11600	11,7	0,71	0,67
5	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 81,9	2,4- и 2,6-Толуилен-диизоцианат (65:35) 15,7	Диизопропиламин 0,8	Этанол 0,8	0,8	12100	12,1	0,51	0,46
6	Хлопковое масло, глицерин, фталевый ангидрит 79,3	2,4-Толуилендиизоцианат 18,0	Дипропиламин 0,9	Пропанол 0,9	0,9	6900	11,4	0,57	0,51
7	Соевое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 69,0	4,4'-Дифенилметандиизо-цианат 27,7	Дибутиламин 1,1	Н-бутанол 1,1	1,1	11200	11,5	0,68	0,63
8	Льняное масло, пентаэритрит, фталевый ангидрид 79,9	2,4-Толуилендиизоцианат 16,2	Диэтиламин 1,3	Гексанол 1,3	1,3	7400	11,2	0,76	0,71
9	Жирные кислоты талового масла, пентаэритрит, фталевый ангидрит 81,3	2,4-Толуилендиизоцианат 16,6	Диэтиламин 0,7	Пропанол 0,7	0,7	8500	11,6	0,48	0,42
10	Дегитратированное касторовое масло, пентаэритрит, фталевый ангидрит 81,9	2,4-Толуилендиизоцианат 15,1	Дибутиламин 1	Гексанол 1	1	8200	12,2	0,62	0,57
11	Дегитратированное касторовое и соевое масло (1:1), пентаэритрит, фталевый ангидрит 79,6	2,4-Толуилен-диизоцианат	Дипропиламин	Этанол
		18,6	0,6	0,6	0,6	7900	11,3	0,43	0,39
12	Соевое масло, триметилол-пропан, фталевый ангидрит	2,4-Толуилен-диизоцианат	Диизопропиламин	Н-бута-нол
	82,1	15,2	0,9	0,9	0,9	8100	11,8	0,57	0,52

Таблица 2
Составы композиций
№ композиций	Уралкидная смола № по табл.1	Составы композиций, мас.%
Уралкидная смола	Сиккатив	Антиоксидант	Растворитель	Итого
Компонент	Количество	Компонент	Количество	Компонент	Количество
1	1	53	LB-2	1,0	Оксим циклогексанона	0,35	Ксилол	45,65	100
2	1	49	LB-2	1,8	Оксим циклогексанона	0,50	Уайт-спирит	48,70	100
3	1	46	LB-2	2,7	Оксим циклогексанона	0,65	Смесь ксилол: уайт-спирит (1:1 мас.%)	50,65	100
4	2	51	НФ-1	1,2	Метилэтилкетоксим	0,60	Уайт-спирит	47,20	WO
5	3	48	НФ-1	2,5	Метилэтилкетоксим	0,40	Уайт-спирит	49,10	100
6	4	49	LB-2	2,1	Метилэтилкетоксим	0,35	Ксилол	48,55	100
7	5	52	НФ-1	1,7	Метилэтилкетоксим	0,55	Уайт-спирит	45,75	100
8	6	47	LB-2	1,5	Оксим циклогексанона	0,45	Смесь ксилол: уайт-спирит (1:1 мас.%)	51,05	100
9	7	50	НФ-1	2,0	Метилэтилкетоксим	0,40	Ксилол	47,60	100
10	8	45	LB-2	2,2	Оксим циклогексанона	0,35	Уайт-спирит	52,45	100
11	9	49	НФ-1	1,6	Метилэтилкетоксим	0,50	Уайт-спирит	48,90	100
12	10	53	LB-2	1,31	Оксим циклогексанона	0,60	Смесь ксилол: уайт-спирит(1:1 мас.%)	45,10	100

Таблица 3
Свойства покрытий
№ композиции по табл.2	Цвет по йодометрической шкале, гI2/100 г	Время высыхания до степени 3, при 20±2°C, часы	Относительная твердость по ТМЛ, усл.ед.*	Блеск покрытий по прибору ФБ-2	Адгезия	Прочность при ударе, кгс×см **	Износостойкость, кг/мкм	Объемная микротвердость, МПа	Прочность при разрыве, МПа
баллы	МПа
Прототип	40-50	6	0,24	85-93	1	0,30-0,35	50	0,35-0,40	80	7,5
1	12	3,5,	0,70	94	1	0,69	60	0,50	165	8,9
2	25	2,5	0,65	94	1	0,50	65	0,65	160	8,8
3	27	2	0,64	95	1	0,65	65	0,60	147	9,6
4	20	3	0,63	94	1	0,49	65	0,55	166	8,7
5	27	2	0,70	94	1	0,67	60	0,50	154	10,1
6	25	3,5	0,69	95	1	0,54	60	0,65	161	8,2
7	15	3,5	0,64	95	1	0,68	60	0,60	159	9,9
8	20	2	0,65	95	1	0,67	65	0,55	160	10,3
9	25	3	0,67	94	1	0,69	65	0,50	184	8,5
10	27	2	0,64	95	1	0,55	60	0,60	162	8,9
11	18	2	0,65	94	1	0,50	65	0,65	147	9,8
12	25	3	0,65	94	1	0,69	60	0,55	157	9,5
* Твердость по прибору ТМЛ после сушки при 20±5°С, через 24 часа** Прочность при ударе по прибору У-1А после сушки

Полимерная композиция для покрытий, включающая модифицированную уралкидную смолу, сиккатив, антиоксидант и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве модифицированной уралкидной смолы используют уралкидную смолу, модифицированную вторичным алифатическим амином, первичным спиртом и водой, с молекулярной массой 6900-12100, содержащей уретановых групп 11,2-12,2%, карбамидных групп 0,40-0,81% и биуретовых групп 0,37-0,79%, причем в качестве органического растворителя используют ксилол, или уайт-спирит, или их смесь, взятых в массовом соотношении 1:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Уралкидная смола, модифицированная
вторичным алифатическим амином,
первичным спиртом и водой,
с молекулярной массой 6900-12100,
содержащая уретановых групп 11,2-12,2%,
карбамидных групп 0,40-0,81% и биуретовых групп 0,37-0,79%	45-53
Сиккатив	1-2,7
Антиоксидант	0,35-0,65
Указанный органический растворитель	Остальное