Способ получения защитного покрытия на материалах и изделиях из поликарбоната

Способ получения защитного покрытия на материалах и изделиях из поликарбоната

Реферат

Изобретение относится к способам защиты поверхности поликарбонатных изделий из сотового, профилированного и монолитного поликарбоната придающим устойчивость к разрушающему действию ультрафиолетового излучения и других вредных факторов внешней среды, что позволит использовать обработанные таким образом изделия в строительстве при изготовлении декоративных облицовочных панелей для фасадов зданий и сооружений, тепло- и звукоизоляционных блоков, а также для интерьерной отделки помещений.

Разнообразные изделия из поликарбоната находят в настоящее время широкое применение во многих отраслях промышленности (пищевая, автомобильная, сельское хозяйство и т.д.). Однако их серьезным недостатком является повышенная чувствительность к ультрафиолетовому излучению и другим вредным факторам внешней среды. Под воздействием ультрафиолетового излучения происходит разрыв кислородных связей полимерных молекул в поверхностном слое поликарбоната [Шнел Г. Химия и физика поликарбонатов. М.: Химия, 1967 г.], что приводит к снижению механической прочности и ухудшению оптических свойств. В конечном итоге срок эксплуатации изделий из поликарбоната ограничен 3-5 годами. Применяемая на сегодняшний день защита поликарбоната от УФ-излучения нанесением коэкструзионным методом дополнительного УФ-стабилизирующего слоя, а также введением в объем поликарбоната УФ-стабилизирующих добавок [Поликарбонат. Применение в современном строительстве. Казань, Сафпласт, 2010 г.] не позволяют оклеивать, шпаклевать и окрашивать такой поликарбонат, что существенно ограничивает его применение в строительстве. Окраска выпускаемых поликарбонатных изделий в настоящий момент возможна только введением в их объем ряда пигментов, которые не влияют на фактуру изделий, так как она, по существу, остается пластиковой, что не приветствуется при внешней и внутренней отделке зданий и сооружений. Покраска поверхности изделий из обычного поликарбоната не представляется возможной по причине плохой к нему адгезии красок и высокого коэффициента температурного расширения (6 мм на 1 погонный метр в интервале температур от -20°C до +20°C), что неизбежно приводит к отслаиванию красок от поверхности поликарбоната. Перечисленные выше недостатки присущи всем типам выпускаемых на сегодняшний день изделий из поликарбоната, что существенно снижает диапазон их применения и их потребительские свойства.

Известен способ получения защитного покрытия путем нанесения на поверхность основы одно- и двухкомпонентных лакокрасочные материалов, предназначенных для окраски различных типов пластмасс на основе термопластичных полиакриловых смол. Однокомпонентные материалы естественной сушки типа грунта АК-0105 [ТУ 2216-002-106-9441-94], "Леклер", "PPG", "Тиккурила" и другие предназначены для грунтования микроячеистого стеклонаполненного пенополиуретана (МПУ), акрилонитрилбутадиенстирола (АБС), композиционных пластмасс типа акрилонитрилбутадиенстирола/поликарбоната (АБС/ПК). Недостатком этих способов является ограниченная область применения, получение покрытия, обладающего плохой адгезией, низкие декоративно-эксплуатационные характеристики, не позволяющие обеспечить необходимую долговечность лакокрасочного покрытия.

Известен способ получения защитного покрытия путем нанесения на поверхность материала основы состава 2-компонентного вторичного грунта горячей сушки на базе пигментированных акриловых сополимеров - АК-0252 [ТУ 6-21-65-95] в комплекте с отвердителем Суризон АТЛ-400-65 [ТУ 113-03-29-50-90]. Несмотря на то, что используя этот грунт можно окрашивать различные типы пластмасс, недостатком его является невысокая светостойкость, а также жизнеспособность, приводящая к сложностям в работе с оборудованием при работе с двухкомпонентными материалами.

Известен способ получения защитного покрытия путем нанесения на поверхность материала основы 2-компонентного вторичного грунта горячей сушки типа АК-0104 [ТУ 2313-005-25690359-97] комплекте с отвердителем Изур7022 [ТУ472-25546303-496], включающий в свой состав полиакриловые смолы, пигменты, наполнители, специальные добавки, растворители. Недостатком этих способов является необходимость применения 2-х грунтов, т.е. нанесение последовательно 2-х слоев разных типов грунтов для обеспечения адгезии ко всем типам пластмасс. Обработка влечет за собой ухудшение экологии, так как сухой остаток адгезионных грунтов очень низкий, способ характеризуется жесткими требованиями к сушке каждого слоя, при этом получается покрытие с невысокой жизнеспособностью. Указанная технология требует использования специального оборудования и сушильных камер.

Известен способ получения защитного покрытия, заключающийся в нанесении на поликарбонатную основу полимерной лакокрасочной композиции [патент RU №2286367, опубл. 27.10.2006], содержащей ароматический поликарбонат на основе бисфенола, полимерный адгезив, пластификатор - сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола, минеральный наполнитель, выбранный из группы минеральных мелкодисперсных материалов: алюминиевой пудры, двуокиси титана, соли щелочно-земельных металлов, талька, микроволластонита, красителя, выбранного из ряда фталоцианиновых красителей или цветных минеральных пигментов, поверхностно-активного вещества - полиоксиэтиленсорбитанмонолеата (Твин 80) и остальное - хлорированный алифатический растворитель. Недостатком известного способа является ограниченная область применения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения поликарбонатных формовок с двухслойным покрытием [патент RU №2493014, опубл. 20.09.2013], которые могут быть использованы в строительстве, самолето- и приборостроении, на автотранспорте, в осветительной технике и других областях, где требуются изделия из порликарбоната, в том числе прозрачные, с повышенными абразивостойкостью, твердостью и атмосферостойкостью. Способ получения поликарбонатных формовок с двухслойным покрытием включает формирование на поверхности поликарбонатного субстрата грунтовочного покрытия на основе раствора полиметилметакрилата в смеси двух растворителей - этилцеллозольва и хлороформа, сушку на воздухе, досушку при 120°C до полного удаления растворителей до толщины пленки грунтовочного покрытия 10-30 мкм, после чего субстрат с грунтовочным покрытием термообрабатывают при температуре 155-175°C и давлении 50-100 МПа в течение 3-5 секунд и охлаждают до температуры 70-75°C под тем же давлением с последующим нанесением покровной водно-спиртовой полисилоксановой композиции на основе продукта гидролитической конденсации смеси двух трехфункциональных алкоксисиланов и отверждают при температуре 80-85°C. Изобретение обеспечивает повышение абразивостойкости и поверхностной твердости поликарбанатных формовок.

Технический результат состоит в создании способа, позволяющего получить за короткое время быстросохнущее в естественных условиях полимерное покрытие с более высокими адгезивными характеристиками, что способствует расширению области применения обработанного таким образом материала и изделий из него.

Для достижения технического результата в способе получения защитного покрытия на материалах и изделиях из поликарбоната, заключающемся в формировании на поверхности материала основы (поликарбонатного субстрата), нанесении грунтовочного покрытия, причем предварительно поверхность обрабатывают метиленгликолем, сушат, после чего наносят взвесь двуводного гипса (CaSO₄·2H₂O) с размером частиц 3-100 мкм в органическом растворителе в количестве от 200 до 500 г двуводного гипса на 1 л растворителя при температуре от 5 до 50°C, через 1-3 минут после высыхания наносят взвесь еще 2-3 раза.

Способ осуществляют следующим образом

Предварительная обработка поверхности материала или изделия из поликарбоната метиленгликолем вызывает появление на поверхности материала разрывов кислородных связей в полимерных цепях поликарбоната с образованием реакционных гидроксильных групп (OH). На модифицированную метиленгликолем поверхность поликарбоната наносят тонкодисперсный порошок двуводного гипса (CaSO₄·2Н₂О), взвешенный в органических растворителях марок 645,646,647 в пропорции на 1 литр растворителя от 200 до 500 г тонкодисперсного двуводного гипса с размером частиц 3-100 мкм. Этот тип растворителей, взаимодействуя с поликарбонатом, разжижает его поверхностный слой [Смирнова О., Ерофеева М. Поликарбонаты. М.: Химия, 1975 г.], что способствует внедрению в поликарбонат микроагрегатов двуводного гипса. Способ нанесения - любой: валиком, кистью, распылителем. Температура обработки поликарбонатных изделий пероксидом водорода и взвесью двуводного гипса в растворителях вышеуказанных марок выбрана в интервале от 5 до 50°C. После испарения растворителя (около 1-3 мин) поверхность поликарбоната затвердевает, а микроагрегаты двуводного гипса прочно вклеиваются в нее. Двуводный гипс в результате реакции присоединения гидроксильных OH-групп его молекулярной воды к поляризованным дефектам разорванных полимерных цепей поверхностного слоя поликарбоната дегидратирует с образованием полуводного гипса CaSO₄·0,5H₂O [Шнел Г. Химия и физика поликарбоната. М.: Химия, 1967 г.]. В результате на поверхности поликарбонатного изделия образуется слой грунтовки, состоящий из пористых микроагрегатов полуводного гипса, прочно приклеенных к поликарбонатной основе. Для получения равномерного грунтовочного покрытия на поликарбонатное изделие необходимо повторно нанести 2-3 слоя взвешенного в растворителе тонкодисперсного двуводного гипса. В результате на поверхности поликарбоната образуется прочно сцепленная с ним прослойка из тонкодисперсного порошка полуводного гипса, обладающая высокой адгезионной способностью практически к любым выпускаемым промышленностью клеям, шпаклевкам и краскам. Это обусловливается тем, что клеи, шпаклевки и краски заполняют множественные микропоры агрегатов полуводного гипса с образованием высокопрочной связи клей-грунт, шпаклевка-грунт, краска-грунт, которая позволяет системам поликарбонат-грунт-клей, поликарбонат-грунт-шпаклевка, поликарбонат-грунт-краска выдерживать значительные температурные сжатия и расширения, не сопровождающиеся отслаиванием клея, шпаклевки и краски от грунта, а грунта от поликарбоната.

Изобретение иллюстрируется примерами 1-3.

Пример 1

Лист сотового поликарбоната размером 1000×1000 мм толщиной 4 мм обрабатывался кистью с обеих сторон метиленгликолем. После этого для удаления остаточной влаги с поверхности листа его обдували сжатым воздухом, после чего кистью на поверхность поликарбоната наносили взвесь 200 г двуводного гипса в 1 литре 646 растворителя. При этом расход составил 200 мл взвеси на 1 м² поликарбонатного листа. Через 1-3 минуты после нанесения на поверхность поликарбоната взвеси двуводного гипса растворитель испарялся, а на поверхности поликарбоната образовывался плотный слой приклеенных к нему микроагрегатов полуводного гипса. После трехкратной обработки поликарбонатного листа взвесью двуводного гипса в 646 растворителе на его поверхности образуется плотный без пробелов слой грунта из микроагрегатов полуводного гипса. Обработка поликарбоната проводилась при температуре 10°C. Затем на образовавшийся слой грунта из микроагрегатов полуводного гипса с обеих сторон наносились полосами шириной 300-400 мм: нитроэмаль НЦ-132 НИТРА, алкидная Tikkurila Уника С, акриловая Байрамикс Akrylik Profi, водно-дисперсная ВД для потолков, силиконовая Tikkurila Термал. После чего окрашенный лист поликарбоната проходил 20 циклов замораживания-размораживания с использованием промышленной холодильной камеры с рабочей температурой -20°C. По окончании испытаний результаты визуального анализа показали, что отслаивания грунта от поликарбоната и нанесенных на него красок по всей поверхности обработанного поликарбонатного листа зафиксировано не было. Механическое воздействие щеткой из грубой щетины на всю поверхность загрунтованного и покрашенного поликарбонатного листа к дефектам в слое грунта и красок не привело.

Пример 2

Лист сотового поликарбоната размером 500×500 мм толщиной 4 мм обрабатывался валиком с обеих сторон метиленгликолем. После этого для удаления остаточной влаги с поверхности листа его обдували сжатым воздухом, после чего кистью на поверхность поликарбоната наносили взвесь 500 г двуводного гипса в 1 литре 645 растворителя. При этом расход составил 200 мл взвеси на 1 м² поликарбонатного листа. Через 1-3 минуты после нанесения на поверхность поликарбоната взвеси двуводного гипса растворитель испарялся, а на поверхности поликарбоната образовывался плотный слой приклеенных к нему микроагрегатов полуводного гипса. После трехкратной обработки поликарбонатного листа взвесью двуводного гипса в 645 растворителе на его поверхности образуется плотный без пробелов слой грунта из микроагрегатов полуводного гипса. Обработка поликарбоната проводилась при температуре 10°C. Затем на образовавшийся слой микроагрегатов полуводного гипса с обеих сторон наносились полосами шириной 200 мм: клей «ПВА-М», силиконовый «Клей для плитки ПВХ», полиуретановый клей «Gorilla Glue», клей Момент «Henkel», монтажная пена «Макрофлекс». После чего поликарбонатный лист с нанесенными на него клеями и монтажной пеной проходил 20 циклов замораживания-размораживания с использованием промышленной холодильной камеры с рабочей температурой -20°C. По окончании испытаний результаты визуального анализа показали, что отслаивания грунта от поликарбоната не произошло, а все виды клеев и монтажная пена прочно держались на нем. После механического воздействия щеткой из грубой щетины на всю поверхность загрунтованного и проклеенного поликарбонатного листа дефектов в клеевом и пенном слое отмечено не было.

Пример 3

Лист сотового поликарбоната 500×500 мм толщиной 4 мм обрабатывался кистью с обеих сторон метиленгликолем. После этого для удаления остаточной влаги с поверхности листа его обдували сжатым воздухом, после чего кистью на поверхность поликарбоната наносили взвесь 200 г двуводного гипса в 1 литре 645 растворителя. При этом расход составил 200 мл взвеси на 1 м² поликарбонатного листа. Через 1-3 минуты после нанесения на поверхность поликарбоната взвеси двуводного гипса, растворитель испарялся, а на поверхности поликарбоната образовывался плотный слой приклеенных к нему микроагрегатов полуводного гипса. После трехкратной обработки поликарбонатного листа взвесью двуводного гипса в 645 растворителе на его поверхности образуется плотный без пробелов слой грунта из агрегатов полуводного гипса. Обработка поликарбоната проводилась при температуре 10°C. Сухие шпаклевки (цементная - Knauf Multi-Finish, гипсовая - Knauf Fugen и полимерная «Геркулес») разбавлялись водой до рабочей консистенции, после чего их наносили полосами шириной 300-400 мм на загрунтованный микроагрегатами полуводного гипса лист поликарбоната. После чего поликарбонатный лист с нанесенными на него разными типами шпаклевок проходил 20 циклов замораживания-размораживания с использованием промышленной холодильной камеры с рабочей температурой -20°C. По окончании испытаний результаты визуального анализа показали, что отставания грунта от поликарбоната не произошло, а все виды шпаклевок прочно держались на нем. После механического воздействия щеткой из грубой щетины на всю поверхность загрунтованного и зашпаклеванного поликарбонатного листа деформаций в грунте и шпаклевочном слое зафиксировано не было.

Таким образом, в предлагаемом способе защиты материала и изделий из поликарбоната путем формирования покрытия на их поверхности способствует повышению устойчивости к таким факторам, как УФ-излучения и другие агрессивные факторы внешней среды, применяется одно- или двухсторонняя грунтовка предлагаемым составом, с последующей его проклейкой, или шпаклевкой, или покраской изделий, что позволит в несколько раз увеличить срок их эксплуатации и широко применять в строительстве для внешней и внутренней отделки зданий и сооружений, а также при изготовлении тепло- и звукоизоляционных блоков. Увеличивается срок эксплуатации, и улучшаются декоративные свойства, что позволит широко применять изделия из сотового, профилированного и монолитного поликарбоната в строительстве.

Способ получения защитного покрытия на материалах и изделиях из поликарбоната, заключающийся в формировании на поверхности поликарбонатного субстрата грунтовочного покрытия, отличающийся тем, что предварительно поверхность обрабатывают метиленгликолем, сушат от лишней влаги, после чего наносят взвесь двуводного гипса (CaSO₄·2H₂O) с размером частиц 3-100 мкм в органическом растворителе из расчета от 200 до 500 г двуводного гипса на 1 л растворителя при температуре от 5 до 50°C, взвесь наносят трижды с перерывом 1-3 минуты.