ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2286367

ПОЛИМЕРНАЯ ЛАКОКРАСОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

ПОЛИМЕРНАЯ ЛАКОКРАСОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Имя изобретателя: Марченков Андрей Владимирович (RU); Аскадский Андрей Александрович (RU); Голенева Лидия Михайловна (RU); Курская Елена Анатольевна (RU); Аскадский Александр Андреевич (RU); Мурачев Сергей Николаевич 
Имя патентообладателя: Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (RU); ООО "Юджин Р"("Jujin R") инженерные пластики
Адрес для переписки: 119991, Москва, ГСП-1, В-334, ул. Вавилова, 28, ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова
Дата начала действия патента: 2005.09.29 

Изобретение относится к области полимерных лакокрасочных материалов, а именно к составам для нанесения покрытий на основе поликарбоната. Полимерная лакокрасочная композиция содержит 12,0-14,0 мас.ч. поликарбоната на основе бисфенола А с молекулярной массой 26000-36000, 1,5-4,2 мас.ч. полимерного адгезива, в качестве пластификатора - 0,12-1,4 мас.ч. сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирола, 0,6-26,0 мас.ч. минерального наполнителя, выбранного из группы минеральных мелкодисперсных материалов: алюминиевой пудры, двуокиси титана, соли щелочно-земельных металлов, талька, микроволластонита, 0,1-1,4 мас.ч. красителя, выбранного из ряда фталоцианиновых красителей или цветных минеральных пигментов, 0,001-0,01 мас.ч. поверхностно-активного вещества - полиоксиэтиленсорбитанмонолеата (Твин 80) и остальное - хлорированный алифатический растворитель. Технический результат состоит в создании быстросохнущей в естественных условиях полимерной лакокрасочной композиции, которая позволяет получить произвольно окрашенные покрытия на различные строительные материалы без ухудшения адгезии.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, а именно к полимерным лакокрасочным материалам, конкретно к составам для нанесения покрытий на основе поликарбоната.

Эти материалы наиболее успешно могут быть использованы для получения атмосферостойких защитно-декоративных покрытий на поверхностях изделий из дерева, металла, бетона и других поверхностях, находящихся как внутри, так и снаружи помещений.

Лакокрасочные покрытия на основе поликарбонатов характеризуются повышенной свето- и влагостойкостью и низкой гигроскопичностью. Они отличаются высокими механическими показателями, диэлектрическими свойствами, сохраняющимися в широком температурном интервале от очень низких отрицательных температур до 190-200°С, стойкостью к действию кислот, окислителей и детергентов. Поликарбонат считается физиологически безопасным полимером вследствие отсутствия биологической активности его самого и любых экстрагируемых из него компонентов (Смирнова О.В., Ерофеева С.Б. Поликарбонаты, М.: Химия, 1975, 288 с.).

Известно использование поликарбонатов для получения пленок и покрытий. Однако химическая структура ароматических поликарбонатов и прежде всего на основе бисфенола А обусловливает высокую жесткость образующихся пленок и их низкую адгезию к поверхностям при получении защитных покрытий в обычных условиях. Поэтому с целью увеличения адгезии поликарбонатных покрытий к подложкам используют или поверхностную химическую модификацию пленок, или высокотемпературный способ создания поликарбонатных покрытий на металлических поверхностях, предусматривающий обязательный нагрев изделий до температуры, превышающей температуру плавления поликарбоната, т.е. 260-280°С (Шнелл Г. Химия и физика поликарбонатов, М.: Химия, 1967, 229 с.).

Известна композиция, используемая для получения пластифицированных пленок на основе поликарбоната, включающая ароматический поликарбонат, пластификатор - полиэтоксиамин (2-50% от веса поликарбоната) и хлористый метилен в качестве растворителя [Pat. USA №3070563, US C1 524/244 (1962)].

Недостатком данной композиции является необходимость предварительного синтеза пластификатора - полиэтоксиамина из окиси этилена и четвертичного алкильного амина, а также длительное время (24 часа) пластификации пленок поликарбоната. Возможность использования данной композиции для получения защитных покрытий различных поверхностей не обсуждается.

Известна высоконаполненная термопластическая композиция, содержащая ароматический поликарбонат, полиалкилентерефталатную смолу в качестве пластификатора, а также пигменты и минеральные добавки в виде солей и окислов металлов, которая используется для получения изделий методом термоэкструзии (Pat. USA №5510398 US C1 523/171 (1996), МКИ6 С 09 D 5/29).

Однако данная композиция из-за своей консистенции не предназначена для создания декоративно-защитных покрытий на поверхностях.

Известна полимерная композиция для создания защитного покрытия на бетонных и железобетонных конструкциях на основе фурансодержащих продуктов - отходов фурфурольного производства. В качестве полимерного связующего используется эпоксидиановая смола (30 мас.ч.) с полиэтиленполиамином (30 мас.ч.) в качестве отвердителя, а также гибкий бутадиен-нитрильный каучук в качестве пластификатора и органический растворитель (ацетон) [Пат. РФ №2045561, C1 6 C 09 D 171/14 (1991)].

Недостатком этой композиции является то, что при указанном соотношении смолы и отвердителя композиция становится неустойчивой при хранении вследствие процесса отверждения. Поэтому отвердитель вводится в композицию непосредственно перед ее использованием для создания покрытия. Возможность использования данной композиции для получения защитных покрытий на других различных поверхностях не обсуждается.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемой композиции является композиция, содержащая 1 мас.ч. поликарбоната, 9 мас.ч. метиленхлорида и 10 мас.ч. диэтилфталата в качестве пластификатора [Патент Японии №21146, нац. кл. 24 Н 21 (1965), РЖХ. 16 С 779 П (1967)], выбранная в качестве прототипа. Она является грунтовочной композицией, т.к. используется только для предварительной, жидкой грунтовки металлических поверхностей. Защитное поликарбонатное покрытие с высокой адгезией к металлу создается на второй стадии путем напыления на загрунтованную поверхность порошкообразного поликарбоната и последующего запекания его при 240-350°С.

Недостаток этой композиции заключается в ограниченности ее применения только в целях грунтовки поверхности, т.к. образующееся из нее покрытие не имеет адгезии ни к каким материалам. Другой недостаток заключается в сложности технологии отверждения поликарбонатного покрытия на второй стадии его образования и высокой энергоемкости процесса. Композицию нельзя использовать для получения быстросохнущих покрытий на других распространенных, но менее термостойких строительных материалах обычным способом нанесения. Поэтому ее применение ограничивается созданием покрытий только двухстадийным методом высокотемпературной порошковой технологии, а при необходимости получения окрашенных поверхностей следует применять высокотермостойкие красители, набор которых невелик.

Задачей настоящего изобретения является создание быстросохнущей в естественных условиях полимерной лакокрасочной композиции на основе ароматического поликарбоната, которая позволяет получать в одну стадию произвольно окрашенные покрытия на различных строительных материалах без ухудшения адгезии путем нанесения композиции обычными способами с последующим кратковременным высушиванием ее на воздухе. Кроме того, полученные покрытия обладают высокой атмосферостойкостью в сочетании с хорошими декоративными свойствами и высокой адгезией к дереву, металлу, бетону, шиферу и другим строительным материалам в широком температурном диапазоне и, таким образом, заявляемая композиция может быть успешно использована для создания внутренних и наружных защитно-декоративных покрытий.

Поставленная задача достигается тем, что полимерная лакокрасочная композиция, включающая ароматический поликарбонат, пластификатор и хлорированный алифатический растворитель, качестве ароматического поликарбоната содержит поликарбонат на основе бисфенола А с молекулярной массой 26000-36000, в качестве пластификатора содержит сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола, а также дополнительно содержит полимерный адгезив, минеральный наполнитель, выбранный из группы минеральных мелкодисперсных материалов: алюминиевая пудра, двуокись титана, соли щелочно-земельных металлов, тальк, микроволластонит; краситель, выбранный из ряда фталоцианиновых красителей или цветных минеральных пигментов, и полиоксиэтиленсорбитанмонолеат (Твин 80) в качестве поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: 

Поликарбонат на основе бисфенола А 12,0-14,0
Полимерный адгезив 1,5-4,2
Сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола 0,12-1,4
Указанный минеральный наполнитель 0,6-26,0
Указанный краситель 0,1-1,4
Твин-80 0,001-0,01
Хлорированный алифатический растворитель остальное

В композиции используют ароматический поликарбонат на основе бисфенола А с молекулярной массой 26000-36000, ТУ П-262-63.

В качестве полимерного адгезива композиция содержит эпоксидиановую смолу ЭД-20 или ЭД-22 (ГОСТ 10587 76) с отвердителем полиэтиленполиамином (ТУ 6-02-594-80) в массовом соотношении 100:7 (мас.ч).

Композиция в качестве полимерного адгезива содержит поливинилацетат (ГОСТ 18992-80) или универсальный полимерный клей на основе поливинилацетатной смолы с торговой маркой «NACET-S» (Производитель - Польша) с содержанием полимерного связующего 37 мас.%.

В качестве высокомолекулярного пластификатора используют сополимер акрилнитрил-бутадиен-стирола (АБС-полимер), ТУ 6-05-1587-84.

В качестве мелкодисперсного минерального наполнителя: двуокись титана (ГОСТ 19808-84), сульфат бария, углекислый кальций, тальк с размерами дисперсных частиц до 30 нм, и (или) микроволластонит (MB-10-94, ЗАО «ГЕОКОМ», РФ) с максимальным размером частиц 100 нм, и (или) алюминиевую пудру (ГОСТ 5494-95).

В качестве красителей используют фталоцианиновые красители (голубой 1510 и зеленый G-7, Jayscolor GFP, Китай) или цветные минеральные пигменты: желтый светопрочный (Jayscolor Y01, Китай), пигмент оранжевый (Jayscolor OR 05, Китай), железоокисные пигменты (ГОСТ 18172-80 или ТУ 6-10-602-86).

В качестве поверхностно-активного вещества используют полиоксиэтиленсорбитанмонолеат (Твин-80 "FERAK" ФРГ).

В качестве растворителя используют хлороформ или его смесь с метиленхлоридом в любых пропорциях.

Существенное отличие заявляемой лакокрасочной полимерной композиции от прототипа заключается в том, что она содержит полимерный адгезив, который придает ей высокую адгезию к различным строительным материалам; в качестве пластификатора она содержит сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола и дополнительно также минеральный наполнитель, краситель и поверхностно-активное вещество, что соответствует критерию новизны.

Композиция готовится путем последовательного смешения составляющих компонентов с последующим нанесением ее на окрашиваемую поверхность любым известным способом: путем пневматического распыления, методом полива, окунания, с помощью малярного валика или кистью. При необходимости снижения вязкости композицию можно дополнительно разбавить хлорированным алифатическим растворителем. Перед нанесением композиций на стальную поверхность последнюю после обычной зачистки и обезжиривания обрабатывали фосфатирующим очистителем ржавчины «НЕФФОС» (ТУ 21490072 - 00203938 - 2001), ОАО «АПАТИТ». Отверждение композиции с образованием прочного покрытия происходит при высушивании нанесенного слоя на воздухе в естественных условиях в течение 15-20 мин.

Условную вязкость предложенной композиции определяли на вискозиметре В3-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±0,5°С (ГОСТ 8420-74).

Укрывистость выражена в количестве граммов материала, необходимом для покрытия площади 1 м2.

Адгезию покрытия определяли по методу решетчатых надрезов в баллах через 24 ч после нанесения композиции на испытуемые поверхности.

Конкретные составы заявленных композиций и способ их приготовления приведены в следующих примерах и в таблице.

Пример 1 . В смеситель заливают 77 г хлороформа и при перемешивании засыпают 13 г ароматического поликарбоната; перемешивание продолжают в течение нескольких часов до полного растворения указанного поликарбоната при комнатной температуре или в течение получаса при нагревании раствора. Затем к нему при перемешивании добавляют 2,60 г эпоксидиановой смолы и 0,182 г полиэтиленполиамина в качестве отвердителя (что соответствует массовому соотношению 100:7). К полученному раствору при перемешивании прибавляют 0,005 г твина-80 и 0,65 г сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирола в 6 г хлороформа. Отдельно тщательно растирают фталоцианиновый краситель 0,65 г, двуокись титана 1,3 г и сульфат бария 0,65 г, смесь разбавляют 3,5 г растворителя и вносят в полимерную композицию при перемешивании в течение 5-10 мин, после чего полученный продукт переливают в плотно закрываемую емкость. Для получения покрытия композиция наносится на поверхность любым способом. Отверждение покрытия происходит путем естественного высушивания на воздухе в течение 15-20 минут.

Пример 2 . По способу, описанному в примере 1, готовят раствор 13 г ароматического поликарбоната в смеси 30,0 г хлороформа и 30,0 г метиленхлорида. Отдельно готовят раствор 3,9 г поливинилацетата в 16,0 г хлороформа и вводят в раствор ароматического поликарбоната. К полученному раствору при перемешивании прибавляют 0,005 г твина-80 и 0,39 г сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирола в 3 г хлороформа. Далее по способу, описанному в примере 1, вводят 1,0 г TiO2, 10,0 г микроволластонита и 0,3 г пигмента желтого светопрочного в 3,0 г хлороформа и перемешивают еще 10 мин.

Пример 3 . По способу, описанному в примере 1, готовят раствор 12 г ароматического поликарбоната в 70 г хлороформа. Отдельно при перемешивании 4,0 г клея «NACET-S», содержащего 1,5 г полвинилацетата, разбавляют 8 г хлороформа и вводят его в раствор указанного поликарбоната. К полученному раствору при перемешивании прибавляют 0,001 г твина-80 и 0,12 г сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирола в 3,0 г хлороформа. При продолжающемся перемешивании добавляют 0,6 г алюминиевой пудры и 0,1 г голубого фталоцианинового красителя, перемешивают 5 мин.

В примерах 7, 8, 9 дана характеристика композиций, полученных за пределами заявленного состава, из которых видно, что изменение соотношения составляющих компонентов за эти пределы ухудшает технологические свойства композиции вследствие изменения оптимальных показателей вязкости и снижает качество нанесенных покрытий за счет уменьшения величины адгезии и ухудшения укрывистости.

В примере 9 увеличено количество полиэтиленполиамина по отношению к эпоксидиановой смоле до 10:100 (мас.ч.) Такая композиция неустойчива при хранении, т.к. уже через 15-20 дней образуется гель вследствие интенсивного отверждения эпоксидиановой смолы в присутствии избыточного количества отвердителя. Этот гель всплывает на поверхность композиции, нарушает ее технологические свойства и делает непригодной к использованию.

Заявляемая композиция позволяет получать быстросохнущие в естественных условиях белые или окрашенные в любой цвет покрытия всего за одну стадию путем нанесения обычными способами с последующим высушиванием на воздухе в течение 15-20 мин. Покрытия имеют высокую адгезию к поверхности большинства строительных материалов по сравнению с прототипом. Использование заявляемой композиции позволяет существенно упростить технологию получения окрашенных покрытий, снизить энергозатраты и повысить экономичность производства. Предложенная композиция устойчива в герметических условиях хранения не менее одного года без изменения технологических свойств.

Испытания покрытий, нанесенных на сталь, бетон, шифер (композиция 4) и на сталь, бетон, шифер, деревянную поверхность (композиция 5), проведены после выдержки образцов в естественных климатических условиях в течение 1,5 лет, включая две зимы. Результаты показали, что покрытия обладают длительной (более 1,5 года) устойчивостью к атмосферному воздействию и климатическим перепадам температур в сочетании с хорошими декоративными свойствами. Поэтому предложенная полимерная лакокрасочная композиция может быть использована для создания внутренних и наружных защитно-декоративных покрытий.

Таким образом, заявленная полимерная лакокрасочная композиция превосходит прототип по более широкому диапазону ее практического использования и позволяет получать покрытия на любых строительных материалах без ограничения по их термостойкости и более доступными и широко принятыми методами нанесения. Предложенная композиция устойчива при хранении в герметичных условиях не менее одного года без изменения технологических свойств.

Предлагаемое изобретение направлено также на утилизацию изделий из поликарбоната и его отходов, образующихся в процессе переработки полимера, например, в виде облоя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Полимерная лакокрасочная композиция, включающая ароматический поликарбонат, пластификатор и хлорированный алифатический растворитель, заключающаяся в том, что в качестве ароматического поликарбоната содержит поликарбонат на основе бисфенола А с молекулярной массой 26000-36000, в качестве пластификатора содержит сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола, а также дополнительно содержит полимерный адгезив, минеральный наполнитель, выбранный из группы минеральных мелкодисперсных материалов: алюминиевая пудра, двуокись титана, соли щелочноземельных металлов, тальк, микроволластонит; краситель, выбранный из ряда фталоцианиновых красителей или цветных минеральных пигментов, и полиоксиэтиленсорбитанмонолеат (Твин 80) в качестве поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Поликарбонат на основе бисфенола А 12,0-14,0
Полимерный адгезив 1,5-4,2
Сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола 0,12-1,4
Указанный минеральный наполнитель 0,6-26,0
Указанный краситель 0,1-1,4
Твин-80 0,001-0,01
Хлорированный алифатический растворитель Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного адгезива используют эпоксидиановую смолу с отвердителем полиэтиленполиамином в массовом соотношении 100:7.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного адгезива использует поливинилацетат или универсальный полимерный клей на основе поливинилацетата с торговой маркой "NACET-S".

Версия для печати
Дата публикации 18.01.2007гг


вверх