Состав для покрытия
Владельцы патента RU 2335521:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к составу, предназначенному для декоративной окраски элементов конструкций, приборов из алюминиевых сплавов, полимерных композиционных материалов и пластических масс, в том числе для окраски элементов кабины пилотов, панелей светопроводов и других деталей. Состав включает следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 30,0-60,0 эпоксидной диановой смолы, 60,0-120,0 амидосодержащей акриловой смолы, 15,0-50,0 полиаминного отвердителя, 22,0-136,0 пигментов, 57,0-150,0 наполнителей, 580,0-900,0 органического растворителя. В качестве полиаминного отвердителя состав содержит продукты конденсации димеризованных жирных кислот растительных масел с полиэтиленполиамином. Дополнительно состав может содержать пластификатор - смесь дибутилфталата и трикрезилфосфата - в количестве 4,4-8,4 мас.ч. Изобретение позволяет получить матовое покрытие, повысить его оптические характеристики, адгезию к алюминиевым сплавам, органическому стеклу и полимерным композиционным материалам, повысить твердость, прочность, эластичность, устойчивость к задиру, светостойкость, влагостойкость, устойчивость к перепадам температур. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области лакокрасочных покрытий на основе пластифицированных акриловых сополимеров и эпоксидных олигомеров, содержащих наполнители различной макроструктуры, предназначенных для декоративной окраски элементов конструкций, приборов из алюминиевых сплавов, полимерных композиционных материалов и пластических масс (в том числе элементов кабины пилотов, панелей светопроводов и других деталей).
Одним из важных направлений современного материаловедения является создание декоративных матовых покрытий для окраски внутренних поверхностей кабины пилота, приборных панелей и светопроводов с невысоким коэффициентом зеркального отражения (блеском) покрытия и более высокими эксплуатационными характеристиками (адгезией, твердостью, стойкостью к задиру, эластичностью, прочностью). Матовые покрытия позволяют обеспечить комфортные условия работы пилотов.
Известен состав эмали с различной степенью матовости для декоративной окраски изделий из пластмасс, дерева и металла на основе сополимеров бутилакрилата, стирола, метакриловой кислоты, который содержит нитроцеллюлозу, пластификаторы, пигменты, растворители, а в качестве матирующей добавки он содержит также ацетобутиратцеллюлозу (авт. св. СССР №620497).
Недостатками известной эмали являются невысокая прочность покрытия при ударе, невысокая эластичность при изгибе, недостаточно высокие оптические характеристики.
Известна композиция для защитно-декоративных матовых покрытий для окраски деревянных, стеклянных, металлических и пластмассовых изделий, включающая сополимер бутилакрилата, стирола, метакриловой кислоты и метилметакрилата, нитроцеллюлозу, пластификатор, пигменты, матирующую добавку (авт. св. СССР №896049).
Недостатками известной композиции являются недостаточно высокая прочность при ударе, недостаточные термостойкость и стойкость к перепаду температур.
Известен состав для окраски пластмассовых изделий на основе термопластичной полиакриловой смолы, содержащей реакционные ОН-группы, полиуретановой смолы, ацетобутиратцеллюлозы (патент РФ №2221830).
Недостатками известного состава являются недостаточно высокие оптические характеристики и недостаточно высокая адгезия к алюминиевым сплавам и органическим стеклам.
Известен состав антикоррозионного защитного покрытия, который используется в комплексе с неорганическим покрытием, содержащий модифицированные эпоксидные смолы, акриловые сополимеры, триалкоксисилановый компаунд и диоксид кремния в качестве наполнителя (патент США №4407893).
Недостатками известного состава являются низкие оптические характеристики и невысокая адгезия к полимерным композиционным материалам.
Известен состав композиции для покрытий, в котором в качестве связующего использована смесь эпоксидной смолы и акрилового полимера, содержащего полимеризованные мономеры с реакционноспособными группами, фенол, полиаминный отвердитель, а также пигменты и наполнители, органические растворители (патент США №4503174).
Покрытие обладает высокими эксплуатационными характеристиками: адгезией к оцинкованной стали, атмосферостойкостью, стойкостью к агрессивным средам, может использоваться как антикоррозионное покрытие для нефтяного оборудования, однако обладает недостаточной адгезией к анодированным алюминиевым сплавам, полимерным композиционным материалам, а также неудовлетворительными оптическими характеристиками.
Наиболее близким, принятым за прототип является состав для покрытий, который используется для получения саморасслаивающихся полуматовых покрытий для защиты металлических материалов и изделий, включающий, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | |
| с молекулярной массой 850-1100 | 95-105 |
| Эпоксидная диановая смола | |
| с молекулярной массой 390-4300 | 40-50 |
| Перхлорвиниловая смола | |
| с молекулярной массой 58000-63000 | 42-46 |
| Полиэтиленполиамин | 5-7 |
| Фосфат цинка | 22-24 |
| Пигмент | 90-115 |
| Микротальк | 36-40 |
| Микробарит | 18-20 |
| Органический растворитель | 270-318 |
(патент РФ №2028350).
Покрытие обладает высокой адгезией к металлам (стали, алюминиевым сплавам), достаточно высокими химической стойкостью и водостойкостью, однако имеет недостаточно высокие оптические характеристики, невысокую твердость и, следовательно, невысокую стойкость к задиру, а также невысокую адгезию к полимерным композиционным материалам.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание состава для покрытия с высокими оптическими характеристиками, в частности с низким блеском, повышенными эксплуатационными свойствами - высокой адгезией к алюминиевым сплавам, органическому стеклу, полимерным композиционным материалами, высокой твердостью, прочностью, эластичностью, устойчивостью к задиру, светостойкостью, влагостойкостью, устойчивостью к перепадам температур.
Для решения поставленной технической задачи предложен состав для покрытия, включающий эпоксидную диановую смолу, полиаминный отвердитель, пигменты, наполнитель и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве полиаминного отвердителя он содержит продукты конденсации димеризованных жирных кислот растительных масел с полиэтиленполиамином и дополнительно содержит амидосодержащую акриловую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 30,0-60,0 |
| Амидосодержащая акриловая смола | 60,0-120,0 |
| Полиаминный отвердитель | 15,0-50,0 |
| Пигменты | 22,0-136,0 |
| Наполнитель | 57,0-150,0 |
| Органический растворитель | 580,0-900,0 |
В качестве пигментов состав содержит диоксид титана, углерод технический, пигмент желтый светопрочный, пигмент синий антрахиноновый, пигмент голубой фталоцианиновый, пигмент зеленый фталоцианиновый, пигмент красный алый или их смеси.
В качестве наполнителя состав содержит тальк, микротальк, слюду молотую, волластонит или их смеси.
В качестве органического растворителя состав содержит смеси ацетона, ксилола, бутилацетата, бутанола и толуола.
С целью обеспечения межмолекулярной пластификации полимерной матрицы состав для покрытия может дополнительно содержать пластификатор - смесь дибутилфталата и трикрезилфосфата - в количестве 4,4-8,4 мас.ч.
Авторами установлено, что при отверждении заявляемого состава образуется двухфазная полимерная система "сетка в сетке". При формировании такой двухфазной полимерной системы каждая фаза характеризуется своим значением показателя преломления, которые отличаются друг от друга. В результате образуется "мутная" полимерная среда, в которой при прохождении света значительная доля светового потока рассеивается диффузно на микронеоднородностях в объеме пленки покрытия. Поскольку полимерная матрица представляет собой "мутную" среду, заданное значение блеска может быть получено при меньшем содержании наполнителей, причем отпадает необходимость применения специальных матирующих добавок.
В предлагаемой композиции могут быть использованы эпоксидные смолы с молекулярной массой 800-1500 и с массовой долей эпоксидных групп от 6,5 до 12,0%, например, марок Э-41, Э-44, Э-49 (ТУ 6-10-607-78, ГОСТ 20824-81, ТУ 6-10-1347-75, ГОСТ 20).
В качестве амидосодержащей акриловой смолы могут быть использованы различные амидосодержащие смолы, но наилучший технический результат достигается при использовании таких смол, как смолы марок AC, ACH, С-38 с содержанием азота 0,9-5,4% и удельной вязкостью 0,5%-ного раствора в ацетоне 0,10-0,20 по ОСТ 6-01-18-75.
Введение наполнителя в двухфазную полимерную матрицу существенно влияет на свойства отвержденных покрытий. Применение в предлагаемом составе наполнителей волокнистой (игольчатой) или пластинчатой формы - талька, микроталька, слюды, волластонита (ГОСТ 21235-78, ГОСТ 879-79, ГОСТ 19284-79, ГОСТ 855-74) - повышает физико-механические свойства, твердость, устойчивость к задиру (снижение повреждаемости), водостойкость покрытия, а также устойчивость к перепаду температур.
Для придания покрытию цвета в состав композиции могут входить различные пигменты, например диоксид титана, углерод технический, пигмент желтый светопрочный, пигмент синий антрахиноновый, пигмент голубой фталоцианиновый, пигмент зеленый фталоцианиновый, пигмент красный алый или их смеси (ГОСТ 9808-84, ГОСТ 22699-77, ТУ 6-14-195-77, ТУ 6-14-408-76, ТУ 6-14-408-76, ГОСТ 7885-86).
В качестве отвердителя в композиции используются продукты конденсации димеризованных жирных кислот растительных (льняное, соевое) масел с полиэтиленполиамином - низкомолекулярные полиамиды марок ПО-200, ПО-300 (ТУ 2224-092-05034239-96, ТУ 6-10-1279-77).
Заявляемый состав обладает высокой адгезионной прочностью к защищаемой поверхности (органическому стеклу, алюминиевым сплавам, полимерным композиционным материалам), а также высокой твердостью, устойчивостью к задиру, хорошими декоративными и оптическими характеристиками.
Состав защитного покрытия, применяемый для защиты алюминиевых сплавов, может применяться в системе с различными грунтовочными покрытиями, содержащими ингибиторы коррозии.
Примеры осуществления
Пример 1.
Состав для получения покрытия готовили следующим образом: эпоксидную диановую смолу и амидосодержащую акриловую смолу растворяли при перемешивании в смеси органических растворителей. После этого добавляли пигменты и наполнители и диспергировали до получения необходимой степени дисперсности. Перед применением в полученный полуфабрикат вводили отвердитель, перемешивали и наносили на защищаемую поверхность.
Технология получения составов по примерам 1-8 аналогична примеру 1. Составы по примерам 1-8 приведены в таблице 1.
Из составов, приведенных в примерах 1-8, были получены покрытия толщиной 50-70 мкм на образцах алюминиевого сплава Д16АТ АнОкснхр, стеклопластика, органопластика, органического стекла. Определены также время высыхания покрытия, адгезионная прочность при отрыве, твердость покрытия, прочность при растяжении и прочность при ударе в исходном состоянии и после искусственного старения, стойкость к царапанью, оптические характеристики. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Как видно из данных таблицы 2, предлагаемый состав позволяет получить матовое покрытие с повышенными в 1,5-2,5 раза адгезионными свойствами, с увеличенной на 40-50% твердостью, с повышенной стойкостью к царапанью и повышенными физико-механическими характеристиками по сравнению с прототипом. Предлагаемое покрытие предназначено для окраски изделий из алюминиевых сплавов, полимерных композиционных материалов, а также органического стекла, которые могут эксплуатироваться при перепаде температур от -60 до +100°С, и также может быть использовано для окраски внутренних поверхностей кабины, панелей приборов, светопроводов и других деталей. Применение предлагаемого состава для матового покрытия с низким коэффициентом зеркального отражения (блеск менее 5 усл.ед.) снижает зрительную нагрузку пилотов, повышает комфортность их работы и способствует повышению безопасности полетов. Высокая твердость предлагаемого покрытия и устойчивость к механическим повреждениям позволяет повысить ресурс эксплуатации окрашенных приборов и других элементов летательных аппаратов.
| Таблица 1 | |||||||||
| Наименование компонентов | Состав по примерам | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Смола эпоксидная диановая Э-41 | 44 | 48 | - | - | 44 | 40 | 46 | 60 | 95 |
| Смола эпоксидная диановая Э-44 | - | - | 30 | 40 | - | - | - | - | - |
| Смола эпоксидная диановая ЭД-20 | - | - | - | - | - | - | - | 46 | |
| Перхлорвиниловая смола | - | - | - | - | - | - | - | - | 42 |
| Амидосодержащая акриловая смола | - | ||||||||
| АС | 82 | 90 | - | 78 | 120 | ||||
| АСН | - | - | 60 | - | 82 | - | - | - | |
| С-38 | - | - | - | 75 | - | - | 88 | - | |
| Наполнители | |||||||||
| Тальк | 42 | - | 20 | 20 | - | 30 | 42 | - | - |
| Микротальк | 15 | 95 | 70 | - | 97 | - | - | 100 | 36 |
| Микробарит | - | - | - | - | - | - | - | - | 18 |
| Слюда молотая | - | - | 60 | - | - | 50 | - | 30 | - |
| Волластонит | - | - | - | 80 | - | - | 30 | 20 | - |
| Фосфат цинка | - | - | - | - | - | - | - | - | 24 |
| Пигменты | |||||||||
| Диоксид титана | 128 | 64 | 40 | 97 | 55 | 44 | 120 | 88 | |
| Углерод технический | 5 | 3 | 15 | - | 0,01 | - | - | 5 | 2 |
| Пигмент желтый светопрочный | - | 3,5 | 5 | - | 1 | - | - | 6 | - |
| Пигмент синий антрахиноновый | 3 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Пигмент голубой фталоцианиновый | - | - | - | 2 | - | 5 | - | - | - |
| Пигмент зеленый фталоцианиновый | - | - | 2 | 5 | - | - | - | - | - |
| Пигмент красный алый | - | - | - | - | 0,5 | - | 1 | ||
| Отвердитель | |||||||||
| Низкомолекулярный полиамид ПО-200 | 20 | 22 | - | - | 20 | 15 | 21 | - | - |
| Низкомолекулярный полиамид ПО-300 | - | - | 25 | 18 | - | - | - | 50 | - |
| Полиэтиленполиамин | - | - | - | - | - | - | - | 5 | |
| Органический растворитель | |||||||||
| Ацетон | 215 | 150 | 120 | 140 | 180 | 120 | 180 | 200 | 81 |
| Ксилол | 280 | 420 | - | 420 | 320 | 220 | 300 | 500 | 108 |
| Бутилацетат | 215 | - | 80 | 160 | - | 80 | 180 | 150 | 91 |
| Бутанол | - | 60 | - | - | 80 | 80 | - | 50 | - |
| Толуол | - | 80 | 400 | - | 120 | 80 | - | - | - |
| Пластификаторы | |||||||||
| Дибутилфталат | - | - | - | 2,2 | - | - | - | 4,2 | - |
| Трикрезилфосфат | - | - | - | 2,2 | - | - | - | 4,2 | - |
| Таблица 2 | |||||||||
| Показатели свойств | Предлагаемый состав по примерам | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Время высыхания до степени 3, ч (ГОСТ 19007-75) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4 |
| Адгезионная прочность (σадг) при отрыве, кг/см2 (ISO 4624) | |||||||||
| а) к алюминиевому сплаву | 67,6 | 59,8 | 62,4 | 59,9 | 66,4 | 62,8 | 65,1 | 61,0 | - |
| б) органопластику | 62,5 | 65,1 | 66,6 | 59,9 | 61,1 | 62,8 | 59,9 | 55,9 | - |
| в) к стеклопластику | 69,7 | 69,3 | 68,5 | 65,4 | 51,7 | 62,1 | 58,7 | 57,3 | - |
| Твердость покрытия, мм (ISO 6441) | 0,17 | 0,14 | 0,18 | 0,2 | 0,17 | 0,18 | 0,18 | 0,2 | 0,29 |
| Прочность пленки при ударе в исходном состоянии, см (ГОСТ 4765-73) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Прочность пленки при растяжении в исходном состоянии, мм (ОСТ 6-10-411-77) | 5,6 | 5,3 | 5,9 | 5,7 | 5,4 | 6,0 | 5,1 | 5,0 | 4,8 |
| Прочность пленки при ударе после искусственного старения при температурах (-60...+100)°С с увлажнением в течение 10 циклов | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 45 |
| Прочность пленки при растяжении после искусственного старения при температурах (-60...+100)°С с увлажнением в течение 10 циклов, мм (ОСТ 6-10-411-77) | 5,5 | 5,2 | 5,9 | 5,6 | 5,4 | 5,8 | 5,0 | 5,0 | 4,6 |
| Стойкость покрытия к царапанью, кг (ISO 1518) | 3,0 | 2,8 | 2,7 | 2,6 | 2,8 | 2,9 | 2.6 | 2,5 | 1,5 |
| Блеск покрытия в исходном состоянии, усл.ед. (ISO 2813) | 3,0 | 3,1 | 2,9 | 4,1 | 3,3 | 5,6 | 4,9 | 4,4 | 22,5 |
| Блеск покрытия после искусственного старения при температурах (-60...+100)°С, усл.ед. (ISO 2813) | 2,9 | 3,0 | 3,0 | 4,2 | 3,3 | 5,5 | 5,0 | 4,5 | 20,0 |
1. Состав для покрытия, включающий эпоксидную диановую смолу, полиаминный отвердитель, пигменты, наполнители и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве полиаминного отвердителя он содержит продукты конденсации димеризованных жирных кислот растительных масел с полиэтиленполиамином и дополнительно содержит амидосодержащую акриловую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 30,0-60,0 |
| Амидосодержащая акриловая смола | 60,0-120,0 |
| Полиаминный отвердитель | 15,0-50,0 |
| Пигменты | 22,0-136,0 |
| Наполнители | 57,0-150,0 |
| Органический растворитель | 580,0-900,0 |
2. Состав для покрытия по п.1, отличающийся тем, что в качестве пигментов он содержит диоксид титана, углерод технический, пигмент желтый светопрочный, пигмент синий антрахиноновый, пигмент голубой фталоцианиновый, пигмент зеленый фталоцианиновый, пигмент красный алый или их смеси.
3. Состав для покрытия по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителей он содержит тальк, микротальк, слюду молотую, волластонит или их смеси.
4. Состав для покрытия по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя он содержит смеси ацетона, ксилола, бутилацетата, бутанола и толуола.
5. Состав для покрытия по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пластификатор - смесь дибутилфталата и трикрезилфосфата в количестве 4,4-8,4 мас.ч.
