Гибкая нехроматная антикоррозийная грунтовка
Настоящее изобретение относится к грунтовочной композиции, отвержденному грунтовочному покрытию, подложке, многослойному покрытию, способу нанесения покрытия и грунтовочной системе. Указанная грунтовочная композиция содержит форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, полиэпоксид, от 5 до 9 мас.% карбоната кальция и от 3 до 7 мас.% оксида магния. Полученная композиция используется для получения нехроматных грунтовочных покрытий, показывающих адгезию термореактивных эпоксисистем и гибкость полиуретановых покрытий. 7 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл., 2 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие изобретения относится к композициям покрытий, которые содержат форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, полиэпоксид, карбонат кальция и оксид магния. Композиции покрытий являются подходящими для использования в качестве коррозионно-стойких грунтовок в авиационно-космических областях применения.
Уровень техники
В системах многослойных покрытий грунтовочное покрытие может быть нанесено непосредственно на обнаженную или подвергнутую предварительной обработке металлическую подложку для обеспечения коррозионной стойкости. В грунтовочных покрытиях использовали хромат и другие тяжелые металлы для улучшения коррозионной стойкости и адгезии наносимых впоследствии покрытий. Однако, вследствие опасностей, связанных с хроматом и другими тяжелыми металлами, были разработаны альтернативные нехроматные ингибиторы коррозии.
Например, в патенте США № 8,231,970 описывается использование оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, и наночастиц других неорганических оксидов в качестве эффективных ингибиторов коррозии, предназначенных для использования в термореактивных полиамид/эпоксифункциональных полимерных грунтовочных покрытиях. Однако термореактивные грунтовки на эпокси-основе как правило неприемлемы для определенных областей применения, таких как авиационно-космические покрытия из-за их твердости и хрупкости.
Желательно предложить нехроматные грунтовочные покрытия, которые показывают адгезию термореактивных эпокси-систем и гибкость полиуретановых покрытий.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением композиции покрытий содержат форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, полиэпоксид, оксид магния и карбонат кальция.
В соответствии с настоящим изобретением грунтовочная композиция может содержать форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, полиэпоксид от 5мас.% до 9мас.% карбоната кальция, и от 3мас.% до 7мас.% оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
В соответствии с настоящим изобретением отвержденное грунтовочное покрытие может быть получено из грунтовочной композиции настоящего раскрытия изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением многослойное покрытие содержит отвержденное грунтовочное покрытие, полученное из грунтовочного покрытия настоящего раскрытия изобретения; и отвержденное полиуретановое покрытие, нанесенное на отвержденное грунтовочное покрытие.
В соответствии с настоящим изобретением способ нанесения покрытия на поверхность включает нанесение грунтовочной композиции настоящего изобретения на поверхность; отверждение грунтовочной композиции для получения отвержденного грунтовочного покрытия; нанесение полиуретанового покрытия поверх, по меньшей мере, участка отвержденного грунтовочного покрытия; и отверждение полиуретанового покрытия для получения поверхности с нанесенным покрытием.
В соответствии с настоящим изобретением грунтовочная система содержит первую часть, содержащую: форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы и карбонат кальция; и вторую часть, содержащую: полиэпоксид и оксид магния.
Далее внимание будет обращено на определенные композиции и способы. Раскрытые композиции и способы не предназначены для ограничения формулы изобретения. Наоборот, формула изобретения предназначена для покрытия всех альтернатив, модификаций и эквивалентов.
Краткое описание чертежей
Специалисты в соответствующей области техники должны понимать, что фиг., описанные в настоящем документе, предназначены только для целей иллюстрирования. Фиг. не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия изобретения.
Фиг. 1А-1D демонстрируют результаты испытаний на адгезию после воздействия продукта Skydrol®.
Подробное описание изобретения
Для целей следующего далее описания изобретения необходимо понимать, что варианты осуществления, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут предусматривать различные альтернативные вариации и последовательности стадий за исключением случаев, если прямо указано иное. Кроме того, в отличие от того, что имеет место в примерах или в случаях указания на другое, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, использующихся в описании изобретения и формуле изобретения, должны пониматься как модифицированные во всех случаях при использовании термина «приблизительно». В соответствии с этим, если только не будет прямо указано иное, численные параметры, представленные в следующем далее описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения, будут представлять собой приближения, которые могут варьироваться в зависимости от получаемых желательных свойств. В самом крайнем случае и не в порядке попытки ограничения использования доктрины эквивалентов объемом формулы изобретения, каждый численный параметр должен, по меньшей мере, восприниматься в свете количества приведенных значащих численных разрядов и при использовании обычных методик округления.
Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, представляющие широкий диапазон изобретения, являются приближениями, численные значения, представленные в конкретных примерах, приводятся по возможности наиболее точно. Однако, любое численное значение по самой своей природе включает определенные погрешности, обязательным образом получающиеся в результате наличия стандартной вариации, встречающейся в измерениях при их соответствующих испытаниях.
Кроме того, необходимо понимать то, что любой численный диапазон, приведенный в настоящем документе, предполагает включение всех поддиапазонов, заключенных в него. Например, диапазон «от 1 до 10» предполагает включение всех поддиапазонов в промежутке от (и с включением) приведенного минимального значения, составляющего приблизительно 1, до (и с включением) приведенного максимального значения, составляющего приблизительно 10, то есть, при наличии минимального значения, равного или большего приблизительно 1, и максимального значения, равного или меньшего приблизительно 10. Кроме того, в данной заявке использование «или» обозначает «и/или», если только конкретно не будет указано другого, даже несмотря на возможность однозначного использования термина «и/или» в определенных случаях.
Термин «антикоррозийный» относится к композиции или покрытию, которые при осаждении на металлическую подложку обеспечивают получение покрытия, которое противодействует изменению или разрушению подложки, такому как в результате воздействия способов химического или электрохимического окисления, предотвращает или замедляет их. Антикоррозионные композиция или покрытие могут ослаблять действие механизмов анодной и/или катодной коррозии.
Термин «наночастица» относится к частице, характеризующейся средним размером первичных частиц или средним диаметром частиц, составляющими менее, чем 200 нм, и/или наночастицам, имеющим, по меньшей мере, один размер, который имеет порядок нескольких нанометров.
Термин «частица» может включать наночастицы и частицы, характеризующиеся средним размером первичных частиц или средним диаметром частиц, составляющими более, чем 200 нм, более, чем 300 нм, более, чем 400 нм или более, чем 500 нм. «Частица» может характеризоваться средним размером первичных частиц, например, в диапазоне от 20 нм до 600 нм, от 20 нм до 500 нм, от 20 нм до 400 нм, от 100 нм до 400 нм или от 50 нм до 200 нм.
Термины «грунтовочная композиция» или «грунтовочное покрытие» относятся к покрытию, которое может быть нанесено на поверхность обнаженной или подвергнутой предварительной обработке металлической подложки. Грунтовочное покрытие может быть разработано для придания металлической поверхности коррозионной стойкости и для улучшения адгезии нанесенного поверх покрытия к металлической подложке.
Композиции покрытий, предлагаемые в настоящем изобретении, могут по существу не содержать хромсодержащего материала или могут быть совершенно свободными от такого хромсодержащего материала. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «по существу не содержит» обозначает, что хромсодержащий материал в композиции присутствует, если вообще присутствует, в качестве случайной примеси. Другими словами, хромсодержащий материал не оказывает воздействия на свойства композиции. Это означает то, что композиции покрытий могут содержать, например, менее чем 2 мас.% (массового процента) хромсодержащего материала или менее чем 0,05 мас.% хромсодержащего материала, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу композиции. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «совершенно не содержит» обозначает, что хромсодержащий материал не присутствует в композиции в измеряемом количестве. Таким образом, композиция покрытия, предлагаемая в настоящем раскрытии изобретения, может не содержать хромсодержащего материала. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «хромсодержащий материал» относится к материалу, который включает группу триоксида хрома CrO3. Примеры хромсодержащего материала включают хромовую кислоту, триоксид хрома, ангидрид хромовой кислоты, соли двухромовой кислоты, такие как дихромат аммония, дихромат натрия, дихромат калия, дихромат кальция, дихромат бария, дихромат магния, дихромат цинка, дихромат кадмия и дихромат стронция.
Композиции, предлагаемые в настоящем изобретении, могут содержать форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, полиэпоксид, оксид магния и карбонат кальция. Оксид магния и/или карбонат кальция могут иметь форму частиц и/или наночастиц.
Композиции, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут содержать форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы. Подходящие для использования форполимерные уретансодержащие простые полиэфиры, содержащие тиольные концевые группы, могут содержать продукт реакции между полиолом, полиизоцианатом и соединением, содержащим тиольную группу.
Подходящие для использования полиолы включают полиэфирполиолы на основе простых эфиров. Полиэфирполиол на основе простого эфира может содержать прямоцепочечный, разветвленный или циклический С1 – 12 алкиленоксид, такой как полиэфирдиол на основе простого эфира или полиэфиртриол на основе простого эфира. Примеры полиэфирполиолов на основе простых эфиров включают политетраметиленполиол, полиметиленоксид, полиэтиленоксид, полипропиленоксид, полибутиленоксид и их любые комбинации. Полиэфирполиол на основе простого эфира может содержать, например, как политетраметиленоксидные сегменты, так и полипропиленоксидные сегменты.
Подходящие для использования полизоцианаты включают, например, С4–20 алифатические полиизоцианаты, такие как 1,6-гексаметилендиизоцианат, 1,5-диизоцианато-2-метилпентан, метил-2,6-диизоцианатогексаноат, бис(изоцианатометил)циклогексан, 1,3-бис(изоцианатометил)циклогексан, 2,2,4-триметилгексан-1,6-диизоцианат, 2,4,4-триметилгексан-1,6-диизоцианат, 2,5(6)-бис(изоцианатометил)цикло[2.2.1]гептан, 1,3,3-триметил-1-(изоцианатометил)-5-изоцианатоциклогексан, 1,8-диизоцианато-2,4-диметилоктан, октагидро-4,7-метано-1Н-индендиметилдиизоцианат и 1,1’-метиленбис(4-изоцианатоциклогексан) и 4,4-метилендициклогексилдиизоцианат (Н12MDI). Примеры подходящих для использования ароматических диизоцианатов включают 1,3-фенилендиизоцианат, 1,4-фенилендиизоцианат, 2,6-толуолдиизоцианат (2,6-TDI), 2,4-толуолдиизоцианат (2,4-TDI), смесь из соединений 2,4-TDI и 2,6-TDI, 1,5-диизоцианатонафталин, дифенилоксид-4,4’-диизоцианат, 4,4’-метилендифенилдиизоцианат (4,4-MDI), 2,4’-метилендифенилдиизоцианат (2,4-MDI), 2,2’-диизоцианатодифенилметан (2,2-MDI), дифенилметандиизоцианат (MDI), 3,3’-диметил-4,4’-бифениленизоцианат, 3,3’-диметокси-4,4’-бифенилендиизоцианат, 1-[(2,4-диизоцианатофенил)метил]-3-изоцианато-2-метилбензол, 2,4,6-триизопропил-м-фенилендиизоцианат и комбинации из любых представителей из представленных выше.
Соединение, содержащее тиольную группу, может представлять собой алифатический монотиол, содержащий гидроксильную концевую группу, или дитиол. Подходящие для использования алифатические монотиолы, содержащие гидроксильные концевые группы, включают гидроксиэтилмеркаптан и гидроксипропилмеркаптан. Подходящие для использования дитиолы включают димеркаптоэтан и димеркаптопропан.
Форполимерные полиуретансодержащие простые полиэфиры, содержащие тиольные концевые группы, также могут быть получены в результате проведения реакции между уретансодержащим простым полиэфиром, содержащим изоцианатные концевые группы, и аллиловым спиртом с образованием уретансодержащего простого полиэфира, содержащего аллильные концевые группы. Уретансодержащий простой полиэфир, содержащий аллильные концевые группы, впоследствии может быть введен в реакцию с дитиолом.
Примеры подходящих для использования аллиловых спиртов включают аллиловый спирт, 3-бутен-1-ол и 4-пентен-1-ол.
Примеры подходящих для использования дитиолов включают 1,2-этандитиол, 1,2-пропандитиол, 1,3-пропандитиол, 1,3-бутандитиол, 1,4-бутандитиол, 2,3-бутандитиол, 1,3-пентандитиол, 1,5-пентандитиол, 1,6-гександитиол, 1,3-димеркапто-3-метилбутан, дипентендимеркаптан, этилциклогексилдитиол (ECHDT), димеркаптодиэтилсульфид, метилзамещенный димеркаптодиэтилсульфид, диметилзамещенный димеркаптодиэтилсульфид, димеркаптодиоксаоктан (DMDO), 1,5-димеркапто-3-оксапентан и комбинацию из любых представителей из представленных выше. Политиол может иметь одну или несколько боковых групп, таких как низшая (например, C1 – 6) алкильная группа, низшая алкокси-группа и гидроксильная группа. Подходящие для использования алкильные боковые группы включают, например, С1 – 6 линейный алкил, С3– 6 разветвленный алкил, циклопентил и циклогексил.
Форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, может быть получен в результате проведения реакции между политиоэфирполиолом на основе простого тиоэфира и изоцианатом при соотношении, обеспечивающем получение форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего изоцианатные концевые группы. Реакция может быть катализирована с применением подходящего для использования катализатора, такого как дилауринат дибутилолова, оксид дибутилолова, ди-2-гексаноат дибутилолова, олеинат двухвалентного олова, октаноат двухвалентного олова, октаноат свинца, ацетоацетат двухвалентного железа и амины, такие как триэтиламин, диэтилметиламин, триэтилендиамин, диметилэтиламин, морфолин, N-этилморфолин, пиперазин, N,N-диметилбензиламин, N,N-диметиллауриламин и комбинации из любых представителей из представленных выше.
В форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий изоцианатные концевые группы, могут быть введены концевые группы в виде тиольной группы в результате проведения реакции между форполимерным уретансодержащим простым полиэфиром, содержащим изоцианатные концевые группы, и соединением, содержащим тиольную группу и группу, реакционноспособную по отношению к изоцианатной группе. Форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий изоцианатные концевые группы, и тиольное соединение могут быть введены в реакцию при молярном соотношении, таком, чтобы обеспечить получение форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы.
Форполимерные уретансодержащие простые полиэфиры, содержащие тиольные концевые группы, могут быть охарактеризованы среднечисленной молекулярной массой (Mn), например, в диапазоне от 7000 дальтонов до 10000 дальтонов или от 7500 дальтонов до 9000 дальтонов; уровнем содержания серы, например, в диапазоне от 1 % до 4 %, таким образом, как от 2,5% до 3%; вязкостью при 25°С, например, в диапазоне от 1000 пуазов до 3000 пуазов, таком, как от 1000 пуазов до 2000 пуазов; и функциональностью в диапазоне от 2 до 4, от 3 до 4 или от 3,5 до 4. Среднечисленная молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение форполимерных простых политиоэфиров могут быть охарактеризованы в результате проведения анализа концевых групп при использовании иодометрии. Вязкость может быть определена при использовании вискозиметра Brookfield CAP 2000, для шпинделя #6, при 25°С и 300 об./мин.
Подходящие для использования форполимерные уретансодержащие простые полиэфиры, содержащие тиольные концевые группы, включают продукты Permapol® P2-805, Permapol® P2-850, Permapol® P2-935 и Permapol® P2-985, каждый из которых доступен на коммерческих условиях в компании PPG Aerospace.
Продукт Permapol® P2-850 содержит форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы. Форполимер может быть получен в результате проведения реакции между полиолом и диизоцианатом с образованием форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего изоцианатные концевые группы. После этого форполимерный уретансодержащий простой полиэфир может быть введен в реакцию с аллиловым спиртом с образованием форполимера, содержащего алкенильные концевые группы. Затем форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий алкенильные концевые группы, может быть введен в реакцию с димеркаптодиоксаоктаном (DMDO) с образованием форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы.
Распыляемые композиции грунтовочных покрытий, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут содержать отвердитель, такой как полиэпоксид.
Отвердители, подходящие для использования в композициях, предлагаемых в настоящем раскрытии изобретения, могут включать полиэпоксид, такой как диэпоксид, который обладает реакционной способностью по отношению к тиольным концевым группам форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы.
Отвердитель может включать полиэпоксидный отвердитель, такой как полиэпоксид, например, соединение, содержащее две и более реакционно-способные эпокси-группы. Примеры подходящих для использования полиэпоксидов включают полиэпоксидные смолы, такие как гидантоиндиэпоксид, диглицидиловый простой эфир бисфенола А, диглицидиловый простой эфир бисфенола F, относящиеся к типу Novolak® эпоксиды, такие как продукт DENTM 438 (доступный в компании Dow), определенные эпоксидированные ненасыщенные смолы и комбинации из любых представителей из представленных выше.
Полиэпоксид может содержать полиэпоксидную смолу, которая представляет собой низкомолекулярный форполимер или более высокомолекулярный форполимер, содержащие, по меньшей мере, две эпоксидные группы. Примеры подходящих для использования полиэпоксидных смол включают эпоксидные смолы на основе бисфенола А, эпоксидные смолы на основе бисфенола F, эпоксидные смолы на основе бисфенола S, новолачные эпоксидные смолы, алифатические эпоксидные смолы, в том числе глицидильные эпоксидные смолы, и циклоалифатические эпоксиды, глицидиламиновые эпоксидные смолы и комбинации из любых представителей из представленных выше.
Полиэпоксид может включать полиэпоксидную смолу, такую как новолачная эпоксидная смола DEN® 438, характеризующаяся мультиэпоксидной функциональностью (± 3,6) и вязкостью в диапазоне от 31000 мПа-сек до 40000 мПа-сек (ASTM D-445, 51,7°С).
Композиции, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, содержат ингибитор коррозии. Ингибитор коррозии представляет собой химические соединение или соединения, которые при добавлении к среде, такой как покрытие, нанесенное поверх металлической поверхности, уменьшают скорость коррозии металлической поверхности. Катодные ингибиторы коррозии могут уменьшать скорость коррозии в результате задерживания прохождения катодных реакций. Катодный ингибитор может привести к образованию нерастворимых соединений, выпадающих в осадок на центрах катодной коррозии, в форме барьерной пленки. Уменьшение эффективной площади поверхности катода может в результате привести к получению уменьшенной скорости коррозии. Анодные ингибиторы могут уменьшать скорость коррозии в результате задерживания прохождения анодных реакций. Анодный ингибитор может сдвигать равновесие процесса коррозии к зоне пассивирования, вызывая образование тонкой пассивирующей оксидной пленки на центрах анодной коррозии, что увеличивает анодный потенциал и подавляет процесс окисления. Уменьшение эффективной площади поверхности анода может в результате привести к получению уменьшенной скорости коррозии. Примеры анодных ингибиторов включают оксиды, такие как оксид магния.
Композиции, предлагаемые в настоящем изобретении, могут содержать нехроматный ингибитор коррозии, содержащий оксид магния. Оксид магния может включать частицы оксида магния, наночастицы оксида магния или их комбинацию. Использование комбинации из карбоната кальция и оксида магния в результате приводит к синергетическому улучшению коррозионной стойкости в сопоставлении с использованием одного только оксида магния или с использованием оксида магния и уменьшенного количества карбоната кальция. Увеличение количества карбоната кальция в грунтовочной композиции, содержащей оксид магния, может привести к улучшению стойкости к воздействию растворителя, такой как стойкость к воздействию продукта Skydrol® LD40, у грунтовочного покрытия. Стойкость к воздействию продукта Skydrol® LD40 у композиции может быть улучшена в результате замены некоторого или всего количества неорганического наполнителя в композиции на карбонат кальция. Например, карбонат кальция может заменять некоторое или все количество технического углерода. Замена всего лишь, например, 0,2 г, 0,3 г, 0,4 г, 0,5 г, 0,6 г или 0,7 г технического углерода на то же самое количество карбоната кальция может значительно улучшить стойкость к воздействию продукта Skydrol у грунтовочного покрытия при отсутствии существенного неблагоприятного воздействия на другие свойства отвержденного покрытия. Обратите внимание на то, что 1,3 г представляют собой приблизительно 1 мас.% от общей массы распыляемой грунтовочной композиции или приблизительно 3 мас.% от общей массы твердых веществ распыляемой композиции.
Подходящие для использования частицы и наночастицы оксида магния раскрываются в патенте США № 8,231,970, который во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ. Частицы и наночастицы оксида магния могут быть получены в соответствии с раскрытием изобретения в патенте США № 8,231,970.
Подходящие для использования наночастицы оксида магния могут быть охарактеризованы рассчитанным эквивалентным сферическим диаметром, составляющим менее, чем 200 нанометров, менее, чем 100 нанометров или менее, чем 50 нанометров; таким, как величина в диапазоне от 1 нанометра до 100 нанометров, от 1 нанометра до 50 нанометров или от 5 нанометров до 50 нанометров. Наночастицами оксида магния могут быть названы наночастицы оксида магния, характеризующиеся рассчитанным эквивалентным сферическим диаметром, составляющим менее, чем 200 нанометров. Рассчитанный эквивалентный сферический диаметр может быть определен исходя из площади удельной поверхности, определяемой при использовании метода ВЕТ, в соответствии со следующим далее уравнением:
Диаметр (нм) = 6000/[BET (м2/г) × ρ (г/см3)]
Наночастицы оксида магния могут характеризоваться средним размером первичных частиц, составляющим менее, чем 100 нм, менее, чем 50 нм или менее, чем 20 нм, таким, как величина в диапазоне от 1 нм до 100 нм, от 1 нм до 50 нм или от 1 нм до 20 нм, определенным при использовании просвечивающей электронной микроскопии.
Размер первичных частиц для частицы относится к сфере с наименьшим диаметром, которая будет полностью охватывать частицу. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «размер первичных частиц» относится к размеру отдельных частиц (то есть, первичных частиц) в противоположность агломерации из двух и более отдельных наночастиц.
Наночастицы оксида магния, использующиеся в грунтовочных композициях, могут характеризоваться средним диаметром, например, в диапазоне от 10 нм до 200 нм, от 10 нм до 100 нм, от 10 нм до 50 нм, от 20 нм до 100 нм, от 40 нм до 100 нм, от 40 нм до 60 нм, от 15 нм до 25 нм или от 10 нм до 20 нм.
Наночастицы оксида магния, подходящие для использования в распыляемых грунтовочных композициях, предлагаемых в настоящем изобретении, доступны, например, в компаниях US Research Nanomaterials, Inc., American Elements, Azo Nano и EPRUI Nanoparticles & Microspheres Co. Ltd..
В дополнение к оксиду магния грунтовочные композиции, предлагаемые в настоящем изобретении, могут содержать карбонат кальция. Карбонат кальция может иметь форму частиц, наночастиц или их комбинации.
Частицы карбоната кальция могут характеризоваться средним диаметром частиц, например, в диапазоне от 1 нм до 500 нм, от 1 нм до 400 нм, от 1 нм до 300 нм, от 1 нм до 200 нм, от 20 нм до 170 нм, от 30 нм до 150 нм или от 50 нм до 150 нм.
Частицы карбоната кальция могут быть наночастицами без нанесенного покрытия или с нанесенным покрытием из жирной кислоты, характеризующимися ромбоэдрической структурой кальцита, средним диаметром частиц в диапазоне от 40 нм до 130 нм, площадью удельной поверхности в диапазоне от 16 м2/г до 24 м2/г, значением предела текучести по Бингаму в диапазоне от 90 Па до 250 Па и вязкостью 1,8 Па-сек.
Подходящие для использования наночастицы карбоната кальция доступны, например, в компании Solvay Chemicals и включают марки, такие как Socal® 311, Socal® 312, Socal® 322, Socal® U1S1 и Socal® U1S2, Winnofil® S, Winnofil® SPM и Winnofil® SPT.
Грунтовочная композиция может содержать от 5 мас.% до 10 мас.%, от 5,5 мас.% до 9 мас.%, от 6 мас.% до 8 мас.% или от 6,5 мас.% до 8 мас.%, наночастиц карбоната кальция, таких как наночастицы карбоната кальция, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции. Грунтовочная композиция может содержать, например, более чем 6,5 мас.%, более, чем 7 мас.%, более, чем 7,2 мас.%, более чем 7,5 мас.% или более, чем 8 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Грунтовочная композиция может содержать от 3 мас.% до 8 мас.%, от 4 мас.% до 7 мас.%, от 4,5 мас.% до 6,5 мас.% или от 5 мас.% до 6 мас.% оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Грунтовочная композиция может включать соотношение (мас.%/мас.%) между количествами карбоната кальция и оксида магния, такими как наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, например, в диапазоне от 1,1 до 2,0, от 1,2 до 1,8 или от 1,2 до 1,6, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Грунтовочная композиция может включать соотношение (мас.%/мас.%) между количествами карбоната кальция и оксида магния, такими как наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, составляющее, например, более, чем 1,2, более, чем 1,3, более, чем 1,4, более, чем 1,5, более, чем 1,6 или более, чем 1,7, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция может характеризоваться уровнем содержания твердых веществ в диапазоне от 20 мас.% до 50 мас.%, от 25 мас.% до 45 мас.% или от 30 мас.% до 40 мас.%, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Распыляемая грунтовочная композиция может характеризоваться уровнем содержания растворителя в диапазоне от 50 мас.% до 80 мас.%, от 55 мас.% до 75 мас.% или от 60 мас.% до 70 мас.%, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция может содержать от 15 мас.% до 30 мас.%, от 17 мас.% до 28 мас.%, от 19 мас.% до 26 мас.% или от 19 мас.% до 24 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция может содержать более, чем 17 мас.%, более, чем 19 мас.%, более, чем 21 мас.%, более, чем 23 мас.% или более, чем 25 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция может содержать от 12 мас.% до 20 мас.%, от 13 мас.% до 19 мас.%, от 14 мас.% до 18 мас.% или от 15 мас.% до 17 мас.% оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция может включать соотношение (мас.%/мас.%) между количествами карбоната кальция и оксида магния, такими как наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, например, в диапазоне от 1,1 до 2,0, от 1,2 до 1,8 или от 1,2 до 1,6, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой композиции. Распыляемая грунтовочная композиция может включать соотношение (мас.%/мас.%) между количествами карбоната кальция и оксида магния, такими как наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, составляющее, например, более, чем 1,2, более, чем 1,3, более, чем 1,4, более, чем 1,5, более, чем 1,6 или более, чем 1,7, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция содержит от 8 мас.% до 17 мас.%, от 9 мас.% до 16 мас.%, от 10 мас.% до 15 мас.%, от 11 мас.% до 14 мас.% или от 12 мас.% до 23 мас.% карбоната кальция и оксида магния, таких как объединенные наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции.
Распыляемая грунтовочная композиция содержит от 30 мас.% до 44 мас.%, от 32 мас.% до 42 мас.%, от 34 мас.% до 40 мас.% или от 36 мас.% до 38 мас.% объединенных карбоната кальция и оксида магния, таких как объединенные наночастицы карбоната кальция и наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой грунтовочной композиции.
Рецептуры композиций, предлагаемых в настоящем раскрытии изобретения, могут быть составлены в виде распыляемых грунтовок. Распыляемые грунтовочные композиции могут быть предложены в виде трехкомпонентной системы, включающей основный компонент, активаторный компонент и разжижительный компонент. Основный компонент может содержать форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, и карбонат кальция, такой как наночастицы карбоната кальция. Активаторный компонент может содержать полиэпоксид и оксид магния, такой как наночастицы оксида магния. Разжижительный компонент может содержать растворитель.
Грунтовочные композиции могут содержать, например, от 6 мас.% до 14 мас.%, от 8 мас.% до 12 мас.% или от 9 мас.% до 11 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Грунтовочные композиции могут содержать, например, от 20 мас.% до 40 мас.%, от 25 мас.% до 35 мас.% или от 27 мас.% до 33 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой грунтовочной композиции. Общая масса распыляемой грунтовочной композиции включает массу основного компонента, массу активаторного компонента и массу разжижительного компонента; или общую массу распыляемой грунтовочной композиции, которая нанесена на подложку.
Грунтовочные композиции могут содержать от 1 мас.% до 6 мас.%, от 2 мас.% до 5 мас.%, от 2,5 мас.% до 4,5 мас.% или от 3 мас.% до 4 мас.% полиэпоксида, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Грунтовочные композиции могут содержать от 6 мас.% до 14 мас.%, от 7 мас.% до 13 мас.%, от 8 мас.% до 12 мас.% или от 9 мас.% до 10 мас.% полиэпоксида, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой грунтовочной композиции.
Грунтовочные композиции могут содержать от 0,5 мас.% до 2 мас.%, от 0,5 мас.% до 1,5 мас.%, от 0,75 мас.% до 1,25 мас.% или от 0,9 мас.% до 1,1 мас.% технического углерода, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Грунтовочные композиции могут содержать от 1 мас.% до 5 мас.%, от 2 мас.% до 4 мас.%, от 2,5 мас.% до 3,5 мас.% или от 2,75 мас.% до 3,25 мас.% технического углерода, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ распыляемой грунтовочной композиции.
Грунтовочные композиции могут содержать, например, от 50 мас.% до 70 мас.%, от 55 мас.% до 65 мас.% или от 55 мас.% до 61 мас.% объединенных растворителей, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу распыляемой грунтовочной композиции. Объединенные растворители включают растворители в основном компоненте, активаторном компоненте и разжижительном компоненте распыляемой композиции.
Композиция грунтовочного покрытия может включать стехиометрический эквивалент или по существу стехиометрический эквивалент реакционно-способных тиольных групп и реакционно-способных эпокси-групп.
В дополнение к форполимеру, полиэпоксиду и нехроматному ингибитору коррозии грунтовочная композиция может содержать, например, регуляторы текучести, тиксотропные вещества, усилители адгезии, катализаторы, наполнители, растворители и пигменты.
Рецептуры композиций грунтовочных покрытий могут быть составлены в виде однокомпонентных композиций, где отвердитель (или активатор) примешивают к другим компонентам композиции покрытия с образованием композиции, устойчивой при хранении. В альтернативном варианте, рецептуры композиций грунтовочных покрытий, предлагаемых в настоящем раскрытии изобретения, могут быть составлены в виде двухкомпонентной композиции покрытия, где отвердитель (или активатор) включают в активаторный компонент, который добавляют к смеси или основе, содержащим другие компоненты, непосредственно перед нанесением. Карбонат кальция и оксид магния могут присутствовать в любом одном компоненте или обоих компонентах, выбираемых из активаторного компонента или основного компонента двухкомпонентной композиции. Рецептуры композиций грунтовочных покрытий также могут быть составлены и в виде трехкомпонентной композиции покрытия, содержащей, например, основный компонент, активаторный компонент и разжижительный компонент, где три компонента смешивают перед нанесением. Ингибитор коррозии может присутствовать, по меньшей мере, в одном компоненте, выбираемом из основного компонента, активаторного компонента или разжижительного компонента трехкомпонентной системы. В дополнение к этому, карбонат кальция и оксид магния могут присутствовать, по меньшей мере, в двух компонентах, выбираемых из основного компонента, активаторного компонента или разжижительного компонента трехкомпонентной системы. Кроме того, ингибитор коррозии может присутствовать в каждом компоненте, выбираемом из основного компонента, активаторного компонента и разжижительного компонента трехкомпонентной системы. Карбонат кальция и оксид магния могут быть включены совместно или раздельно в тот или другой компонент, выбираемые из основного, активаторного и разжижительного компонентов.
Композиции грунтовочных покрытий, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут иметь форму жидкой композиции покрытия, такой как композиция покрытия на водной основе, композиция покрытия, содержащая растворитель, или электроосаждаемая композиция покрытия. Композиции покрытий также могут иметь форму сореакционноспособного твердого вещества в дисперсной форме (то есть, композиции порошкового покрытия). Композиции покрытий могут быть получены с применением любого способа из широкого спектра подходящих для использования способов. Например, карбонат кальция и оксид магния могут быть добавлены в любой момент времени во время получения композиции покрытия при том условии, что наночастицы будут формировать стабильную дисперсию. Композиция покрытия может быть получена в результате смешивания сначала форполимера, карбоната кальция и оксида магния и разбавителя, такого как органический растворитель и/или вода. В случае использования в качестве разбавителя воды композиция покрытия может быть композицией покрытия на водной основе. Композиция покрытия на водной основе может включать пленкообразующую смолу, полученную в результате прохождения реакции между форполимерным уретансодержащим простым полиэфиром, содержащим тиольные концевые группы, и полиэпоксидом. Карбонат кальция и оксид магния могут присутствовать в любых или всех компонентах композиции покрытия на водной основе.
В случае использования в качестве разбавителя органического растворителя композиция грунтовочного покрытия может быть композицией покрытия, содержащей растворитель. Композиции покрытий, содержащие растворители, могут включать пленкообразующую смолу, полученную в результате прохождения реакции между форполимерным уретансодержащим простым полиэфиром, содержащим тиольные концевые группы, и полиэпоксидом. Например, композиция покрытия, содержащая растворитель, может представлять собой трехкомпонентную систему, включающую основный компонент, например, содержащий форполимер, активаторный компонент, например, содержащий полиэпоксид, и необязательно разжижительный компонент, например, смесь из растворителей. Любой компонент, выбираемый из основного компонента, активаторного компонента или разжижительного компонента, может включать другие компоненты, такие как пигменты, наполнители и/или другие добавки. В ходе использования, если композиция покрытия готова к нанесению на подложку, основный компонент и активаторный компонент и там, где это уместно, разжижительный компонент могут быть смешаны друг с другом, нанесены на подложку и подвергнуты отверждению. Карбонат кальция и оксид магния могут присутствовать в любых компонентах или всех компонентах композиции покрытия, содержащей растворитель.
Распыляемая композиция может содержать растворитель или комбинацию из растворителей. Примеры подходящих для использования растворителей включают изопропиловый спирт, ацетат 1-метокси-2-пропанола, парахлорбензотрифторид, метил-н-амиловый кетон, н-бутилацетат и комбинации из любых представителей из представленных выше.
Распыляемая композиция может содержать разжижитель, такой как продукт СА 1800СХ, доступный в компании PPG Aerospace.
Распыляемая композиция может содержать усилитель адгезии или комбинацию из усилителей адгезии. Примеры подходящих для использования усилителей адгезии включают аллиловые простые эфиры метилолфенола и ксилолоформальдегидный полимер, содержащий эпоксид, такие как продукты Methylon® 75108 и Methylon® 75202, и другие усилители адгезии, доступные в компании Durez Corporation.
Распыляемая композиция может содержать катализатор, такой как аминовый катализатор. Одним примером подходящего для использования аминового катализатора является продукт DABCO® 33-LV от компании Air Products – триэтилендиамин в дипропиленгликоле. Аминовый катализатор может содержать третичный аминовый катализатор, такой как 2,4,6-три(диметиламинометил)фенол, такой как продукт Anacamine® K54 от компании Air Products. Катализатор может содержать комбинацию из аминовых катализаторов, такую как комбинация из продуктов DABCO® 33-LV и Anacamine® K54.
Распыляемая композиция может содержать неорганический материал или комбинацию из неорганических материалов. Неорганический материал может включать, например, технический углерод, карбонат кальция, диоксид титана, оксид магния или комбинацию из любых представителей из представленных выше. Один пример подходящего для использования технического углерода включает продукт Thermax® Powder UltraPure N-991 от компании Cancarb Limited. Могут быть использованы и другие разновидности технического углерода. Один пример подходящего для использования пигмента на основе диоксида титана включает продукт Ti-Pure® R706, доступный в компании DuPont. Могут быть использованы и другие пигменты на основе диоксида титана.
Таким образом, грунтовочные композиции могут содержать первую часть, содержащую форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, и карбонат кальция, такой как наночастицы карбоната кальция; и вторую часть, содержащую полиэпоксид, и оксид магния, такой как наночастицы оксида магния.
Грунтовочная система может содержать первую часть, содержащую от 18 мас.% до 30 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 11 мас.% до 23 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция; где значение в мас.% получают при расчете на общую массу первой части; а вторая часть содержит: от 9 мас.% до 17 мас.% полиэпоксида; и от 16 мас.% до 28 мас.% оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу второй части.
Грунтовочная система может содержать первую часть, содержащую от 20 мас.% до 28 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 13 мас.% до 21 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция; где значение в мас.% получают при расчете на общую массу первой части; а вторая часть содержит: от 11 мас.% до 15 мас.% полиэпоксида; и от 18 мас.% до 26 мас.% оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу второй части.
Грунтовочная система может содержать первую часть, содержащую от 22 мас.% до 26 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 15 мас.% до 19 мас.% карбоната кальция, такого как наночастицы карбоната кальция; где значение в мас.% получают при расчете на общую массу первой части; а вторая часть содержит: от 12 мас.% до 14 мас.% полиэпоксида; и от 20 мас.% до 24 мас.% оксида магния, такого как наночастицы оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу второй части.
Грунтовочная система, кроме того, может содержать третью часть, где третья часть содержит растворитель.
Распыляемая грунтовочная система может содержать от 30 мас.% до 42 мас.% первой части; от 24 мас.% до 30 мас.% второй части; и от 30 мас.% до 42 мас.% третьей части, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной системы.
Распыляемая грунтовочная система может содержать от 32 мас.% до 40 мас.% первой части; от 26 мас.% до 28 мас.% второй части; и от 32 мас.% до 40 мас.% третьей части, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной системы.
Распыляемая грунтовочная система может содержать от 34 мас.% до 38 мас.% первой части; от 26 мас.% до 28 мас.% второй части; и от 34 мас.% до 38 мас.% третьей части, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной системы.
Первая часть (основа), вторая часть (активатор) и третья часть (разжижитель) могут быть объединены при соотношении, в мас.% 4 : 3 : 4 для получения распыляемой грунтовочной композиции.
Композиции, предлагаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут быть использованы в качестве коррозионно-стойких грунтовочных покрытий. Термин «композиция грунтовочного покрытия» относится к композициям покрытий, из которых может быть осаждено на подложку подстилающее покрытие в целях подготовки поверхности для нанесения системы покрытия. Металлические подложки, на которые могут быть нанесены покрытия из таких композиций, включают, например, подложки, включающие сталь (в том числе, помимо прочего, электролитически оцинкованную сталь, холоднокатаную сталь, сталь горячего цинкования), алюминий, алюминиевые сплавы, цинково-алюминиевые сплавы и сталь, плакированную алюминием. Подложки, на которые может быть нанесена композиция грунтовочного покрытия, могут содержать более, чем один металл или металлический сплав, т.е. подложка может представлять собой комбинацию из двух и более металлических подложек, скомпонованных совместно, таких как подложки на основе стали горячего цинкования, скомпонованной с алюминием.
Композиции грунтовочных покрытий настоящего изобретения могут быть нанесены на обнаженный металл. Под термином «обнаженный» подразумевается металлическая поверхность, которая не была подвергнута обработке при использовании любых композиций для предварительной обработки, таких как, например, обычных фосфатирующих ванн, растворов для прополаскивания на основе тяжелых металлов, химического конверсионного покрытия или хроматного анодирования. Для улучшения адгезии к грунтовочному покрытию обнаженный металл может быть подвергнут пескоструйной обработке или истиранию под действием механической силы. В дополнение к этому, подложки из тяжелых металлов, подвергаемые нанесению покрытий из композиций грунтовочных покрытий настоящего изобретения, могут представлять собой обрезанную кромку подложки, которую подвергают обработке и/или нанесению покрытия другим образом на остальной части ее поверхности.
Композиции грунтовочных покрытий, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть нанесены на металлическую поверхность, подвергнутую обработке. Под термином «подвергнутый обработке» подразумевается металлическая поверхность, которая была подвергнута обработке при использовании композиций для предварительной обработки, таких как, например, фосфатирующей ванны, раствора для прополаскивания на основе тяжелых металлов, химического конверсионного покрытия, хроматного анодирования или нехроматной обработки поверхности. В дополнение к этому, подвергнутые обработке металлические подложки, подвергаемые нанесению покрытий из композиций грунтовочных покрытий, предлагаемых в настоящем изобретении, могут представлять собой обрезанную кромку подложки, которую подвергают обработке и/или нанесению покрытия другим образом на остальной части ее поверхности.
Перед нанесением композиции грунтовочного покрытия металлическая подложка, подвергаемая нанесению покрытия, сначала может быть очищена для удаления жира, грязи и/или других загрязнителей. Могут быть использованы обычные методики очищения и материалы. Методики очищения могут включать, например, использование мягкого или сильного щелочного очистителя. Примеры растворов для очищения подложек включают продукты ALK-660 и ED-500, доступные в компании PPG Aerospace. За нанесением таких очистителей может следовать прополаскивание при использовании воды, и/или прополаскивание при использовании воды может предшествовать нанесению таких очистителей.
Затем после очищения при использовании щелочного очистителя металлическая поверхность может быть промыта при использовании водного кислотного раствора и перед осаждением композиции грунтовочного покрытия на металлическую подложку. Примеры подходящих для использования растворов для прополаскивания включают мягкие или сильные кислотные очистители, такие как разбавленные растворы фосфорной кислоты. Примеры подходящих для использования водных кислотных растворов включают, например, продукты АС-5 и АС-12, доступные в компании PPG Aerospace.
На грунтовочные покрытия, полученные или осажденные из композиций грунтовочных покрытий, предлагаемых в настоящем раскрытии изобретения, может быть нанесено верхнее или облицовочное покрытие при использовании системы нанесенного поверх защитного и/или декоративного покрытия, такого как однослойное верхнее покрытие или комбинация из композиции пигментированного покрытия основы и композиции прозрачного покрытия, то есть, системы окрашенного покрытия плюс прозрачного покрытия. В результате настоящее изобретение также направлено на многокомпонентные композитные покрытия, включающие, по меньшей мере, один слой покрытия, осажденный из композиции антикоррозионного грунтовочного покрытия, предлагаемой в настоящем изобретении. Многокомпонентное или многослойное композитное покрытие может содержать пленкообразующую композицию покрытия основы, исполняющую функцию покрытия основы, которое может быть пигментированным окрашенным покрытием, и пленкообразующую композицию, нанесенную поверх покрытия основы и исполняющую функцию верхнего покрытия, которое может быть светопропускающим или прозрачным покрытием.
Композиция покрытия, из которой осаждают покрытие основы и/или верхнее покрытие, может включать, например, подходящие для использования композиции покрытий в виде покрытия основы или верхнего покрытия, известные для специалистов в соответствующей области техники, например, при составлении, помимо прочего, рецептур композиций автомобильных покрытий от производителей оригинального оборудования, композиций покрытий для автомобильного ремонта, композиций промышленных покрытий, композиций архитектурных покрытий, композиций покрытий рулонного проката и композиций авиационно-космических покрытий. Композиция облицовочного покрытия может включать композицию покрытия на уретановой основе, такую как, например, в случае любого из покрывных покрытий CA 8200, Desothane® HS, доступных в компании PPG Aerospace.
Композиции грунтовочных покрытий, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть получены при использовании любого способа из широкого спектра подходящих для использования способов. Например, антикоррозионные наночастицы могут быть добавлены в любой момент времени во время составления рецептуры композиции покрытия, содержащей пленкообразующую смолу, при условии, что антикоррозионные наночастицы будут формировать стабильную дисперсию в пленкообразующей смоле. Композиции покрытий могут быть получены в результате смешивания сначала композиции, содержащей форполимер, карбонат кальция и оксид магния, пигменты, наполнители и разбавители, такие как органические растворители и/или вода, диспергирования смеси при использовании высокоскоростного диспергатора, например, при числе оборотов в диапазоне от 1000 об./мин до 2000 об./мин в течение периода времени в диапазоне от 10 минут до 30 минут, а после этого пропускания дисперсии через краскотерку для достижения тонины помола 5 плюс согласно определению при использовании калибровочного прибора для определения тонины помола.
Композиция грунтовочного покрытия может быть нанесена на подложку с применением подходящих для использования методик нанесения, таких как окунание или погружение, распыление, прерывистое распыление, окунание с последующим распылением, распыление с последующим окунанием, нанесение покрытия кистью или нанесение покрытия валиком. Могут быть применены подходящие для использования методики распыления и оборудование для пневматического распыления и электростатического распыления, с применением либо ручных, либо автоматических способов. Несмотря на возможность нанесения композиций грунтовочных покрытий, предлагаемых в настоящем изобретении, на различные подложки, такие как древесина, стекло, ткань, пластмасса, пеноматериал, в том числе эластомерные подложки и тому подобное, во множестве случаев подложка содержит металл.
После нанесения композиции грунтовочного покрытия на подложку на поверхности подложки образуется пленка вследствие отгонки растворителя, то есть, органического растворителя и/или воды, из пленки в результате нагревания или в результате высушивания на воздухе. Подходящие для использования условия высушивания могут зависеть от конкретных композиции и/или области применения и могут включать, например, время высушивания в диапазоне от 1 минуты до 5 минут при температуре в диапазоне от 80°F до 250°F (от 27°С до 121°С). Поверх грунтовочного покрытия может быть нанесен более чем один слой покрытия. Между нанесениями покрытий нанесенное ранее покрытие может быть подвергнуто мгновенному испарению; например, в условиях окружающей среды в течение периода времени в диапазоне от 5 минут до 30 минут.
Толщина нанесенного грунтовочного покрытия может находиться в диапазоне, например, от 0,1 мила до 3 милов (от 2,5 микрона до 75 микронов), т.е. от 0,2 мила до 2 милов (от 5 микронов до 50 микронов). После этого композиция грунтовочного покрытия может быть нагрета для отверждения покрытия. Во время проведения операции отверждения растворители будут отгоняться, а сшиваемые компоненты композиции, в случае их наличия, будут сшиваться. Операция нагревания и отверждения может быть проведена, например, при температуре в диапазоне от 80°F до 250°F (от 27°С до 121°С), или могут быть использованы более низкие или более высокие температуры.
После нанесения композиции грунтовочного покрытия на подложку и отверждения поверх отвержденного грунтовочного покрытия может быть нанесено верхнее покрытие в случае системы многослойного покрытия. Между нанесениями покрытий нанесенное ранее покрытие может быть подвергнуто мгновенному испарению; например, в условиях окружающей среды в течение периода времени в диапазоне от 1 часа до 72 часов, например, от 2 часов до 24 часов. Толщина верхнего покрытия может находиться, например, в диапазоне от 0,5 мила до 4 милов (от 12 микронов до 100 микронов), т.е. от 1 мила до 3 милов (от 25 микронов до 75 микронов). Верхнее покрытие может содержать форполимерный полиуретан. После этого многослойное покрытие может быть нагрето. Во время проведения операции отверждения растворители могут быть отогнаны, а сшиваемые компоненты композиции нанесенного сверху покрытия, в случае их наличия, могут быть сшиты. Операция нагревания и отверждения может быть проведена при температуре в диапазоне от 80°F до 250°F (от 27°С до 121°С), или могут быть использованы более низкие или более высокие температуры.
Способы нанесения покрытия на поверхность включают нанесение грунтовочной композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, на поверхность; отверждение грунтовочной композиции для получения отвержденного грунтовочного покрытия; нанесения полиуретанового покрытия поверх, по меньшей мере, участка отвержденного грунтовочного покрытия; и отверждения полиуретанового покрытия для получения поверхности с нанесенным покрытием.
Грунтовочные покрытия и многослойные покрытия, предлагаемые в настоящем изобретении, может успешно соответствовать требованиям технических характеристик документа MIL-PRF-32239A.
ПРИМЕРЫ
Варианты осуществления, предлагаемые в настоящем изобретении, кроме того, иллюстрируются при обращении к следующим далее примерам, в которых описываются композиции антикоррозионных грунтовочных покрытий и свойства композиций антикоррозионных грунтовочных покрытий. Для специалистов в соответствующей области техники должно быть очевидным то, что без отклонения от объема раскрытия изобретения на практике может быть реализовано множество модификаций в отношении как материалов, так и способов.
Пример 1
Грунтовочное покрытие и полиуретановое покрывное покрытие
Распыляемая грунтовочная композиция может быть получена в результате смешивания основы, активатора и разжижителя.
Для получения композиции основы объединяют и тщательно смешивают компоненты в количествах, перечисленных в таблице 1.
Таблица 1. Композиция основы.
| Компонент | Масса (г) |
| Форполимер (Permapol® P2-850; PPG Aerospace) | 9,5 |
| Аминовые катализаторы | 0,2 |
| Усилитель адгезии | 0,2 |
| Наночастицы карбоната кальция (Winnofil® SPM; Solvay) | 6,7 |
| Растворители | 17,3 |
| Пигмент на основе рутиловой формы диоксида титана (Ti-Pure® R706; DuPont) | 5,9 |
| Итого | 39,9 |
Для получения активаторной композиции объединяли и тщательно смешивали компоненты в количествах, перечисленных в таблице 2.
Таблица 2. Композиция активатора.
| Компонент | Масса (г) |
| Растворители | 17,8 |
| Полиэпоксидная смола (DEN® 438 Epoxy Novolac; Dow Chemical) | 4,0 |
| Технический углерод (Thermax® Powder UltraPure N-991; Cancarb Limited) | 1,3 |
| Оксид магния | 6,6 |
| Итого | 29,7 |
Компоненты композиции разжижителя перечисляются в таблице 3.
Таблица 3. Композиция разжижителя.
| Компонент | Материал | Изготовитель | Масса (г) |
| Растворитель | СА 1800СХ | PPG Aerospace | 30,4 |
Распыляемую грунтовку получали в результате смешивания 4 массовых частей композиции основы, 3 массовых частей композиции активатора и 4 массовых частей разжижителя.
Распыляемая грунтовка характеризовалась значением ЛОС 350 г/л и жизнестойкостью (жизнеспособностью), составляющей приблизительно 2 часа.
Образцы для испытаний получали в результате распылительного нанесения поверх подвергнутых обработке панелей MIL-C-5541 и MIL-A-8625 Type I.
Образцы для испытаний получали в результате распыления распыляемой грунтовочной композиции на подложки алюминий 2024-T3, алюминий 6061-T6 или алюминий 6061-T0, подвергнутые обработке при использовании продуктов Alodine® 600, Alodine® 1200, CAA (анодирование при использовании хромовой кислоты) или ЕАР-9 (нехроматированное конверсионное покрытие Boegel).
После отверждения грунтовочного покрытия в результате воздействия на покрытие температуры 77°F (25°C) в течение 4 часов поверх отвержденного грунтовочного покрытия наносили полиуретановое верхнее покрытие СА 8211. Верхнее покрытие имело толщину 2 ± 0,3 мила (51 ± 8 мкм). Продукт СА 8211 доступен на коммерческих условиях в компании PPG Aerospace.
Панели подвергали испытаниям в соответствии с документами ASTM D1200, ASTM D3363, ASTM D3359, ASTM D2794, Federal Test Standard Method 141 6301.1 и Federal Test Standard Method 141 6226.
Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты для многослойного покрытия.
| Испытание | Подложка | Результат |
| ЛОС | - | 300 г/л |
| Жизнестойкость (жизнеспособность) | - | 2 часа |
| Адгезия в сухом состоянии | T6 Bare Alodine® 600 | Успешно |
| T6 Bare Alodine® 1200 | Успешно | |
| T3 Bare Alodine® 1200 | Успешно | |
| T3 Bare CAA | Успешно | |
| T3 Clad EAP-9 | Успешно | |
| Адгезия во влажном состоянии, 7 дней в воде при 77°F (25°C) |
T6 Bare Alodine® 600 | Успешно |
| T6 Bare Alodine® 1200 | Успешно | |
| T3 Bare Alodine® 1200 | Успешно | |
| T3 Bare CAA | Успешно | |
| T3 Clad EAP-9 | Успешно | |
| Гибкость, GE Impact | T0 Bare CAA | 60 %-ное относительное удлинение (только грунтовка) |
| Гибкость, оправка в 1 дюйм (25,4 мм) | T3 Bare CAA | Успешно |
Пример 2
Влияние уровня содержания карбоната кальция на стойкость к воздействию продукта Skydrol®
Определяли влияние увеличенного уровня содержания карбоната кальция на стойкость к воздействию продукта Skydrol®.
Распыляемую рецептуру получали так же, как и в примере 1. Рецептуры содержали количества оксида магния, карбоната кальция и технического углерода, как это продемонстрировано в таблице 5.
| Образец | Оксид магния MgO (г в основе) | Карбонат кальция СаСО3 (г в активаторе) | Технический углерод (г в активаторе) |
| А | 6,6 | 6,7 | 1,3 |
| В | 6,7 | 7,3 | 0,51 |
Рецептуры распыляемых герметиков наносили на поверхность T3 Alodine® 1200 и отверждали в соответствии со способами, раскрытыми в примере 1. Панели для испытаний подвергали воздействию продукта Skydrol® LD40 и проводили испытание на адгезию в соответствии с документом ASTM D3359. Результаты представлены на фиг. 1А-1D. Фиг. 1А и 1В представляют собой фотографии панелей с нанесенными покрытиями из рецептуры А после погружения в продукт Skydrol®, соответственно, на 4 часа и 24 часа. После воздействия продукта Skydrol® верхнее покрытие подвергали набуханию и отслаиванию. Фиг. 1С и 1D демонстрируют фотографии панелей с нанесенными покрытиями из рецептуры В после погружения в продукт Skydrol®, соответственно, на 4 часа и 24 часа. Увеличение уровня содержания карбоната кальция в грунтовке приводило к улучшению стойкости к воздействию продукта Skydrol® у покрывного покрытия.
Аспекты настоящего изобретения включают:
Аспект 1. Грунтовочная композиция, содержащая форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы; полиэпоксид; от 5 мас.% до 9 мас.% карбоната кальция; и от 3 мас.% до 7 мас.% оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Аспект 2. Грунтовочная композиция из аспекта 1, где отношение (мас.%/мас.%) карбоната кальция и оксида магния составляет более, чем 1,3.
Аспект 3. Грунтовочная композиция из аспектов 1-2, где грунтовочная композиция содержит: от 16 мас.% до 26 мас.% карбоната кальция; и от 12 мас.% до 20 мас.% оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ композиции.
Аспект 4. Грунтовочная композиция из аспектов 1-3, где полиэпоксид включает новолачную эпоксидную смолу.
Аспект 5. Грунтовочная композиция из аспектов 1-4, где карбонат кальция включает наночастицы карбоната кальция, характеризующиеся средним диаметром частиц в диапазоне от 20 нм до 200 нм; и наночастицы оксида магния характеризуются средним диаметром частиц в диапазоне от 10 нм до 100 нм.
Аспект 6. Грунтовочная композиция из аспектов 1-5, где грунтовочная композиция содержит: от 8 мас.% до 12 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 1 мас.% до 5 мас.% полиэпоксида, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Аспект 7. Грунтовочная композиция из аспектов 1-6, где грунтовочная композиция содержит: от 20 мас.% до 40 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 7 мас.% до 13 мас.% полиэпоксида, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ грунтовочной композиции.
Аспект 8. Грунтовочная композиция из аспектов 1-7, где грунтовочная композиция содержит от 55 мас.% до 65 мас.% растворителя или комбинации из растворителей, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Аспект 9. Грунтовочная композиция из аспектов 1-8, где грунтовочная композиция содержит от 28 мас.% до 40 мас.% твердых веществ, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
Аспект 10. Отвержденное грунтовочное покрытие, полученное из грунтовочной композиции из аспектов 1-9.
Аспект 11. Подложка, содержащая отвержденное грунтовочное покрытие из аспекта 10.
Аспект 12. Подложка из аспекта 11, где подложка содержит алюминий или алюминиевый сплав.
Аспект 13. Многослойное покрытие, включающее отвержденное грунтовочное покрытие, полученное из грунтовочной композиции из аспектов 1-9; и отвержденное полиуретановое покрытие, нанесенное поверх отвержденного грунтовочного покрытия.
Аспект 14. Способ нанесения покрытия на поверхность, включающий: нанесение грунтовочной композиции из аспектов 1-9 на поверхность; отверждение грунтовочной композиции для получения отвержденного грунтовочного покрытия; нанесение полиуретанового покрытия поверх, по меньшей мере, участка отвержденного грунтовочного покрытия; и отверждение полиуретанового покрытия для получения поверхности с нанесенным покрытием.
Аспект 14. Грунтовочная система, содержащая: первую часть, содержащую форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, и карбонат кальция; и вторую часть, содержащую полиэпоксид и оксид магния.
Аспект 15. Грунтовочная система из аспекта 14, где первая часть содержит: от 18 мас.% до 30 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и от 11 мас.% до 23 мас.% карбоната кальция; где значение в мас.% получают при расчете на общую массу первой части; а вторая часть содержит: от 9 мас.% до 17 мас.% полиэпоксида; и от 16 мас.% до 28 мас.% оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу второй части.
Аспект 16. Грунтовочная система из аспекта 15, где грунтовочная система, кроме того, содержит третью часть, где третья часть содержит растворитель.
Аспект 17. Грунтовочная система из аспекта 16, где грунтовочная система содержит: от 30 мас.% до 42 мас.% первой части; от 24 мас.% до 30 мас.% второй части; и от 30 мас.% до 42 мас.% третьей части, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной системы.
Аспект 18. Композиция, содержащая грунтовочную систему из аспектов 16-17, где объединяют первую часть, вторую часть и объединяют третью часть.
В заключение следует отметить, что существуют альтернативные способы воплощения вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе. В соответствии с этим, настоящие варианты осуществления должны рассматриваться в качестве иллюстрации, а не ограничения. Кроме того, формула изобретения не должна ограничиваться подробностями, представленными в настоящем документе, и обладает правом на полный объем и все эквиваленты.
1. Грунтовочная композиция, содержащая:
форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы;
полиэпоксид;
от 5 до 9 мас.% карбоната кальция; и
от 3 до 7 мас.% оксида магния,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
2. Грунтовочная композиция по п. 1, в которой соотношение (мас.%/мас.%) карбоната кальция и оксида магния составляет более чем 1,3.
3. Грунтовочная композиция по п. 1, которая содержит:
от 16 до 26 мас.% карбоната кальция; и
от 12 до 20 мас.% оксида магния,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ композиции.
4. Грунтовочная композиция по п. 1, в которой полиэпоксид включает новолачную эпоксидную смолу.
5. Грунтовочная композиция по п. 1, в которой
карбонат кальция включает наночастицы, характеризующиеся средним диаметром частиц в диапазоне от 20 до 200 нм; и
оксид магния включает наночастицы, характеризующиеся средним диаметром частиц в диапазоне от 10 до 100 нм.
6. Грунтовочная композиция по п. 1, которая содержит:
от 8 до 12 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и
от 1 до 5 мас.% полиэпоксида,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
7. Грунтовочная композиция по п. 1, которая содержит:
от 20 до 40 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и
от 7 до 13 мас.% полиэпоксида,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ грунтовочной композиции.
8. Грунтовочная композиция по п. 1, которая содержит от 55 до 65 мас.% растворителя или комбинации из растворителей, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
9. Грунтовочная композиция по п. 1, которая содержит от 28 до 40 мас.% твердых веществ, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной композиции.
10. Отвержденное грунтовочное покрытие, полученное из грунтовочной композиции по п. 1.
11. Подложка, содержащая отвержденное грунтовочное покрытие по п. 10.
12. Подложка по п. 11, где подложка содержит алюминий или алюминиевый сплав.
13. Многослойное покрытие, включающее
отвержденное грунтовочное покрытие, полученное из грунтовочной композиции по п. 1; и
отвержденное полиуретановое покрытие, нанесенное поверх отвержденного грунтовочного покрытия.
14. Способ нанесения покрытия на поверхность, включающий:
нанесение грунтовочной композиции по п. 1 на поверхность;
отверждение грунтовочной композиции для получения отвержденного грунтовочного покрытия;
нанесение полиуретанового покрытия поверх, по меньшей мере, участка отвержденного грунтовочного покрытия; и
отверждение полиуретанового покрытия для получения поверхности с нанесенным покрытием.
15. Грунтовочная система, содержащая:
первую часть, включающую форполимерный уретансодержащий простой полиэфир, содержащий тиольные концевые группы, и от 16 до 26 мас.% карбоната кальция; и
вторую часть, включающую полиэпоксид и от 12 до 20 мас.% оксида магния, где значение в мас.% получают при расчете на общую массу твердых веществ композиции.
16. Грунтовочная система по п. 15, в которой
первая часть содержит:
от 18 до 30 мас.% форполимерного уретансодержащего простого полиэфира, содержащего тиольные концевые группы; и
от 11 до 23 мас.% карбоната кальция;
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу первой части; а
вторая часть содержит:
от 9 до 17 мас.% полиэпоксида; и
от 16 до 28 мас.% оксида магния,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу второй части.
17. Грунтовочная система по п. 15, которая дополнительно содержит третью часть, причем третья часть содержит растворитель.
18. Грунтовочная система по п. 17, которая содержит:
от 30 до 42 мас.% первой части;
от 24 до 30 мас.% второй части; и
от 30 до 42 мас.% третьей части,
где значение в мас.% получают при расчете на общую массу грунтовочной системы.
19. Грунтовочная композиция, содержащая грунтовочную систему по п. 17, в которой объединены первая часть, вторая часть и третья часть.
