Полиуретановая композиция для защитных покрытий
Владельцы патента RU 2737743:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") (RU)
Настоящее изобретение относится к полиуретановой композиции для получения защитных покрытий и может быть использовано для защиты металлических, бетонных, железобетонных, деревянных поверхностей строительных конструкций от коррозии и интенсивного воздействия различных агрессивных сред. Полиуретановая композиция для защитных покрытий содержит 100 мас.ч. полиоксипропиленгликоля с молекулярной массой 1000, 90-140 мас.ч. полиизоцианата на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, 1,2-5 мас.ч. триэтаноламина, 5-15 мас.ч. орто-фосфорной кислоты, растворитель смесь толуола с ацетоном и этилацетатом и дополнительно содержит 2,5-15 мас.ч. фталевого ангидрида или 3,6-11 мас.ч. пиромеллитового диангидрида. Изобретение позволяет повысить твердость полиуретанового защитного покрытия на 30% и термостойкость на 22%. 9 пр., 2 табл.
Изобретение относится к составу полиуретановых защитных композиций для получения покрытий и может быть использовано для защиты металлических, бетонных, железобетонных, деревянных поверхностей строительных конструкций от коррозии и интенсивного воздействия различных агрессивных сред.
Известна полиуретановая композиция для защитных покрытий, включающая полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, полиол, растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, в качестве растворителя - ацетон, дополнительно содержит дибутилдилаурат олова и дефенилпропан, при следующем соотношении компонентов мас. ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 65-70 |
| дибутилдилаурат олова | 0,1-0,2 |
| дифенилолпропан | 70-30 |
| ацетон | 125, |
см. RU Патент 2393189, C09D 175/08 (2006.01), C08G 18/65 (2006.01), C08G 18/32 (2006.01), C08G 18/24 (2006.01), 2010.
Недостатком данной композиции является повышенное содержание дорогостоящего дибутилдилаурата олова и низкая твердость покрытий.
Известна полиуретановая композиция для защитных покрытий, включающая полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, полиол, амин и растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, в качестве амина - трибутиламин, в качестве растворителя - этилацетат и бутилацетат, дополнительно содержит октоат олова и/или дибутилдилауриат олова при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 100-200 |
| этилацетат | 30-70 |
| бутилацетат | 30-70 |
| трибутиламин | 0,1-0,3 |
| октоат олова и/или | 0,2-0,6 |
| дибутилдилауриат олова | 0,2-0,4, |
см. RU Патент 2162478, МПК C09D 175/08 (2006.01), 2001.
Недостатком данной композиции является низкая прочность покрытий и содержание в составе композиции дорогостоящего дибутилдилаурата олова.
Наиболее близкой по технической сущности является полиуретановая композиция для защитных покрытий, содержащая полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, полиол, амин и органический растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, в качестве амина содержит триэтаноламин, а в качестве растворителя - этилацетат, толуол и ацетон, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 105-130 |
| триэтаноламин | 2,25 |
| орто-фосфорная кислота | 3-6 |
| толуол | 66-172 |
| ацетон | 28-72 |
| этилацетат | 13-35, |
см. RU Патент 2690116, C09D 175/08(2006.01), C08L 75/08 (2006.01), C08K 3/32 (2006.01), 2019.
Недостатками данной композиции являются низкая термостойкость и твердость защитного покрытия.
Технической проблемой является низкая термостойкость и твердость защитного покрытия на основе полиуретановой композиции.
Техническая проблема повышение термостойкости и твердости защитного покрытия решается тем, что полиуретановая композиция для защитных покрытий, содержащая полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, орто-фосфорную кислоту, растворитель смесь толуола с ацетоном и этилацетатом, согласно изобретению дополнительно содержит фталевый ангидрид или пиромеллитовый диангидрид, мас. ч.:
| полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 90-140 |
| триэтаноламин | 1,2-5 |
| орто-фосфорная кислота | 5-15 |
| толуол | 48-158 |
| ацетон | 11-66 |
| этилацетат | 9-30 |
| фталевый ангидрид | 2,5-15 |
| или | |
| пиромеллитовый диангидрид | 3,6-11 |
Решение технической задачи позволяет повысить твердость защитного покрытия на 30%, а термостойкость покрытия на 22%.
Характеристика веществ, используемых в композиции:
- полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 производство ОАО «Нижнекамскнефтехим», Россия;
- полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Wannate РМ-200, производство Wanhua-Borsodchem, Китай;
- орто-фосфорная кислота по ГОСТ 6552-80;
- триэтаноламин, производство ПАО «Казаньоргсинтез», Россия;
- толуол по ГОСТ 5789-78;
- ацетон по ГОСТ 2603-79;
- этилацетат по ГОСТ 8981-78;
- фталевый ангидрид по ГОСТ 7119-77;
- пиромеллитовый диангидрид, см. Химическая энциклопедия. - Т. 3. - М.: Советская энциклопедия, 1992. - С. 538;
Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1 - получение полиуретановой композиции для защитных покрытий по прототипу.
На первой стадии готовят полиольную составляющую, содержащую амин, путем смешения указанных исходных компонентов при температуре 85°С в течение 120 минут, мас. ч.:
| полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 | 100 |
| триэтаноламин | 2,25 |
| орто-фосфорная кислота | 6 |
Затем в полиольную составляющую добавляют смесь растворителей на основе толуола, ацетона и этилацетата, мас. ч.:
| этилацетат | 30 |
| толуол | 158 |
| ацетон | 66 |
Тщательно перемешивают до образования однородной массы.
Перед нанесением на поверхность к полиольной составляющей добавляют полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, мас. ч.:
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 108 |
Перемешивают до образования однородной массы и наносят на рабочую поверхность.
Пример 2 - получение полиуретановой композиции для защитных покрытий по заявляемому объекту с использованием в составе композиции фталевого ангидрида.
На первой стадии готовят полиольную составляющую, содержащую амин, путем смешения указанных исходных компонентов при температуре 90°С в течение 120 минут, в мас. ч.:
| полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 | 100 |
| триэтаноламин | 2,5 |
| орто-фосфорная кислота | 5 |
| фталевый ангидрид | 2,5 |
Затем в полиольную составляющую добавляют смесь растворителей на основе толуола, ацетона и этилацетата, в мас. ч.:
| толуол | 91 |
| ацетон | 38 |
| этилацетат | 18 |
Тщательно перемешивают до образования однородной массы.
Перед нанесением на поверхность к полиольной составляющей добавляют полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, мас. ч.:
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 110 |
Компоненты полиуретановой композиции перемешивают до образования однородной массы и наносят на рабочую поверхность.
Примеры 3-7 аналогичны примеру 2.
Пример 8-9.
Полиуретановую композицию для защитных покрытий получают аналогично примеру 2, но используют в составе композиции пиромеллитовый диангидрид.
На основе заявленной полиуретановой композиции для защитных покрытий получают пленку путем заливки раствора полиуретановой композиции в чашку Петри, после улетучивания растворителя и отверждения пленочный материал отделяют от стеклянной поверхности и проводят испытания.
Состав заявленной полиуретановой композиции и по прототипу и свойства защитного покрытия по примерам 1-9 приведены в таблице 1 и в таблице 2.
Физико-механические показатели защитного покрытия: предел прочности при растяжении и модуль упругости определяют в соответствии с ГОСТ 11262-80 на образцах типа 1 на разрывной машине Inspekt mini, при температуре испытания 20±2°С.
Адгезия защитного покрытия, полученного на основе полиуретановой композиции, определяют методом решетчатых надрезов в соответствии с ГОСТ 15140-78.
Прочность при ударе защитного покрытия определяют на стальной пластине на приборе У-1А согласно ГОСТ 4763-73.
Прочность защитного покрытия при изгибе определяют путем сгибания пластины из жести с нанесенным на нее покрытием вокруг цилиндрического стержня определенного диаметра, согласно ГОСТ 52740-2007.
Твердость покрытия по карандашу определяли, согласно ГОСТ Р 54586-2011.
Относительную твердость покрытия (в уд.ед.) определяют по маятниковому прибору марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-89.
Равновесную степень набухания защитного покрытия в этаноле, трансформаторном масле рассчитывают по массе жидкости, поглощенной пленкой, согласно ГОСТ 7516.
Термостойкость покрытия оценивают по значениям начальной температуры разложения (Тнач, °С) и температуры потери 50% массы (Т50%, °С), определяемых по данным термогравиметрического анализа при скорости нагревания 2°С/мин в соответствии с ГОСТ 29127-91.
Стойкость покрытия к статическому воздействию агрессивных жидких сред, в частности 25%-ного раствора серной кислоты, оценивают по ГОСТ 9.403, метод А, по визуальному состоянию внешнего вида и изменению адгезии покрытия.
Как видно из примеров конкретного выполнения, защитные покрытия на основе заявляемой полиуретановой композиции имеют твердость по маятнику в уд ед. 0,87 против 0,67 по прототипу, термостойкость покрытия - начальная температура разложения покрытия повышается на 29-57°С или 11-22%, температура потери 50% массы на 39-62°С или 11-17%, а прочность покрытия при изгибе и при ударе, предел прочности и модуль упругости пленочного материала, стойкость покрытия к статическому воздействию 25%-ной серной кислоты, а также равновесная степень набухания в различных средах остаются на уровне прототипа.
Таким образом, заявленная полиуретановая композиция позволяет повысить твердость защитного покрытия на 30%, а термостойкость покрытия повысить на 22%.
Полиуретановая композиция для защитных покрытий, содержащая полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, орто-фосфорную кислоту, растворитель смесь толуола с ацетоном и этилацетатом, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фталевый ангидрид или пиромеллитовый диангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата | 90-140 |
| триэтаноламин | 1,2-5 |
| орто-фосфорная кислота | 5-15 |
| толуол | 79-123 |
| ацетон | 33-52 |
| этилацетат | 15-24 |
| фталевый ангидрид | 2,5-15 |
| или | |
| пиромеллитовый диангидрид | 3,6-11 |
