Композиция для временного покрытия изделий из металла

 

Использование: лакокрасочная промышленность, в частности временная защита металлических поверхностей. Сущность изобретения: композиция для временного покрытия изделий из металла, включающая, %: поли/мет/акриловая кислота 10 - 15, полиэтиленгликоль 5 - 10, изопропиловый спирт 45 - 65, вода остальное. 1 табл.

Изобретение относится к составам для нанесения покрытий на основе акрилсодержащих мономеров, в частности для нанесения покрытий на металлические детали для их дальнейшей обработки (путем холодной штамповки металлов).

На машиностроительных заводах методом холодной штамповки изготавливают различные товары народного потребления из нержавеющей стали, например, кастрюли, чайники, бидоны, ложки, ковши, мойки и т.п. умывальники и унитазы для оснащения вагонов. Перед штамповкой на поверхность металлических заготовок наносят защитное лаковое покрытие, что позволяет предохранить поверхность металлического изделия от царапин, задиров, а также удлинить срок службы дорогостоящих штампов. После штамповки лаковое покрытие удаляют соответствующими растворителями.

В настоящее время для этих целей на машиностроительных заводах используют лаки ЗВ-784 [1] и НЦ-134 [2] Лак ХВ-784 это раствор хлорированной поливинилхлоридной смолы в смеси летучих органических растворителей с добавлением пластификатов.

Лак НЦ-134 это лак на основе нитроцеллюлозы, в его состав входят следующие растворители: толуол, ацетон, бутилацетат, этилацетат и др.

Оба лака дают хорошие защитные покрытия, но покрытие на основе лака НЦ-134 зависит от качества лака, которое меняется с каждой новой партией.

По технологии как только заготовка проходит стадию вытяжки и обрезание краев, покрытие необходимо удалить.

Удаление покрытия на основе лака ХВ-784 производят легкокипящими органическими растворителями: уайт-спирит, Р-4, N 646. Покрытие на основе лака НЦ-134 удаляют при помощи горящего щелочного раствора (температура в отмывочной ванне 70^oC). При такой температуре происходит разрушение нестойкой нитроцеллюлозы и выделение в атмосферу окислов азота, синильной кислоты, формальдегида, нитрилов, паров едкого натра и других вредных для здоровья химических соединений. Кроме того, быстрый нагрев лака в ванне для отмывки может закончиться вспышкой и взрывом.

Таким образом, недостатки применения лаков НЦ-134 и ХВ-784 следующие: токсичность, пожароопасность, вред для здоровья.

Известна композиция для покрытия металла перед штамповкой изделий [3] состоящая из отходов поливинилхлоридного пластизоля 96 97 мас. и остальное /3-4 уайт-спирит. Применение этой композиции позволяет повысить эластичность, прочность и снизить толщину покрытия до 0,5 1,0 мм.

Однако недостатком этой композиции является применение в качестве растворителя легкокипящего органического растворителя уайт-спирита, а также то, что после штамповки покрытие удаляют или под давлением в моечной машине, или механическим сдиранием, или щелочными растворами, или уайт-спиритом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной композиции является известный состав твердой органической пленки [4] которую наносят на металлические поверхности для их временной защиты на стадии деформации.

Эту пленку получают на основе композиции, имеющей следующий состав, мас. ч.

Полиакриловая смола (кислотное число 50) 75 -100 Высокоплавкая с большим кислотным числом смола 0 25 Стеарат какого-либо металла 0 5 Воск с высокой точкой плавления 0 2 Растворитель 250 1000.

Затем эту пленку сушат и перед операцией деформирования наносят на ее поверхность покрывочную (смазывающую) композицию, имеющую следующий состав, ч.

Минеральное масло Около 90 Монобутиловый эфир этиленгликоля Около 10 После окончания процесса деформации полимерную пленку с металла удаляют, промывая рабочие поверхности в ванне водными растворами щелочи или водными растворами обычных чистящих агентов, таких как полифосфат натрия.

Недостатком данного полимерного состава является то, что пленка на его основе жесткая и противодействующая сдвигу при процессе деформации, поэтому ее надо смягчать, нанося на ее поверхность дополнительный состав. Это усложняет технологический процесс, так как приводит к появлению дополнительных технологических стадий.

Технической задачей изобретения является: увеличение прочностных показателей покрытия, уменьшение толщины покрытия,
сохранение/адгезии и целостность покрытия при степени вытяжки металла для заявляемого покрытия до 80 100% по прототипу до 20%
улучшение условий труда и техники безопасности на стадии изготовления и нанесения покрытия на металл за счет применения нетоксичных и высокотемпературных растворителей (вода, изопропанол);
снижение затрат труда и улучшение техники безопасности на стадии удаления покрытия после окончания процесса деформации.

Технический результат достигается тем, что композиция для временного покрытия изделий из металла содержит поли/мет/акриловую кислоту, полиэтиленгликоль с молекулярной массой 200 400, растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас.

Поли/мет/акриловая кислота 10 15
Полиэтиленгликоль 5 10
Изопропиловый спирт 45 65
Вода Остальное.

Композицию получают следующим образом.

В реактор загружают расчетное количество /мет/акриловой кислоты (МАК) и полиэтиленгликоля с молекулярной массой 200 400 (ПЭГ-4), а также изопропиловый спирт в количестве 7,7 11,1% от общего количества изопропанола, входящего в состав композиции. Из мерника в реактор добавляют необходимое количество обессоленной воды. Смесь нагревают до 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 10 мин. Полимеризацию /мет/акриловой кислоты осуществляют в присутствии окислительно-восстановительного инициатора - персульфата калия и метабисульфита натрия в количестве 1 2% от массы загружаемых в реактор на этой стадии веществ. При температуре 53±2^oC к реакционной массе добавляют приготовленные заранее растворы персульфата калия и метабисульфита натрия в воде. После добавления инициирующей системы температура реакционной смеси повышается за счет экзотермической реакции полимеризации /мет/акриловой кислоты до 70 92^oC. При этой температуре смесь выдерживают в течение 30 мин при перемешивании, после чего реактор охлаждают.

Полученный полупродукт представляет собой водно-спиртовый раствор поли/мет/акриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тыс. и кислотным числом 100±20.

Введение изопропанола на стадии синтеза в количестве 7,7 11,1% от предлагаемого, а также окислительно-восстановительного инициатора позволяют получить поли/мет/акриловую кислоту с требуемыми свойствами. Выход полупродукта практически количественный.

Далее в этот реактор добавляют оставшееся количество изопропилового спирта при перемешивании в течение 30 мин.

Готовая композиция представляет собой прозрачную жидкость, имеющую водородный показатель 2 4, показатель преломления n²_D⁰ 1,3920 1,4050, вязкость 70 110 сст, плотность не менее 0,92.

Получаемая композиция стабильна во времени (срок ее хранения ≥1 года).

Этой композицией покрывают металлические заготовки обычными методами (кистью, окунанием, вальцами и тому подобным). Покрытие высыхает на воздухе при комнатной температуре в течение 15 30 мин. Толщина покрытия 0,005 0,01 мм.

После окончания процесса деформации (штамповки) полимерную пленку с металла удаляют, промывая рабочие поверхности в ванне водой при комнатной температуре.

У получаемых покрытий определяют следующие прочностные показатели: относительное удлинение E(%) и разрушающее напряжение σ_в (кН/м). Эти величины определяют в соответствии с методикой по диаграммам растяжения, полученным на динамометре "Статиграф" при скорости растяжения 186^o мм/мин и 22^oC (295 К). Для проведения этих испытаний отливают на горизонтальную поверхность образцы пленок толщиной 100 150 мкм и размером 15 х 100 мм.

Пример 1. В колбу объемом 500 мм, снабженную мешалкой, загружают 50 г /мет/акриловой кислоты (МАК) и 30 г ПЭГ-4, а также 20 гизопропанола (9,1%) от общего количества). Добавляют 48,5 г обессоленной воды. Смесь нагревают до 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 10 мин. Затем добавляют водные растворы окислительно-восстановительного инициатора в следующем количестве воды: 1,092 г персульфата калия в 32,6 г воды и 1,10 г метабисульфита натрия в 10,9 г воды. После их добавления температура реакционной смеси повышается за счет экзотермической реакции полимеризации до 75 85^oC. При этой температуре смесь при перемешивании выдерживают в течение 30 мин, после чего реактор охлаждают.

Получают полупродукт водно-спиртовой раствор поли/мет/акриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тыс. и кислотным числом 100±10. Добавляют 200 г изопропанола при перемешивании в течение 30 мин. Получают композицию, имеющую следующий состав, мас.

ПМАК 12,5
ПЭГ-4 7,5
Изопропанол 55,0
Вода 25
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водный показатель 3
Показатель преломления 1,398
Вязкость 80 100 сст
Плотность 0,93 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этого состава композиции представлены в таблице.

Пример 2.

Аналогичен примеру 1, но количества вводимых в реактор компонентов следующие:
МАК 40 г
ПЭГ-4 20 г
Изопропанол 20 г (7,7% от общего количества)
Обессоленная вода 65,3 г
Персульфат калия 0,870 г в 26 г воды
Метабисульфит натрия 0,870 г в 8,7 воды
Температура реакционной смеси за счет экзотермической реакции 70 - 80^oC.

Полученный полупродукт имеет молекулярную массу 10 -15 тыс. и кислотное число 100±10.

После введения 240 г изопропанола и перемешивания получают композицию следующего состава, мас.

ПМАК 10,0
ПЭГ-4 5,0
Изопропанол 65,0
Вода 20,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 4
Показатель преломления 1,392
Вязкость 70 90 сст
Плотность 0,92 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этой композиции представлены в таблице.

Пример 3.

Аналогичен примеру 1, но количества вводимых в реактор компонентов следующие:
МАК 60 г
ПЭГ-4 40 г
Изопропанол 20 г (11,1% от общего количества)
Обессоленная вода 48 г
Персульфат калия 1,3 г в 39 г воды
Метабисульфит натрия 1,3 в 13 г воды
Температура реакционной смеси за счет экзотермической реакции полимеризации 80 90^oC.

Полученный полупродукт имеет молекулярную массу 10 15 тыс. и кислотное число 100±10.

После введения 160 г изопропанола и перемешивания получают композицию следующего состав, мас.

ПМАК 15
ПЭГ-4 10,0
Изопропанол 45,0
Вода 30,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 2
Показатель преломления 1,400
Вязкость 90 -110 сст
Плотность 0,95 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этой композиции представлены в таблице.

Пример 4.

В колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, загружают 50 г метакриловой кислоты, 50 г изопропанола (23,5% от всего количества изопропанола), 48,5 г обессоленной воды. Смесь нагревают до температуры 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 100 мин. Затем добавляют водные растворы окислительно-восстановительных инициаторов; 1,092 г персульфата калия в 32,6 г воды и 1,092 г метабисульфита натрия в 10,0 г воды. После их добавления температура реакционной среды повышается за счет экзотермической реакции полимеризации до 75 85^oC. При этой температуре смесь выдерживают в течение 30 мин при перемешивании, после чего колбу охлаждают.

Получают полупродукт: водно-спиртовой раствор полиметакриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тысяч и кислотным числом 100 ±10. Добавляют 30 г ПЭГ-4 (молекулярная масса 200) и 170 г изопропанола при перемешивании в течение 30 мин. Получают композицию, имеющую следующий состав, мас.

ПМАК 12,5
ПЭГ 7,5
Изопропанол 55,0
Вода 25,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 3
Показатель преломления 1,398
Вязкость 80 100 сCт
Плотность 0,93 г/см³.

Формула изобретения

Композиция для временного покрытия изделий из металла, включающая акрилсодержащий полимер и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве акрилсодержащего полимера она содержит поли(мет)акриловую кислоту, в качестве растворителя изопропиловый спирт и воду и дополнительно содержит полиэтиленгликоль с мол.м. 200 400 при следующем соотношении компонентов, мас.

Поли(мет)акриловая кислота 10 15
Полиэтиленгликоль 5 10
Изопропиловый спирт 45 65
Вода Остальноеи

РИСУНКИ

Рисунок 1