Эпоксидная композиция
Владельцы патента RU 2283333:
Лапицкий Валентин Александрович (RU)
Лапицкая Татьяна Валентиновна (RU)
Изобретение относится к получению эпоксидной композиции, используемой для защитных и декоративных покрытий металлических конструкций и стеновых панелей с повышенной устойчивостью к воздействию солнечного излучения, а также для изготовления наливных полов, заливочных компаундов и др. целей. Композиция включает следующее соотношение компонентов в мас.ч.: 100 смоляной части, 30-70 отвердителя, 1-8 пеногасителя - силоксановой смолы, 1-10 модифицированной мочевино-формальдегидной смолы, 1-30 красителя (пигмента), 3-20 модификатора, 10-200 наполнителя. Смоляная часть представляет собой смесь эпоксидных - диановой и алифатической смол, которые берут в соотношении от 60:40 до 95:5. В качестве отвердителя используют производное аминов - продукт взаимодействия аминов общей формулы: H2N-(CaH2a-NH-)n (А), где а от 2 до 10, n от 1 до 6, с эфирами акриловой или алкилакриловой кислоты общей формулы: CH2=CR1-COR2=O (Б), где R1 - водород или алкильный радикал, R2 - алкильный радикал, в присутствии катализатора, при температуре от 30 до 80°С в течение от 10 до 60 минут. Катализатор представляет собой ароматическое, алифатическое или гетероциклическое соединение, содержащее третичный или одновременно третичный и вторичный атомы азота (В) в виде раствора от 10% до 90% концентрации в органическом растворителе. Соотношении компонентов А:Б:В составляет от 80:19,7:0,3 до 30:65:5. Полученный аминоэфир (Г) выдерживают в течение от 6 до 15 суток при температуре от +10 до +30°С. Затем добавляют акриловую или метакриловую кислоту (Д) в соотношении Г:Д от 99:1 до 92:8 и перемешивают в течение от 5 до 65 мин при температуре от 30 до 70°С. В качестве модификатора используют соединение общей формулы R3-(СН2)m-ОН, где R - алкил или арил, m от 1 до 9, или этилцеллозольв, или фенилцеллозольв. Изобретение позволяет повысить устойчивость композиции к ультрафиолету и климатическим воздействиям в условиях значительных колебаний годовых температур и атмосферных осадков. 4 табл.
Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для защитных и декоративных покрытий металлических конструкций и стеновых панелей с повышенной устойчивостью к воздействию солнечного излучения, а также для изготовления наливных полов, заливочных компаундов и др. целей.
Известна эпоксидная композиция, содержащая в качестве отвердителя продукт взаимодействия аминов с акрилатами (см. патент США № 3247163 от 19.04.1966 г.). Недостатком такой композиции является резкий неприятный запах, плохая устойчивость к климатическим воздействиям, особенно в условиях Крайнего Севера, а также наличие дефектов (пор, кратеров и т.д.) в готовых покрытиях.
Ближайшим прототипом заявляемого технического решения является композиция (патент Российской Федерации № 2186801 от 05.01.2001 г.) на основе смеси эпоксидных смол и отвердителей, содержащая пеногаситель, мочевиноформальдегидную смолу, краситель и наполнитель.
Несмотря на многие достоинства, обеспечившие широкое применение на сотнях предприятий, указанная композиция имеет недостаточную устойчивость к климатическим воздействиям, особенно в условиях колебания годовых температур от -60°С до +35°С и изменяет оттенок под воздействием солнечных лучей.
Целью настоящего изобретения является композиция, обеспечивающая получение материалов с повышенной устойчивостью к ультрафиолету и климатическим воздействям в условиях значительных колебаний годовых температур и атмосферных осадков.
Поставленная цель достигается тем, что композиция, состоящая из смеси эпоксидных диановой и алифатической смол, отвердителя, пеногасителя - силоксановой смолы, модифицированной мочевиноформальдегидной смолы, красителя (пигмента) и наполнителя, в качестве отвердителя содержит продукт взаимодействия аминов общей формулы:
где а от 2 до 10, а n от 1 до 6, с эфирами акриловой или алкилакриловой кислоты общей формулы:
где R1 - водород или алкильный радикал, a R2 - алкильный радикал
в присутствии катализатора, представляющего собой ароматическое, алифатическое или гетероциклическое соединение, содержащее третичный или одновременно третичный и вторичный атомы азота (В) в виде раствора от 10% до 90% концентрации в органическом растворителе при соотношении компонентов А:Б:В от 80:19,7:0,3 до 30:65:5 при температуре от 30 до 80°С в течение от 10 до 60 мин с последующей выдержкой аминоэфира (Г) в течение от 6 до 15 суток при температуре от +10 до +30°С с последующим добавлением акриловой или метакриловой кислоты (Д) в соотношении Г:Д от 99:1 до 92:8 с перемешиванием в течение от 5 до 65 мин, при температуре от 30 до 70°С и, дополнительно, модификатор общей формулы R3-(СН2)m-ОН, где R3 - алкил или арил, a m от 1 до 9, или этилцеллозольв, или фенилцеллозольв, при этом композиция содержит в мас.ч.:
| Смоляная часть | 100 |
| Отвердитель | 30÷70 |
| Пеногаситель - силоксановая смола | 1÷8 |
| Модифицированная мочевино-формальдегидная смола | 1÷10 |
| Краситель-пигмент | 1÷30 |
| Модификатор | 3÷20 |
| Наполнитель | 10÷200 |
Получение композиции иллюстрируется примерами.
Получение отвердителя
Пример 1.
В реактор, снабженный обогревом, охлаждением и мешалкой, загружают 2,5 мас.ч. этилацетата и 2,5 мас.ч. катализатора - метилимидазола (В), затем перемешивают при 20°С до получения раствора (50% концентрации). После этого последовательно приливают 57,5 мас.ч. диэтилентриамина (А) и 40 мас.ч. бутилметакрилата (Б). Соотношение А:Б:В берут 57,5:40:2,5. Смесь перемешивают в течение 35 мин при 55°С. Полученный таким образом аминоэфир (Г) выдерживают 10 суток при 20°С в стеклянной емкости. После выдержки 95 мас.ч. аминоэфира сливают снова в реактор и добавляют к нему метакриловую кислоту (Д) в количестве 5 мас.ч., т.е. Г:Д=95:5, и перемешивают в течение 35 мин при 50°С. Готовый отвердитель затаривают в металлические бочки.
Пример 2÷6 осуществляют аналогичным образом, но применяют компоненты и параметры в соответствии с таблицей 1. Свойства отвердителей по примерам 1÷6 в сравнении с прототипом приведен в таблице 2. Данные таблицы свидетельствуют о существенных преимуществах отвердителей, получаемых по заявляемому способу.
| Таблица 1. Условия осуществления способа получения отвердителя по примерам 2÷6 | ||||||
| № | Наименование показателя | Величина показателя | ||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 1. | Применяемый амин (А) | Этилендиамин | Тетраэтиленпентамин | Полиэтиленполиамин | Триэтилентетрамин | 1,10-диаминодекан |
| 2. | Применяемый эфир (Б) | Бутилметакрилат | Этилакрилат | Олигомерный сополимер бутилметакрилата с метилакрилатом | Бутилметакрилат | Бутилметакрилат |
| 3. | Применяемый катализатор | Триэтаноламин | Трис-(диметиламинометил)фенол | Парааминобензолсульфамид | Триэтаноламинотитанат | диметиланилин |
| 4. | Соотношение | 80:19,7:0,3 | 57,5:40:2,5 | 57,5:40:2,5 | 57,5:40:2,5 | 30:40:2,5 |
| 5. | Применяемый растворитель и концентрация катализатора (В) | 10% раствор в ксилоле | 90% раствор в этилцеллозольве | 50% раствор в этиловом спирте | 50% раствор в бензиловом спирте | 50% раствор в смеси толуола, этилацетата, пропилового спирта 1:1:1 |
| 6. | Температура и время получения аминоэфира (Г) | 60 мин при 30°С | 10 мин при 80°С | 35 мин при 55°С | ||
| 7. | Температура и время выдержки аминоэфира (Г) | 15 суток при 10°С | 6 суток при 30°С | 10 суток при 20°С | ||
| 8. | Соотношение амитноэфира (Г) и вид акриловой или метакриловой кислоты (Д) Г:Д | 99:1 акриловая кислота | 92:8 метакриловая кислота | 95:5 метакриловая кислота | ||
| 9. | Температура и время перемешивания Г:Д | 65 мин при 30°С | 5 мин при 70°С | 35 мин при 50°С |
| Таблица 2. Свойства отвердителей, получаемых по примерам 1÷6, | ||||||
| № | Наименование показателя | Величина показателя по примерам | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 1. | Внешний вид | Подвижная жидкость светло-коричневого цвета | ||||
| 2. | Вязкость при 25°С, по В3-4, с, не более | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 3. | Допустимое время хранения при 20°С, суток, не менее | 365 | 365 | 365 | 365 | 365 |
| 4. | Время желатинизации при 25°С, мин | 120 | 130 | 120 | 130 | 135 |
| 5. | Минимальная температура отверждения, °С | -3 | 0 | -3 | 0 | 0 |
Получение композиции.
В реактор заливают 100 массовых частей смеси эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 и алифатической смолы ДЭГ-1 в соотношении 77:33, после чего вводят 4,5 мас.ч. пеногасителя - силоксановой смолы марки ДВК-1100 (полиметилсилоксановую смолу), 5,5 мас.частей бутанолизированной мочевиноформальдегидной смолы, 12,5 мас.частей модификатора-изопропилового спирта, 5,5 мас. частей смеси красителя фталоцианинового зеленого с двуокисью титана в соотношении 1:4 и 105 массовых частей наполнителя - маршалита. Смесь всех компонентов перемешивают в течение 10 минут, при 60°С, после чего разливают в емкости в количестве 220,5 мас.ч..
В другую емкость заливают 50 мас.ч отвердителя и в таком соотношении отправляют потребителю. Смешение смоляной части, содержащей указанные выше добавки, с отвердителем осуществляют непосредственно перед применением. Комплект смоляной части и отвердителя может храниться в складских помещениях не менее года.
Примеры 2÷9 осуществляют аналогично примеру 1. Условия приготовления отвердителя приведены в таблице 1. Соотношение компонентов заявляемой по примерам 2÷9 композиции приведено в табл.3. Свойства композиции приведены в табл.4.
Как видно из табл.4, заявляемая композиция практически не теряет своих свойств после воздействия экстремальных климатических условий (г.Уренгой, Западная Сибирь) в то время, как свойства композиции прототипа ухудшаются практически на 30-40%.
| Таблица 4. Свойства заявляемой композиции по примерам 1-11. | |||||||||||||
| № | Наименование показателя | Величина показателя по примерам. | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | Прототип | ||
| 1. | Время хранения композиции (смоляная часть и отвердитель по отдельности) | Не менее 1 года | Не менее года | ||||||||||
| 2. | Токсичность и летучесть | Минимальные | Минимально | ||||||||||
| 3. | Минимальная температура отверждения, °С | -10°С | -12°С | -10°С | -11°С | -10°С | -10°С | -10°С | -10°С | -10°С | -10°С | -10°С | -10°С |
| 4. | Изменение цвета через 1 год экспозиции | Без изменений | На 1-2 тона темнее исходного | ||||||||||
| 5. | Предел прочности при (исходном) сжатии, кг/см2 | 1360 | 1300 | 1350 | 1400 | 1300 | 1320 | 1340 | 1400 | 1390 | 1320 | 1340 | 1250÷1380 |
| 6. | То же после года экспозиции | 1310 | 1320 | 1340 | 1380 | 1310 | 1300 | 1320 | 1380 | 1400 | 1380 | 1310 | 870÷900 |
| 7. | Предел прочности при статическом изгибе, кг(см2) (исходный) | 1320 | 1370 | 1290 | 1280 | 1340 | 1350 | 1210 | 1310 | 1370 | 1340 | 1350 | 1115÷1340 |
| 8. | То же после года экспозиции | 1300 | 1320 | 1260 | 1290 | 1310 | 1360 | 1220 | 1300 | 1360 | 1310 | 1360 | 800÷850 |
| 9. | Удельная ударная вязкость (исходная) кг·см см2 | 46 | 44 | 45 | 44 | 45 | 43 | 46 | 47 | 44 | 45 | 43 | 36÷42 |
| 10. | То же после года экспозиции | 42 | 41 | 43 | 42 | 44 | 44 | 43 | 46 | 45 | 44 | 44 | 18÷22 |
| Экспозиция осуществлялась на крыше здания в г.Уренгой (годовые колебания Т от -60°С до +35°С. |
Эпоксидная композиция для покрытия, включающая в качестве смоляной части смесь эпоксидных - диановой и алифатической смол в соотношении от 60:40 до 95:5, отвердитель - производное аминов, пеногаситель - силоксановую смолу, модифицированную мочевино-формальдегидную смолу, краситель (пигмент) и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминов общей формулы
где а от 2 до 10, а n от 1 до 6,
с эфирами акриловой или алкилакриловой кислоты общей формулы
где R1 - водород или алкильный радикал, a R2 - алкильный радикал в присутствии катализатора, представляющего собой ароматическое, алифатическое или гетероциклическое соединение, содержащее третичный или одновременно третичный и вторичный атомы азота (В) в виде раствора от 10 до 90% концентрации в органическом растворителе при соотношении компонентов А:Б:В от 80:19,7:0,3 до 30:65:5, при температуре от 30 до 80°С в течение от 10 до 60 мин, с последующей выдержкой полученного аминоэфира (Г) в течение от 6 до 15 суток при температуре от 10 до 30°С и последующим добавлением акриловой или метакриловой кислоты (Д) в соотношении Г:Д от 99:1 до 92:8, а также дополнительно модификатор общей формулы R3-(СН2)m-ОН, где R3 - алкил или арил, а m от 1 до 9, или этилцеллозольв, или фенилцеллозольв, при этом композиция содержит, мас.ч.
| Смоляная часть | 100 |
| Отвердитель | 30÷70 |
| Пеногаситель - силоксановая смола | 1÷8 |
| Модифицированная мочевино-формальдегидная смола | 1÷10 |
| Краситель (пигмент) | 1÷30 |
| Модификатор | 3÷20 |
| Наполнитель | 10÷200 |
