Система покрытия для гибких экструдированных деталей

Изобретение относится к системам покрытий для гибких экструдированных деталей из термопласта. Композиция для нанесения покрытия содержит смолу, фотоотверждаемую под действием УФ-излучения, на водной основе и водный растворитель или диспергатор для упомянутой смолы. Гибкая система уплотнения для автомобилей включает такую композицию для нанесения покрытия, которая дополнительно содержит фотоинициатор. Смолой, фотоотверждаемой под действием УФ-излучения, является полиуретановая дисперсия (PUD) на водной основе, при этом фотоинициатор активирует сшивание смолы при воздействии УФ-излучения с длиной волны 200-400 нм. Достигается получение покрытия, которое не требует длительного времени отверждения. 3 н. и 4 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к системам покрытий для гибких экструдированных деталей, более конкретно для экструдированных деталей из термопластов, которые используют в качестве уплотнений, например, в автомобильной промышленности.

Автомобильные системы уплотнений изготавливают из определенного ассортимента синтетических каучуков и синтезированных термопластичных материалов в общем случае по способу экструдирования. Наиболее часто используемым синтетическим каучуком является EPDM (сополимер этилена-пропилена-диенового мономера), в то время как для термопластов наблюдается тенденция использования термопластичных эластомеров (TPE), термопластичных олефинов (ТРО) либо термопластичного вулканизата (TPV). Независимо от того, предполагают ли их использовать для получения уплотнений желобков для подъемного оконного стекла, полосы защиты от атмосферных влияний либо кольцевых уплотнений, для всех них необходимо нанесение на их поверхность покрытия для того, чтобы улучшить механические, химические и физические свойства уплотнения.

В настоящее время используемые системы покрытий в своей основе имеют флокулированные волокна из сложного полиэфира, системы полиуретановых либо кремнийорганических смол или же их комбинации. Флокулированные волокна из сложного полиэфира соединяют с поверхностью уплотнения при использовании клея, активируемого при нагревании.

Материалы на основе полиуретановых и кремнийорганических смол могут быть дисперсиями и/или растворами в деионизованной воде либо в смесях органических растворителей. Обычно данные смолы сшивают, обыкновенно используя изоцианатные мономеры для придания отвержденным покрытиям физических и механических свойств.

Виды смазок, используемых в настоящих покрытиях, главным образом, представляют собой либо ПТФЭ (политетрафторэтилен), либо кремнийорганическую смолу, поставляемые в виде дисперсии, раствора либо микропорошка.

Композиции для нанесения покрытий наносят по обычно используемым методикам распыления, нанесения кистью, растирания до получения тонкого равномерного слоя покрытия и погружения. Механизмом активации отверждения является физическое нагревание уплотняющего компонента при использовании комбинаций либо горячего воздуха, ИК (световая частота) и/или УВЧ (частота частиц), и его реализацию обеспечивают туннельные печи с длиной в диапазоне от 10 до 40 метров. Время отверждения для данных существующих систем покрытий обычно находится в диапазоне от 1 до 15 минут в зависимости от используемой печной установки.

Задачей настоящего изобретения является именно создание системы покрытия для гибкой экструдированной детали, для которой не требуется длительного времени отверждения и для которой поэтому не требуется использования длинных туннельных печей.

В соответствии с изобретением предлагается композиция для нанесения покрытия на гибкую экструдированную деталь из термопласта - композиция для нанесения покрытия, которая содержит отверждаемую смолу и необязательно растворитель либо диспергатор для смолы и в которой смола представляет собой смолу, фотоотверждаемую под действием УФ-излучения. Предпочтительно смолой является PUD (полиуретановая дисперсия), а растворителем/диспергатором является вода. Композиция предпочтительно включает фотоинициатор, сшиватель и предпочтительно также добавку, уменьшающую трение.

Предпочтительно PUD представляет собой алифатическую смолу на водной основе либо смесь таких смол. Примеры включают Neorad R440, Neorez R600, среди которых в особенности предпочтительна смесь обоих.

Подходящие фотоинициаторы включают Irgacure 184 и другие. Предпочтительным фотоинициатором может быть 1-[4-(2-гдроксиэтокси)фенил]-2-гидрокси-2-метил-1-пропан-1-он (Irgacure 2959). Данный сшиватель активирует сшивание дисперсии PUD при воздействии УФ-излучения с длиной волны 200-400 нм (УФА, УФВ и УФС) с получением сухой гибкой пленки, соединяя ее воедино с субстратом.

Добавкой, уменьшающей трение, предпочтительно является ПТФЭ, который предпочтительно находится в форме микропорошка, средний диаметр частиц у которого равен 8 мкм. В особенности предпочтительной добавкой, уменьшающей трение, является Fomblin FE2O EG - водная микроэмульсия на основе простого перфторполиэфира.

Композиция также может включать один либо несколько компонентов, выбираемых из смачивающих агентов, поверхностно-активных веществ и пигментов. Подходящие смачивающие агенты включают i) силоксанполиэфиракрилат Tegorad 2200N - добавка, улучшающая скольжение и повышающая текучесть, ii) полиэфирсилоксановый сополимер Tegoglide 450. Подходящие поверхностно-активные вещества включают FC430, Zonyl FSG, Tinuvin 292, Tinuvin 1130 и Tinuvin 144.

PUD может составлять от 40 до 80% (масс.), предпочтительно от 60 до 80% (масс.), более предпочтительно 40% (масс.) композиции, исключая растворитель/диспергатор.

Фотоинициатор может составлять от 1 до 5% (масс.), предпочтительно от 3 до 5% (масс.), более предпочтительно 3% (масс.) композиции, исключая растворитель/диспергатор.

Добавка, уменьшающая трение, может составлять от 5 до 30% (масс.), предпочтительно от 10 до 25% (масс.), более предпочтительно 10% (масс.) композиции, исключая растворитель/диспергатор.

PUD может присутствовать в растворителе/диспергаторе с концентрацией в диапазоне от 38 до 32% (масс.), предпочтительно от 40 до 41% (масс.), например, NeoRad R440 либо NeoRez R600 (алифатические уретаны на водной основе, производимые компанией NeoResins), среди которых в особенности предпочтительна смесь обоих.

Композицию можно наносить на экструдированный продукт непрерывно после экструдирования, либо ее можно наносить на продукт после придания ему формы. Ее можно наносить любым подходящим способом, например, используя нанесение в результате распыления вручную и нанесение с автоматическим распылением, нанесение кистью, растирание до получения тонкого равномерного слоя покрытия, погружение.

Подходящие источники УФ-излучения включают УФА 315-400 нм, УФВ 280-315 нм, УФС 200-280 нм. Предпочтительным источником является УФ А, В, С. Отверждение смолы может занимать от 1 до 2 секунд, но обычно полное отверждение может занимать менее 1 секунды. Кроме этого, отверждение можно проводить при комнатных температурах. Таким образом, система изобретения существенно уменьшает длину печи для отверждения и время отверждения и делает возможным получение неломкой, гибкой пленки с низким коэффициентом трения в результате отверждения покрытия за <1 секунды в сравнении с традиционными требованиями к отверждению в виде 1-15 минут при 150-180°С. Покрытие может иметь значение коэффициента динамического трения <0,9 и значение коэффициента статического трения <0,9, и его свойства включают хорошие стойкость к действию растворителей, гибкость, водонепроницаемость, свойства по предотвращению обмерзания, теплостойкость и влагостойкость. Его можно наносить на экструдированные профили, изготовленные из термопластичных эластомеров (TPE), термопластичных олефинов (ТРО) и термопластичных вулканизатов (TPV). Предпочтительно покрытие наносят на экструдированный субстрат из ТРЕ.

В особенно предпочтительной форме изобретение предлагает композицию, которая комбинирует использование простого перфторполиэфира с системой на основе фотоотверждаемой под действием УФ-излучения смолы PUD на водной основе, подходящую для нанесения в результате распыления, нанесения кистью, растирания до получения тонкого равномерного слоя покрытия, погружения и тому подобного, что в случае нанесения на упомянутые выше субстраты позволяет получить гибкую пленку с эластичностью >100%, предпочтительно 120% либо даже 150% при растяжении при сохранении описанных выше механических свойств и свойства химической стойкости. В противоположность этому использование существующих фотоотвержденных под действием УФ-излучения покрытий ограничено приложениями, в которых эластичность пленки покрытия не требуется, а во многих случаях ее проявления избегают. Настоящее изобретение позволяет получить композицию для нанесения неломкого, а высокогибкого покрытия, фотоотвержденного под действием УФ-излучения, отличающегося воспроизводимой гибкостью при нанесении в случае приложений для систем динамического уплотнения при широком ассортименте субстратов.

В предпочтительном варианте реализации настоящее изобретение предлагает композицию для нанесения покрытия, которая находит применение в системах уплотнения, где задача заключается в создании уплотнения, имеющего покрытие, которое сохраняет свою гибкость при неоднократных изгибе и деформации уплотнения. Данная высокая степень воспроизводимой гибкости покрытия имеет особенное значение для уплотнений «полосы защиты от атмосферных влияний», которые включают, помимо прочего, уплотнения для автомобильных дверей, капота (переднего отделения кузова автомобиля) и багажника (заднего отделения кузова автомобиля), которые подвергаются действию неоднократных сжатия и высвобождения конструкции.

Настоящее изобретение предлагает различные дополнительные преимущества. Поскольку постоянно проводимые оценки состояния окружающей среды требуют более низких пределов использования летучих органических соединений, фотоотверждаемые под действием УФ-излучения покрытия настоящего изобретения отличаются низкими либо нулевыми уровнями выделения растворителя в окружающую среду либо вследствие использования в качестве растворителя/диспергатора воды, либо вследствие использования системы со 100%-ным содержанием мономера.

Композицию можно предлагать в виде системы в 1 упаковке для нанесения при помощи распыления, которая отличается увеличенной жизнеспособностью в сравнении со сшитым покрытием, получаемым из 2 упаковок, использовавшимся в системах предшествующего уровня техники. Значительно уменьшается количество текущих отходов для установки, осмотр/измерение толщины покрытия можно провести спустя секунды по окончании отверждения в сравнении со временем отверждения в 3 минуты для обычного отверждения, что значительно уменьшает количество отходов для покрытия и субстрата.

Требуются производственные установки меньшего размера. Системы современного уровня техники используют туннельные печи с типичной длиной в диапазоне от 10 до 40 метров. Настоящее изобретение требует наличия длины в два метра с приложенным источником света, тем самым, длины технологических линий экструдирования уменьшаются, по меньшей мере, в 5 раз. Система в результате также может позволить добиться меньшего расходования энергии в сравнении с обычными ИК- либо микроволновыми печами для отверждения. Новое оборудование легко можно встроить в существующие производственные линии.

Увеличение информированности в вопросах окружающей среды за последнее время привело в результате к возникновению тенденции к более значительному применению материалов, пригодных для вторичного использования. Данная тенденция в особенности очевидна в автомобильной промышленности, где производителей побуждают заменять в приложениях каучуки и пластики на материалы, пригодные для вторичного использования. Настоящее изобретение отличается дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что композиции для нанесения покрытия находят применение при нанесении покрытия на термопластичные материалы, которые могут быть направлены на вторичное использование.

В будущем изобретение также может сделать возможным увеличение использования ТРЕ - полимеров, которые комбинируют эксплуатационные характеристики эластомеров с технологическими характеристиками термопластов, - в качестве материала субстрата. Они включают:

i) смеси каучуков с термопластами (EPDM и полипропилен (ПП) и натуральный каучук/полипропилен (НК/ПП));

ii) мягкие блок-сополимеры;

iii) жесткие блок-сополимеры.

Термочувствительные материалы, такие как ТРЕ, TPV и ТРО, требуют проведения низкотемпературного отверждения приблизительно при 100°С для предотвращения искажения их поверхности либо механических свойств. В настоящее время это достигается в результате использования катализированной сшитой системы. Использованию оловоорганических катализаторов сопутствуют проблемы, связанные со здравоохранением и безопасностью. Однако фотоотверждение под действием УФ-излучения проводят при комнатных температурах, что в результате дает температуру субстрата, равную приблизительно 40°С, что не приводит в результате к какому-либо очевидному изменению либо искажению поверхности либо механических свойств субстрата. При необходимости данный способ фотоотверждения под действием УФ-излучения можно разработать и так, чтобы температура в связи с процессом отверждения и не повышалась (системы холодного отверждения).

Изобретение можно реализовать на практике различными способами, и некоторые варианты реализации далее будут проиллюстрированы в последующих примерах.

Пример 1

Экструдированный субстрат из EPDM подвергали предварительной обработке, состоящей в нанесении праймера, содержащего растворитель. Композицию Х составляли в результате смешивания:

	%
PUD (NeoRad R-440)	60,0 (40% твердого вещества)
PUD (NeoRez R-600)	20,0 (40% твердого вещества)
Фторированный простой полиэфир	10,0
Фотоинициатор А либо В (смотрите ниже)	3,0 (приравнивается к 40%-ному раствору)
N-метил-2-пирролидон (NMP)	4,0
Смачивающие агенты	3,0

Композицию Х наносили на отдельный образец субстрата до WFT (толщины влажной пленки), равной 15-20 мкм. Воду удаляли в результате нагревания в течение 2 минут при 120-150°С. После этого фотоотверждение под действием УФ-излучения проводили в течение 1,0 секунды, используя УФ-источник в виде ртутной лампы УФА, УФВ, УФС. Установили, что покрытие имеет DFT (толщину сухой пленки), приблизительно равную 15 мкм. Оно хорошо прилипало и обладало стойкостью к истиранию при сохранении гибкости и низкого коэффициента трения.

Фотоинициаторы

А. Покрытие содержит 2 фотоинициатора (Irgacure 184: Irgacure 819) в виде смеси [1:1] (масс./масс.):

Irgacure 184

CAS 947-19-3

1-гидроксициклогексилфенилкетон

Irgacure 819

CAS 162881-26-7

Бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид

В. Покрытие содержит один фотоинициатор (Irgacure 2959):

Irgacure 2959

CAS 106797-53-9

1-[4-(2-гидроксиэтокси)фенил]-2-гидрокси-2-метил-1-пропан-1-он

Пример 2

Экструдированную деталь из ТРЕ подвергали предварительной обработке действием коронного разряда на выходе из экструдера, а после этого на нее распыляли композицию Х (смотрите пример 1 для получения подробной информации). Композицию распыляли до WFT, равной 15-20 мкм. Собственная температура экструдированного субстрата была равна приблизительно 100°С, и, таким образом, не требовалось никакой отдельной стадии удаления воды. Субстрат после распыления подвергали действию того же самого УФ-источника при скорости в диапазоне от 10 до 20 м/мин. В результате получали полностью отвержденное покрытие с DFT, приблизительно равным 15 мкм после менее чем 1 секунды воздействия УФ-источника.

Процесс УФ-облучения

При испускании энергии УФ-света она поглощалась фотоинициатором в подвижном покрытии (пленка «влажного» покрытия), приводя к фрагментации фотоинициатора с распадом на реакционно-способные частицы (свободные радикалы). Свободные радикалы вступали в реакцию с ненасыщенными соединениями в жидкой композиции, приводя в результате к полимеризации.

1. Композиция для нанесения покрытия на гибкую экструдированную деталь из термопласта, содержащая смолу, фотоотверждаемую под действием УФ-излучения, на водной основе и водный растворитель или диспергатор для упомянутой смолы.

2. Гибкая система уплотнения для автомобилей, включающая композицию для нанесения покрытия по п.1, нанесенную на гибкую экструдированную деталь из термопласта, где композиция для нанесения покрытия дополнительно содержит фотоинициатор, смолой, фотоотверждаемой под действием УФ-излучения, является полиуретановая дисперсия (PUD) на водной основе, при этом фотоинициатор активирует сшивание смолы при воздействии УФ-излучения с длиной волны 200-400 нм.

3. Система уплотнения по п.2, отличающаяся тем, что экструдированная деталь представляет собой экструдированную деталь из термопластичного эластомера (ТРЕ).

4. Система уплотнения по п.2, отличающаяся тем, что композиция включает добавку, уменьшающую трение.

5. Система уплотнения по п.2, отличающаяся тем, что смола составляет от 40 до 80 мас.% композиции, исключая растворитель или диспергатор.

6. Применение композиции для нанесения покрытия по п.1 и фотоинициатора для нанесения покрытия на гибкую экструдированную деталь из термопласта смолой, фотоотверждаемой под действием УФ-излучения, является полиуретановая дисперсия (PUD) на водной основе, при этом фотоинициатор активирует сшивание смолы при воздействии УФ-излучения с длиной волны 200-400 нм.

7. Применение по п.6, отличающееся тем, что экструдированной деталью является экструдированная деталь из термопластичного эластомера (ТРЕ).