Способ получения многофункциональных защитных покрытий

Изобретение относится к получению многофункциональных защитных покрытий на лакокрасочной основе, обладающих водоотталкивающими, антифрикционными, противоизносными, противообрастающими свойствами, и может быть использовано в судостроении и судоремонте, в строительстве при возведении металлических конструкций и сооружений, в различных областях машиностроения. Способ заключается в нанесении на подложку лакокрасочного материала (ЛКМ) и наноструктурированного политетрафторэтилена (ПТФЭ), полученного термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы. Наноструктурированный порошок ПТФЭ вводят непосредственно в лакокрасочный материал в виде дисперсии в ксилоле в количестве 1-40% от веса сухого ЛКМ, либо наносят путем натирания на поверхность ЛКМ после его отверждения. Обеспечивается повышение срока службы лакокрасочных покрытий и расширение спектра их защитных функций. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 11 пр.

 

Изобретение относится к получению многофункциональных защитных покрытий на лакокрасочной основе, обладающих водоотталкивающими, антифрикционными, противоизносными, противообрастающими свойствами, и может быть использовано в судостроении и судоремонте, строительстве при возведении металлических конструкций и сооружений, в различных областях машиностроения.

Известно использование лакокрасочных материалов (ЛКМ), содержащих фторорганические модификаторы, в частности, политетрафторэтилен (ПТФЭ) в виде дисперсных частиц для получения покрытий с упомянутыми выше свойствами. При этом наряду с общим составом ЛКМ существенное влияние на характеристики получаемых покрытий оказывает модификация ПТФЭ, степень дисперсности и морфология его частиц.

Известен способ обработки поверхности титанового сплава под нанесение лакокрасочного покрытия (RU 2299268, опубл. 20.05.2007), включающий обезжиривание, промывку водой и фосфатирование поверхности титанового сплава составом, содержащим (г/л): PO4-3 4,0-75,0; Zi+2 3,0-16,0; SO4-2 2,0-7,0; NO3-1 41,0-206,0; F-1 1,0-3,5; (C4H4O6)-2 1,8-9,0; ультрадисперсный политетрафторэтилен (ПТФЭ) с размером частиц 0,2-1 мкм в количестве 800-1000 г/л. Известный способ обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств лакокрасочных, преимущественно декоративных, покрытий на титановых сплавах за счет повышения их адгезии при обработке составом, содержащим ПТФЭ, при этом расход этого дорогостоящего компонента является неоправданно высоким.

Известна морская противообрастающая краска с низкой поверхностной энергией, состав и способ получения которой описаны в китайском патенте №102533081, опубл. 04.07.2012. Для получения известной краски в лакокрасочную композицию, содержащую наноразмерный порошок SiO2, а также, вес. частей: 10-12 TiO2 800 меш, 6-8 кремнефторидного поверхностно-активного вещества, 6,0-8,2 жидкого парафина, гидрофобные добавки, дисперсант и другие компоненты, вводят в качестве фторорганического модификатора 0,1-0,3 порошка политетрафторэтилена (ПТФЭ) микронного размера. Предварительно диспергированный в ксилоле ПТФЭ смешивают с диспергированными в ксилоле SiO2, TiO2 и дисперсантом, добавляют остальные составляющие, диспергируют с помощью песчаной мельницы. Вводят пленкообразующий агент. Дисперсность ПТФЭ на микронном уровне и соответствующая размеру частиц морфология являются недостаточными для придания наносимому лакокрасочному покрытию высоких защитных свойств.

Известен способ получения на стальном гидравлическом оборудовании обладающего продолжительным сроком службы антикоррозионного полимерного покрытия, модифицированного добавкой нанодисперсного порошка политетрафторэтилена (CN 110311381, опубл. 2013.05.22), предусматривающий предварительную очистку подложки от жирорастворимых солей, пескоструйную обработку, нанесение на подложку сначала грунтовки, содержащей наноразмерный порошок политетрафторэтилена, с помощью кисти, затем аппаратное напыление подготовленного покрытия, содержащего полимерную основу и нанодисперсный порошок ПТФЭ в соотношении 1:1. Четырехстадийная обработка поверхности, включающая пескоструйную очистку, которая из-за вредного воздействия на организм человека запрещена в ряде стран, и двукратное нанесение порошка ПТФЭ, усложняет и удорожает способ. Кроме того, его применение ограничено получением антикоррозионных покрытий на изделиях и сооружениях из стали определенной марки.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения лакокрасочного покрытия с очень гладкой поверхностью (JP 2010202741, опубл. 16.09.2010) путем нанесения на подложку краски с фторорганическим модификатором - полученным методом суспензионной поляризации низкомолекулярным ПТФЭ, в котором 50% частиц имеют средний размер ≤ 3 мкм и присутствуют частицы размером ≤ 1 мкм, а его вязкость в расплавленном состоянии при 340°С составляет 2,500 Па⋅с.

Известный способ не обеспечивает достаточно продолжительного срока службы полученных лакокрасочных покрытий, при этом полученные с его помощью покрытия имеют ограниченное число защитных функций, что связано с размером и морфологией частиц используемого низкомолекулярного ПТФЭ, полученного суспензионной поляризацией.

Задачей изобретения является создание способа получения долговечных многофункциональных покрытий на основе лакокрасочных материалов (ЛКМ), обладающих высокими гидрофобными, антифрикционными, противоизносными, противообрастающими свойствами.

Технический результат изобретения заключается в увеличении срока службы и расширении круга защитных функций лакокрасочных покрытий с фторорганическим модификатором.

Указанный технический результат достигают способом получения многофункциональных защитных покрытий, предусматривающим нанесение на подложку лакокрасочного материала и низкомолекулярного политетрафторэтилена, в котором, в отличие от известного, используют наноструктурированный низкомолекулярный политетрафторэтилен, полученный термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы, который вводят непосредственно в лакокрасочный материал в виде дисперсии в ксилоле в количестве 1-40% от сухой массы лакокрасочного материала.

Указанный технический результат также достигают способом получения многофункциональных защитных покрытий, предусматривающим нанесение на подложку лакокрасочного материала и низкомолекулярного политетрафторэтилена, в котором, в отличие от известного, используют наноструктурированный низкомолекулярный политетафторэтилен, полученный термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы, который путем натирания наносят сплошным слоем на поверхность лакокрасочного материала после его отверждения.

Способ осуществляют следующим образом.

На металлическую (бетонную, пластиковую, композитную) подложку стандартным способом наносят слой (либо несколько слоев) соответствующей грунтовки.

Далее подготовленный наноструктурированный низкомолекулярный политетрафторэтилен (ПТФЭ)в виде 40% дисперсии в ксилоле вводят в краску в количестве 1-40% в расчете на ее сухой вес, при этом состав диспергируют с помощью одного из известных устройств для равномерного распределения частиц наноструктурированного ПТФЭ по всему объему лакокрасочного материала (ЛКМ). Полученный состав ЛКМ с частицами фторорганического модификатора наносят на прогрунтованную подложку и отверждают на воздухе при температуре окружающей среды в течение примерно суток.

Введение ПТФЭ в количестве менее 1% от массы ЛКМ не позволяет достичь заявленного технического результата и обеспечить существенное улучшение эксплуатационных характеристик покрытия. Введение ПТФЭ более 40% нецелесообразно, так как при большом расходе дорогостоящего материала заметного усиления указанных эффектов не наблюдается.

Используемый в соответствии с предлагаемым способом наноструктурированный низкомолекулярный ПТФЭ в зависимости от условий его получения (конденсации) включает нанопленки различной площади, которые могут сворачиваться в микротрубки различного размера, в свою очередь, способные впоследствии трансформироваться в нанопленки толщиной 5-25 нм, сконденсированные в микропакеты диаметром 0,1-3 мкм.

На снимках, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, наглядно представлена возможная морфология наноразмерных частиц ПТФЭ: фиг. 1 - сформированные из нанопленок микротрубки длиной от 2 до 150 мкм; фиг. 2 - порошок; фиг. 3 - пакет нанопленок в виде микросферы диаметром около 1 мкм.

Поскольку при самом незначительном механическом усилии микронные образования (микротрубки, пакеты нанопленок) наноструктурированного низкомолекулярного ПТФЭ легко распадаются на нанопленки, то в ходе эксплуатации лакокрасочного покрытия при деформационном воздействии на его поверхность со стороны различных факторов окружающей среды за счет образовавшихся нанопленок возникает эффект «сухой смазки». Это явление препятствует разрушению покрытия: при усилении деформационного воздействия увеличивается масса высвобождающихся нанопленок ПТФЭ и усиливается противодействующий эффект. Благодаря низкой поверхностной энергии наночастиц и нанопленок ПТФЭ сглаживается рельеф поверхности лакокрасочных покрытий и наблюдается снижение их износа и коэффициента трения, повышение гидрофобных и противообрастающих свойств, при этом важное значение имеют эксплуатационные характеристики лакокрасочной основы.

В другом варианте осуществления способа на подложку установленным образом наносят лакокрасочное покрытие (грунтовка, слой краски). После отверждения поверхность путем натирания покрывают тонким, при этом достаточным для достижения сплошности, слоем нанодисперсного низкомолекулярного ПТФЭ. Изменение морфологии наноструктурированных компонентов ПТФЭ и формирование нанопленок частично происходит непосредственно в ходе натирания, что обеспечивает более высокую степень защиты покрытия от разрушения с начала его эксплуатации. Образующиеся нанопленки легко налипают и прочно удерживаются на любой твердой поверхности, практическим подтверждением чего может служить ПТФЭ покрытие, полученное натиранием стальной поверхности.

В качестве лакокрасочных материалов используют лаки и эмали на различной основе. Как показывает практика, улучшение эксплуатационных характеристик и повышение степени защиты наблюдается во всех случаях. Однако при необходимости преимущественного усиления конкретных защитных функций многофункционального лакокрасочного покрытия предлагаемый способ дает возможность использовать ЛКМ, обеспечивающий наилучший результат.

Примеры конкретного осуществления изобретения

Для сравнительных испытаний покрытия наносили на стальные пластины размером 200×200×3 мм и 30×30×3 мм.

Для сравнения влияния ПТФЭ на различные по составу и назначению лакокрасочные материалы (и влияния ЛКМ на свойства покрытия) взяты сурик МА-15 (ГОСТ 10503-71) и SeaForce 30 (Jotun Group). Кроме того, было протестировано ПТФЭ покрытие, нанесенное путем натирания непосредственно на поверхность металла (без грунтовки и ЛКМ).

Во всех примерах был использован наноструктурированный низкомолекулярный (м.в=300-5000) ПТФЭ, преимущественно содержащий нанопленки, сконденсированные в микросферы диаметром 0,1-2,0 мкм.

Для введения в краску ПТФЭ диспергировали в ксилоле с помощью роторно-пульсационного диспергатора-кавитатора с получением 40% дисперсии, которую вводили в лакокрасочный материал количестве, обеспечивающем содержание 1-40% сухого ПТФЭ на сухую массу ЛКМ.

Все лакокрасочные покрытия отверждали при комнатной температуре в течение суток.

Поверхность лакокрасочного покрытия натирали порошком ПТФЭ с помощью сухой хлопчатобумажной ткани. В промышленных масштабах для нанесения ПТФЭ могут быть использованы известные механические полирующие приспособления.

Трибологические испытания проводились на автоматизированной машине трения Revetest (CSM Instruments, Швейцария) по схеме испытания «шарик-диск». В качестве контртела был выбран стальной шарик (100Cr6) диаметром 10 мм.

Все исследования проводились в режиме сухого трения на воздухе при температуре 25°С и нагрузке 1 Н. Линейная скорость вращения была равна 50 мм/с, диаметр трека составлял 10 мм. Количество циклов вращения составило 1000 оборотов для каждого образца. Износ статического партнера (контртела) в данном исследовании не был обнаружен и при расчете не учитывался.

Пример 1

На стальные пластины, загрунтованные вначале фосфатирующей грунтовкой ВЛ-023 (ГОСТ 12707-77) слоем толщиной 15-20 мкм, затем красно-коричневой грунтовкой ГФ-0119 (ГОСТ 23343-78) слоем толщиной 15-20 мкм наносили 2 слоя сурика МА-15 толщиной 30-35 мкм каждый, в который предварительно вводили ПТФЭ в количестве 1% от массы ЛКМ.

Пример 2

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя сурика МА-15 толщиной 30-35 мкм каждый, в который предварительно ввели ПТФЭ в количестве 10% от сухой массы ЛКМ.

Пример 3

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя сурика МА-15 толщиной 30-35 мкм каждый, в который предварительно ввели низкомолекулярный наноструктурированный ПТФЭ в количестве 40% от массы ЛКМ.

Пример 4

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя сурика МА-15 толщиной 30-35 мкм каждый. Покрытие отверждали при комнатной температуре в течение суток, после чего натирали с помощью сухой х/б ткани микродисперсным порошком ПТФЭ.

Пример 5

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя сурика МА-15 толщиной 30-35 мкм каждый.

Пример 6

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя противообрастающей краски «SeaForce 30» толщиной 75-80 мкм каждый, в которую предварительно ввели низкомолекулярный нанодисперсный ПТФЭ в количестве 1% от массы ЛКМ.

Пример 7

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя противообрастающей краски «SeaForce 30» толщиной 75-80 мкм каждый, в которую предварительно ввели ПТФЭ в количестве 10% от массы ЛКМ.

Пример 8

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя противообрастающей краски «SeaForce 30» толщиной 75-80 мкм каждый, в которую предварительно ввели порошок ПТФЭ в количестве 40% от массы ЛКМ.

Пример 9

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя противообрастающей краски «SeaForce 30» толщиной 75-80 мкм каждый. Покрытие отверждали при комнатной температуре в течение суток, после чего натирали сухой х/б тканью порошком ПТФЭ.

Пример 10

На стальные пластины, загрунтованные по примеру 1, наносили 2 слоя противообрастающей краски «SeaForce 30» толщиной 75-80 мкм каждый.

Пример 11.

На стальные пластины, предварительно очищенные от ржавчины и обезжиренные, методом механического натирания сухой х/б тканью наносили порошок ПТФЭ, содержащий нанопленки, сконденсированные в микросферы диаметром 0,1-2,0 мкм.

В результате анализа полученных данных трибологических испытаний установлено, что коэффициент трения для всех образцов с покрытием, полученным предлагаемым способом, находится на уровне 0,1, в то время как для незащищенного металла он равен 0,45. Для стальных пластин с ПТФЭ покрытием (без ЛКМ) коэффициент трения равен 0,14. При проведении испытаний для полученных покрытий вначале наблюдается некоторое увеличение коэффициента трения, а затем снижение и выход на стабильное плато. Снижение коэффициента трения в 4,5 раза свидетельствует о высоких антифрикционных свойствах формируемых покрытий.

Другие эксплуатационные характеристики покрытий, полученных предлагаемым способом при различных концентрациях ПТФЭ в ЛКМ, в сравнении с характеристиками лакокрасочных покрытий без ПТФЭ, а также с характеристиками ПТФЭ покрытия на металле (без ЛКМ) и характеристиками исходного металла без покрытия (пример 12) представлены в таблице.

Стальные пластины с ПТФЭ покрытием (без ЛКМ) имеют значительно более низкий коэффициент трения, чем пластины без покрытия (0,14 в сравнении с 0,45).

Использование предложенного способа позволяет получать долговечные лакокрасочные покрытия с высокими водоотталкивающими, антифрикционными, противоизносными, противообрастающими свойствами.

1. Способ получения многофункциональных защитных покрытий, предусматривающий нанесение на подложку лакокрасочного материала и низкомолекулярного политетрафторэтилена, отличающийся тем, что используют наноструктурированный низкомолекулярный политетрафторэтилен, полученный термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы, который вводят непосредственно в лакокрасочный материал в виде дисперсии в ксилоле в количестве 1-40% от сухой массы лакокрасочного материала.

2. Способ получения многофункциональных защитных покрытий, предусматривающий нанесение на подложку лакокрасочного материала и низкомолекулярного политетрафторэтилена, отличающийся тем, что используют наноструктурированный низкомолекулярный политетафторэтилен, полученный термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы, который путем натирания наносят сплошным слоем на поверхность лакокрасочного материала после его отверждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сополимеру для композиции противообрастающего покрытия, включающему сополимер (А), который содержит в боковой цепи группу формулы (1) и на конце цепи по меньшей мере одну группу из группы формулы (2) и группы формулы (3), где сополимер (А) представляет собой сополимер, полученный путем полимеризации этиленненасыщенного мономера (а), содержащего группу формулы (1), и этиленненасыщенного мономера (b), способного сополимеризоваться с мономером (а) в присутствии инициатора полимеризации 1,1,3,3-тетраметилбутилперокси-2-этилгексаноата или 1,1,3,3-тетраметилбутилпероксинеодеканоата.

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к лаковым композициям с высокими электроизоляционными свойствами и низкой влагопроницаемостью, предназначенным для защиты плат печатного монтажа и элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), и может быть использовано в авиастроении, ракетно-космической, машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к композиции для покрытия поверхностей реактора для предотвращения или ингибирования засорения или коррозии в реакциях полимеризации, включающая следующие компоненты: а) по меньшей мере одно связующее на основе полиакрилатного (со)полимера и б) по меньшей мере один из перечисленных компонентов: (1) продукт конденсации, полученный по реакции эффективного 1-нафтола и формальдегида, и (2) продукт на основе нафтеновых молекул, замещенных соединениями серы по меньшей мере в одно положение ароматической структуры.

Изобретение относится к средствам защиты от обрастания морскими организмами (водорослями, рачками, мидиями и другими биообрастателями) подводных частей корпусов судов и гидротехнических сооружений, в частности к противообрастательным краскам, и может быть использовано в судостроительной промышленности и гидротехническом строительстве.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и предназначено для получения гидрофобных необрастающих покрытий, используется в судостроении и для защиты металлических изделий и конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях.

Изобретение относится к способу защиты от биообрастания и может быть использовано в судостроении для защиты подводной части корпусов судов, судовых устройств и механизмов, находящихся в контакте с водой, морских буровых установок, портовых сооружений.

Настоящее изобретение относится к полимерному покрытию на основе фторуглеродного полимера, полипропилена, полиэтилена, фтор-хлоруглеродного полимера, фторированного эфира, либо их комбинации, для нанесения на внутреннюю поверхность реактора или ее части в процессе получения фенола и ацетона кумольным способом, образующее пленку при нанесении толщиной от 1 до 10000 мкм с поверхностным натяжением от 19 до 31 мН/м.

Изобретение относится к предохраняющей от обрастания композиции для покрытия и может быть использована для защиты судов, рыболовных сетей или других подводных структур, или оборудования, которые могут быть атакованы водными организмами, такими как моллюски, мидии, морские водоросли и т.п.
Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой синергетическую противомикробную композицию, включающую флуметсулам и тиабендазол, в которой массовое соотношение флуметсулама и тиабендазола составляет от 8:1 до 1:15.
Изобретение относится к композиции для супергидрофобных покрытий, используемых в строительстве и предназначенных для защиты строительных конструкций, фасадов сооружений, транспортных средств, составных частей оборудования, одежды, бытовой керамики и других твердых или мягких поверхностей от смачивания водой.

Изобретение относится к области получения износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов. Способ характеризуется тем, что изделие подвергают микродуговому оксидированию в анодно-катодном режиме при плотности тока 7-7,5 А/дм2 и соотношении анодного и катодного токов 1,0:0,9 в течение 70-75 мин в щелочном электролите, содержащем водные растворы гидроксида натрия и силиката натрия концентрацией 3,5-4 и 11,5-12 г/л соответственно, шлифуют до параметра шероховатости Ra 0,8-1,6, очищают от минеральных и органических загрязнений, пропитывают в ультразвуковой ванне в течение 10-13 мин суспензией политетрафторэтилена Ф-4Д, сушат и термически обрабатывают при температурах 40-50 и 290-300°С в течение 10-12 и 60-62 мин соответственно.

Изобретение относится к смешанным фторполимерным композициям, которые в одном типичном применении можно применять в качестве покрытия для субстрата и необязательно можно наносить на субстрат, на который ранее уже была нанесена грунтовка, или подложка, и/или промежуточное покрытие.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологическим составам, используемым для покрытия поверхностей твердого материала (тела) и получения многофункциональной (защитной) наноразмерной пленки (конкретно для модификации поверхностей с целью улучшения их свойств), и может найти применение в приборостроении, электронике, машиностроении, топливо-энергетическом комплексе, ЖКХ и иных отраслях, например, в металлообработке.
Изобретение относится к химической промышленности и касается способа получения добавки на основе экологически чистой полиамидокислоты в виде твердых волокон, устойчивой при хранении, которая при переводе в солевое состояние может найти применение для получения композиционных материалов и покрытий по металлу.
Изобретение относится к области получения антифрикционных материалов с покрытиями на основе фтортеломеров алкилкетонов, которые могут быть использованы в узлах трения и в составах смазочных композиций для тяжелонагруженных узлов машин и механизмов.

Изобретение относится к фторполимерной композиции, пригодной для получения покрытий, пленок и/или смешанных порошковых композиций, а также к способам нанесения покрытия на подложку.

Изобретение относится к композиционным порошковым покрытиям на основе полимеров, предназначенных для защиты изделий из металлических сплавов от воздействия агрессивной среды.

Изобретение относится к защитным порошковым уплотнительным покрытиям на основе полимеров, для защиты от коррозии и износа, например, нефтегазового оборудования.

Изобретение относится к коррозионно-стойким порошковым покрытиям на базе полимеров, предназначенных для защиты изделий из металлических сплавов от воздействия агрессивной среды.
Изобретение относится к способу получения ультрагидрофобных покрытий многоразового (долговременного, возобновляемого) использования для борьбы с обледенением больших площадей (крыльев самолетов, строений, линий электропередачи, панелей солнечных батарей и т.д.).
Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении нанокомпозитов. Углеродный наноматериал - нанотрубки или графен, частицы которых содержат на поверхности кислородсодержащие группы, обрабатывают раствором водорастворимого резольного фенолформальдегидного полимера при воздействии механической энергии.

Изобретение относится к получению многофункциональных защитных покрытий на лакокрасочной основе, обладающих водоотталкивающими, антифрикционными, противоизносными, противообрастающими свойствами, и может быть использовано в судостроении и судоремонте, в строительстве при возведении металлических конструкций и сооружений, в различных областях машиностроения. Способ заключается в нанесении на подложку лакокрасочного материала и наноструктурированного политетрафторэтилена, полученного термодеструкцией фторопласта-4 с последующей конденсацией из газовой фазы. Наноструктурированный порошок ПТФЭ вводят непосредственно в лакокрасочный материал в виде дисперсии в ксилоле в количестве 1-40 от веса сухого ЛКМ, либо наносят путем натирания на поверхность ЛКМ после его отверждения. Обеспечивается повышение срока службы лакокрасочных покрытий и расширение спектра их защитных функций. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 11 пр.

Наверх