Способ увеличения времени жизнеспособности композиций покрытий

Изобретение относится к жидкой композиция покрытия и способу ее получения, а также к подложке с нанесенным покрытием. Жидкую композицию получают из реакционной смеси, содержащей (a) аминный компонент, содержащий комплекс полиамина с CO₂, и (b) сшивающий агент. Реакционную смесь разбрызгивают, по меньшей мере, на часть металлической или неметаллической подложки. При этом аминный компонент является жидким в условиях окружающей среды. Полиамин отделяется от CO₂ и реагирует со сшивающим агентом. Изобретение позволяет уменьшить вязкость композиции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к комплексу амина с диоксидом углерода для использования в композиции покрытий, в частности для использования в композиции покрытий, содержащей реакционноспособные амины.

Уровень техники

Сшитые композиции покрытий на основе аминного компонента, как правило, получают из двухкомпонентных систем, которые, при быстром смешивании двух компонентов между собой, отверждаются в условиях окружающей среды. Жизнеспособность таких композиций покрытий, получаемых из аминных функциональных компонентов, может быть увеличена с помощью превращения аминного компонента в соответствующий солевой комплекс. Например, при реакции диоксида углерода (CO₂) с амином, амин образует карбаматную соль, которая является твердой при комнатной температуре. При нагревании CO₂, образовавший комплекс с карбаматной солью, высвобождается, и жидкий амин затем регенерируют, чтобы он выполнял функцию отвердителя для композиции покрытия. В результате реакции амина с изоцианатом может быть получена полимочевина. Другие функциональные группы, способные реагировать с амином, могут быть введены для получения других композиций покрытий.

В данном процессе амин, являющийся жидкостью в условиях окружающей среды, может быть добавлен к растворителю, и газообразный CO₂ барботируют через раствор для реакции CO₂ с первичными аминами и/или вторичными аминами и образования карбаматной соли. Полагают, что карбаматный состав образуется с помощью формирования группы карбаминовой кислоты в присутствии амина (первичного или вторичного), причем карбаминовая кислота протонирует и образует соль. Такие солевые комплексы использовались для получения порошковых покрытий, в которых необходимы амины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение включает в себя жидкую композицию покрытия, полученную из реакционной смеси, содержащей (a) аминный компонент, содержащий комплекс полиамина с CO₂, и (b) сшивающий агент, причем аминный компонент является жидким в условиях окружающей среды. Также настоящее изобретение включает в себя способ получения композиции покрытия, включающий нанесение на подложку жидкой реакционной смеси, содержащей (а) аминный компонент, содержащий комплекс полиамина с CO₂, и (b) сшивающий агент, причем аминный компонент является жидким в условиях окружающей среды, причем полиамин отделяется от CO₂ и реагирует со сшивающим агентом.

Раскрытие изобретения

Для целей нижеследующего подробного описания следует понимать, что изобретение может предполагать различные альтернативные варианты и последовательности стадий за исключением тех случаев, когда явным образом указано противоположное. Более того, за исключением любых рабочих примеров или тех случаев, когда указано иное, все числа, выражающие, например, количества компонентов, использованных в описании и формуле изобретения, следует понимать как измененные во всех случаях термином «приблизительно». Соответственно, если не указано противоположное, числовые параметры, изложенные в приведенном описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными и могут варьировать в зависимости от желаемых свойств, получаемых в соответствии с настоящим изобретением. По самой меньшей мере и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен быть рассмотрен, по меньшей мере, в свете указанного числа значащих цифр и с применением обычных методов округления.

Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, определяющие в целом объем изобретения, являются приблизительными, представленные в конкретных примерах численные величины указаны настолько точно, насколько это возможно. Однако любое числовое значение по самой своей природе включает определенные ошибки, с неизбежностью возникающие в результате наличия стандартного отклонения, обнаруживаемого при его измерениях в соответствующих испытаниях.

Кроме того, следует понимать, что любой числовой диапазон, приведенный в настоящем документе, предполагает включение всех поддиапазонов, попадающих в его пределы. Например, диапазон «от 1 до 10» предполагает включение всех поддиапазонов между (и включительно) приведенным минимальным значением «1» и приведенным максимальным значением «10», то есть имеющие минимальное значение, равное или большее 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10.

В данной заявке использование единственного числа включает множественное число, и множественное число включает единственное число, если специально не указано иное. Кроме того, в данной заявке использование «или» означает «и/или», если специально не указано иное, несмотря на то, что в некоторых случаях «и/или» может использоваться в явном виде. Кроме того, в настоящей заявке использование форм единственного числа означает «по меньшей мере один», если специально не указано иное. Например, ароматическая монокислота, поликислота, полиол, алифатическая поликислота и тому подобное относятся к одному или более из любых указанных веществ.

В настоящем документе переходный термин «заключающий в себе» (и другие аналогичные термины, например, «содержащий» и «включающий») является «неограничивающим» и используется в отношении композиций, способов и соответствующего им компонента (компонентов), которые являются существенными для настоящего изобретения, но в то же время открытым для включения в него неуказанного вещества. Термин «состоящий, главным образом, из» относится к такому компоненту (компонентам), который требуется для данного варианта осуществления, и допускает присутствие компонента (компонентов), которые существенно не влияют на свойства или функциональную характеристику (характеристики) данного варианта осуществления. Термин «состоящий из» относится к композициям и способам, в которых исключаются любые другие компоненты, не указанные в данном описании варианта осуществления.

Композиция покрытия, полученная из аминного компонента настоящего изобретения, включает в себя аминный компонент, который содержит полиамин, образовавший комплекс с CO₂, и который является жидким в условиях окружающей среды. Как употребляется в настоящем документе, «условия окружающей среды» относятся к комнатным условиям температуры и влажности или к условиям температуры и влажности, которые обычно находятся в области, в которой композицию покрытия наносят на подложку. При проведении реакции с сшивающим агентом жидкую композицию покрытия получают из реакционной смеси таким образом, что вся система остается жидкой до отверждения. В одном варианте осуществления полиамин содержит стерически затрудненный полиамин, который может быть алифатическим, циклоалифатическим или ароматическим полиамином. Аминный компонент может включать в себя дополнительные амины в дополнение к стерически затрудненному полиамину, причем дополнительный амин может быть алифатическим, циклоалифатическим и/или ароматическим моноамином. Для формирования композиции покрытия сшивающий агент включает в себя, по меньшей мере, две функциональные группы, которые способны реагировать с аминами. Подходящие функциональные группы включают изоцианатную, оксирановую, ангидридную, альдегидную, кетонную, бета-дикетонную, сложную бета-кетоэфирную, малонатную, акрилатную и/или фумаратную, среди которых могут присутствовать алифатические, циклоалифатические и/или ароматические. Например, для получения полимочевины сшивающий агент включает в себя полифункциональный изоцианат и также может дополнительно включать монофункциональный изоцианат, оксиран, ангидрид, альдегид, кетон, бета-дикетон, сложный бета-кетоэфир, малонат, акрилат и/или фумарат. Следует принимать во внимание, что настоящее изобретение описывает отдельные варианты осуществления, в которых амины используются для получения полимочевины, однако это не ограничивает использования настоящего изобретения в других композициях покрытия, которые включают реакционноспособные амины.

Полагают, что стерически затрудненный амин является, по меньшей мере, частично стойким к образованию связей с CO₂, благодаря чему стерически затрудненный амин, образовавший комплекс с CO₂, не образует соль и остается жидким в условиях окружающей среды, что делает комплекс амин-CO₂ более удобным в обращении, чем твердый солевой комплекс амина. Комплекс амин-CO₂ является жидким и устойчивым при комнатной температуре, благодаря чему комплекс амин-СО₂ может храниться в условиях окружающей среды в течение длительных периодов времени. Кроме того, реакционная смесь, включающая в себя сшивающий агент и комплекс амин-CO₂ настоящего изобретения, проявляет большее время жизнеспособности по сравнению с реакционной смесью, содержащей такой же сшивающий агент и такой же амин, который не образует комплекса с CO₂.

При использовании, реакционная смесь (комплекс полиамина с CO₂ и сшивающий агент) подается таким образом, что CO₂ отделяется от полиамина в условиях окружающей среды или при повышенной температуре, например до 80°C. Также можно включать катализатор или ускоритель, такой как минеральная кислота, для повышения скорости диссоциации комплекса CO₂-полиамин. Например, CO₂ может отделяться от полиамина при разбрызгивании или распылении композиции покрытия в условиях окружающей среды. Например, когда жидкую реакционную смесь, содержащую аминный компонент, включающий жидкий полиамин, образовавший комплекс с CO₂, и сшивающий агент (где сшивающий агент включает в себя функциональные группы, способные реагировать с аминами), разбрызгивают на подложку, например металлическую или неметаллическую подложку, CO₂ отделяется от полиамина, благодаря чему полиамин способен реагировать с сшивающим агентом, и на подложке формируется композиция покрытия.

Обнаружено, что комплекс CO₂-амин остается жидким в условиях окружающей среды и способен увеличивать жизнеспособность реакционной смеси по сравнению с реакционной смесью, содержащей такой же амин, не образующий комплекса с CO₂.

Для демонстрации общих принципов изобретения предлагаются следующие примеры. Однако изобретение не должно рассматриваться как ограниченное приведенными конкретными примерами. Все части и процентные содержания в примерах даны по массе, если не указано иное.

Примеры

Пример 1: Получение смолы с комплексом CO₂-амин

Смолу с комплексом CO₂-амин получали добавлением 200,0 г DESMOPHEN® NH 1420 в 250 мл стеклянную колбу Эрленмейера, снабженную мешалкой. Затем CO₂ барботировали через перемешиваемую аминосмолу со скоростью 1,0 стандартный кубический фут в час (SCFH) (28,3 л/ч) в течение 5 суток в условиях окружающей среды и в окружающей атмосфере. Реакционная смесь оставалась прозрачной бесцветной жидкостью в течение 5 суток, и не наблюдалось видимого изменения вязкости по сравнению с аминосмолой DESMOPHEN® NH 1420. Реакционную смесь далее выливали в стеклянный сосуд и помещали в ультразвуковую ванну (Fisher Scientific FS30H) с температурой окружающей среды на 30 мин для удаления любого избытка газообразного CO₂, растворенного в реакционной смеси.

Пример 2: Композиция покрытия

Полимочевинную композицию покрытия готовили, как изложено далее, с использованием компонентов таблицы 1.

9,8 г Eastman МАК, а также все из TINUVIN® 292, TINUVIN® 1130, DISPERBYK® 2155, MAPICO® 1050А, TIONA® 595, KROMA RED® RO3097 и MONARCH® 1300 помещали вместе в емкость соответствующего размера и диспергировали при большом усилии сдвига до получения размера частиц менее 10 мкм, определенного гриндометром Хегмана «Fineness of Grind Gauge» в соответствии с ASTM D1210. Для композиции A DESMOPHEN® NH 1420, остальные растворители (8,6 г МАК и ацетон), BYK-333 и AEROSIL® R-812 добавляли и перемешивали при сдвиге от умеренного до слабого до тех пор, пока не происходило хорошее включение ингредиентов и не наблюдалась однородная смесь. Для композиции В добавляли комплекс CO₂-амин примера 1, остальные растворители (8,6 г МАК и ацетон), BYK-333 и AEROSIL® R-812 добавляли и перемешивали при сдвиге от умеренного до слабого до тех пор, пока не происходило хорошее включение ингредиентов и не наблюдалась однородная смесь. Композицию В затем помещали в ультразвуковую ванну с температурой окружающей среды на 10 мин для удаления любого оставшегося газообразного CO₂ из жидкого покрытия. Затем полиизоцианатный сшивающий агент (HR-86-9357) добавляли в обе композиции A и В. Вязкость обеих композиций А и В измеряли сразу после смешивания со сшивающим агентом и периодически с интервалом 15 мин в течение 1 часа с помощью вискозиметра Брукфильда САР 2000 с высокой скоростью сдвига (шпиндель #1, частота вращения 75 об/мин), как показано в табл. 2.

Как видно из табл. 2, покрытие, использующее смолу с комплексом CO₂-амин примера 1 (покрытие В), показывало меньшую вязкость каждый 15 мин интервал по сравнению со сравнительным покрытием A, использующим аминосмолу DESMOPHEN® NH 1420. Покрытие B показывало вязкость на 23,5% меньше, чем покрытие А после 60 мин.

Сразу после смешивания с изоцианатным сшивающим агентом покрытия A и B разбрызгивали при температуре и влажности окружающего воздуха с помощью совместимого Graco AirPro пистолета-распылителя на неотвержденную 2K полиуретановую грунтовку на основе растворителя на подложке из холоднокатаной стали, обработанной фосфатом железа Bonderite В-1000 (с промывкой деионизированной водой). Продолжительность высыхания покрытий при температуре и влажности окружающей среды измеряли путем надавливания на покрытие пальцем в перчатке (легкие нажатия с интервалами в 5 мин), до тех пор, пока отпечаток не перестанет переноситься на покрытие, и в этот момент покрытие считали сухим. После отверждения в течение дополнительных 24 ч при температуре и влажности окружающей среды покрытие подвергали испытанию на двойное истирание (МЭК) в соответствии с ASTM D 5402 с целью определения степени отверждения. Как показано в таблице 3, покрытия показывают одинаковую продолжительность высыхания и сходную отверждаемость по истечении 24 ч.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные подробности определенных вариантов осуществления, не предполагается рассматривать такие подробности как ограничивающие объем изобретения, за исключением той степени, в которой они включены в прилагаемую формулу изобретения.

1. Жидкая композиция покрытия, полученная из реакционной смеси, содержащей (a) аминный компонент, содержащий комплекс полиамина с CO₂, и (b) сшивающий агент, причем указанный аминный компонент является жидким в условиях окружающей среды.

2. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный полиамин включает стерически затрудненный полиамин.

3. Композиция покрытия по п.2, в которой указанный стерически затрудненный полиамин включает алифатический, циклоалифатический или ароматический полиамин.

4. Композиция покрытия по п.3, в которой указанный аминный компонент дополнительно включает алифатический, циклоалифатический или ароматический моноамин.

5. Композиция покрытия по п.2, в которой указанный сшивающий агент содержит, по меньшей мере, две функциональные группы, способные реагировать с аминами.

6. Композиция покрытия по п.5, в которой указанные функциональные группы включают изоцианатную, оксирановую, ангидридную, альдегидную, кетонную, бета-дикетонную, сложную бета-кетоэфирную, малонатную, акрилатную и/или фумаратную.

7. Композиция покрытия по п.5, в которой указанные функциональные группы включают изоцианатную группу, так что указанная композиция покрытия содержит полимочевину.

8. Композиция покрытия по п.6, дополнительно содержащая монофункциональный изоцианат, оксиран, ангидрид, альдегид, кетон, бета-дикетон, сложный бета-кетоэфир, малонат, акрилат и/или фумарат; или

в которой указанный сшивающий агент включает алифатический, циклоалифатический и/или ароматический сшивающий агент.

9. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный CO₂ отделяется от указанного полиамина

в условиях окружающей среды: или

при повышенной температуре; или

с помощью катализатора или ускорителя; или

при разбрызгивании или распылении композиции покрытия в условиях окружающей среды.

10. Композиция покрытия по п.1, в которой после распыления покрытия указанный CO₂ отделяется от указанного полиамина в условиях окружающей среды или при повышенной температуре.

11. Способ получения композиции покрытия, включающий нанесение на подложку жидкой реакционной смеси, содержащей (a) аминный компонент, содержащий комплекс полиамина с CO₂, и (b) сшивающий агент, причем указанный аминный компонент является жидким в условиях окружающей среды, причем полиамин отделяется от CO₂ и реагирует со сшивающим агентом.

12. Способ по п.11, в котором реакционную смесь разбрызгивают на подложку.

13. Способ по п.12, в котором подложка включает металлическую или неметаллическую подложку.

14. Подложка с нанесенным покрытием, содержащая подложку и композицию покрытия по п.1, нанесенную, по меньшей мере, на часть подложки.

15. Подложка с нанесенным покрытием по п.14, где композицию покрытия разбрызгивают на подложку.