Суспензия для модификации лакокрасочных материалов на эпоксидной основе для усиления антикоррозионных свойств

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, а именно двухкомпонентных лакокрасочных покрытий на основе эпоксидных связующих, которые могут быть использованы для антикоррозионной защиты металлоконструкций в агрессивных средах. Суспензия для модификации лакокрасочных материалов на эпоксидной основе для усиления антикоррозионных свойств предназначена для введения в лакокрасочный материал на эпоксидной основе в количестве от 7 до 15 мас.% и включает пленкообразующее вещество – эпоксидную смолу, растворитель, диспергатор, представляющий собой модифицированный полиуретан, катионное ПАВ и многослойные углеродные нанотрубки. В качестве катионного ПАВ может быть использован водный раствор четвертичной аммониевой соли, в качестве растворителя смесь ксилола, бутилацетата и ацетона или этилцеллозольва и толуола. Технический результат заключается в повышении защитных свойств и стойкости к воздействию агрессивной среды лакокрасочного материала на эпоксидной основе и, как следствие, в продлении срока службы металлоконструкций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, а именно двухкомпонентных лакокрасочных покрытий на основе эпоксидных связующих, и может быть использовано для антикоррозионной защиты металлоконструкций в агрессивных средах. Основа эпоксидного лакокрасочного материала (ЛКМ) содержит эпоксидную смолу, растворитель, пигменты и наполнители (первый компонент ЛКМ), вторым компонентом ЛКМ является отвердитель.

Работы по модификации эпоксидных ЛКМ имеют высокий практический интерес, поскольку данные ЛКМ широко применяются в различных областях промышленности и характеризуются высокими эксплуатационными свойствами и показателями технологичности производства. К актуальным проблемам настоящего времени относится разработка технологий получения новых материалов путем допирования существующих разнообразными наночастицами, среди которых особое место занимают углеродные нанотрубки (УНТ), проявляющие принципиально новые свойства и имеющие огромный потенциал для получения новых материалов. Уникальное сочетание таких свойств как малые размеры, высокие механические и сорбционные свойства, прочность, большая удельная поверхность и др., открывает широкие перспективы получения на основе УНТ новых функциональных материалов с улучшенными техническими и потребительскими характеристиками.

В патентах республики Беларусь BY16922 (МПК C09D 163/00, опубл. 2013.04.30), BY11214 (МПК C09D 163/00, опубл. 2008) продемонстрировано, что введение углеродных наночастиц в эпоксидный материал (эпоксидная смола 84,0-87,5 масс. %, ультрадисперсный алмаз 0,2-4,2 масс. % и отвердитель 11,8-12,3 масс. % - BY16922; эпоксидная смола 89,77-90,54 масс. %, углеродные нанотрубки 0,045-0,898 масс. %, отвердитель 9,34-9,42 масс. % - BY16922) усиливает адгезионные, прочностные и водоотталкивающие свойства покрытия по сравнению с недопированным материалом. В данных патентах сначала получают суспензию УНТ в отвердителе, которая затем добавляется в смолу; или в эпоксидной смоле, в которую затем добавляется отвердитель. При приготовлении покрытия используют ультразвуковое перемешивание. Антикоррозионные свойства покрытия в данных патентах не исследовались.

Углеродные нанотрубки вследствие высокой поверхностной энергии склонны образовывать агломераты. Условием введения углеродных нанотрубок в различные материалы является разработка способов активного диспергирования (измельчения) данных агломератов в полимерной среде до получения ультрамикро- и микрогетерогенных дисперсных систем.

Известен способ получения дисперсий УНТ в органических растворителях на основе амидов с применением полимерного ПАВ - поливинилпирролидона по патенту US 7682590 (МПК D01F 9/12, B82B 1/00, C08J 3/02, С08К 3/04, С08К 7/24, опубл. 23/03/2010), включающий ультразвуковое диспергирование дисперсии УНТ в растворителе, содержащем поливинилпирролидон. Авторы рекомендуют применение данной дисперсии при приготовлении полимерных нанокомпозитов. Однако амиды применяются в качестве отвердителей эпоксидных красок, поэтому не могут быть включены в основу эпоксидных красок.

В патенте US 8211969 (МПК В32В 27/00, C08F 236/04, C08G 81/00, C08F 279/00, В32В 27/18, C08F 291/14, С08K 3/04, C08G 75/02, C08F 236/20, В29С 41/00, опубл. 3.07.2012) предложено диспергировать УНТ в различных органических растворителях (хлороформе, толуоле, тетрагидрофуране) с помощью растворимых в органических растворителях блок-сополимеров, содержащих блоки с спряженными связями и без сопряженных связей. В результате ультразвуковой обработки УНТ в растворителях в присутствии сополимеров получают стабильные дисперсии. Недостатком данного способа при получении красок с УНТ является то, что наличие в красках постороннего полимера ухудшает их свойства. Кроме того, используемые сополимеры, как правило, являются лабораторными и не выпускаются промышленностью.

В ряде патентов, например US 8187566 (МПК D01F 9/12, С01В 31/04, опубл. 29.05.12), для улучшения диспергируемости УНТ в органических растворителях используют функционализацию УНТ кабоксильными или гидроксильными группами с последующей ультразвуковой обработкой. В патенте РФ 2531172, дополнительно к функционализации УНТ кабоксильными или гидроксильными группами, ультразвуковое диспергирование ведут в присутствии тетрабутилтитаната со стеариновой или олеиновой кислотой. В данных патентах не анализируется результат введения полученных суспензий в эпоксидные ЛКМ и влияние УНТ на антикоррозионные свойства красок.

Одним из важнейших применений эпоксидных лакокрасочных материалов является антикоррозионная защита металлических конструкций в наземных, подземных и подводных сооружениях.

В научной литературе повышение защитных свойств покрытия с углеродными нанотрубками от коррозии по сравнению с нелегированным материалом выявлены в ряде исследований. В работе [J. HaeRi, P. JinHwan, S. Min Young, Corrosion protection by epoxy coating containing multi-walled carbon nanotubes, J. Ind. Eng. Chem. 19 (2013) 849-853] изучены гидрофобные и антикоррозионные свойства эпоксидной смолы с углеродными нанотрубками. Показано, что присутствие УНТ в покрытии замедляет транспорт воды к поверхности металла, что усиливает ее защитные свойства. Предположительно углеродные нанотрубки, введенные в покрытие, действуют как физический барьер для процесса коррозии путем заполнения трещин, разрывов и микроотверстий на поверхности металла. Исследования авторов настоящего патента методами квантовой химии [Е.В. Бутырская, Л.С. Нечаева, С.А. Запрягаев Theoretical Study of the Corrosion Protection Mechanism by Carbon Nanotubes // Computational and Theoretical Chemistry. - Elsevier, 2016. - Vol. 1090. - 5 p.] показали, что кроме вышесказанного, ингибирование процесса коррозии углеродными нанотрубками обусловлено адсорбцией ими частиц, поддерживающих коррозионный процесс, следствием чего является торможение анодного и катодного процессов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является антикоррозийный лакокрасочный материал по патенту РФ 2537001 (МПК C09D 5/08, В82В 3/00, B82Y 30/00, опубл. 27.12.2014), согласно которому в эпоксидную смолу или промышленную эмаль вводилась суспензия, состоящая из эпоксидной смолы в качестве пленкообразующего вещества (15% масс), многослойных УНТ (0.5% масс) и 2-этоксиэтанола (84.5% масс) (этилцеллозольв), перемешанных в диспергирующей и ультразвуковой установках.

Однако в данном патенте даже ультразвуковая обработка не обеспечивает необходимого технического результата, для достижения которого требуется дополнительно введение в отвердитель антикоррозионной добавки. В прототипе при приготовлении суспензии использован растворитель 2-этоксиэтанол (этилцеллозольв), однако при производстве эпоксидных ЛКМ и для их разбавления наиболее часто рекомендуется смесь растворителей, например, ксилол + ацетон + бутилацетат и др.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке состава для усиления антикоррозийных свойств эпоксидных лакокрасочных материалов, устойчивого при хранении и с равномерным распределением компонентов по объему.

Технический результат заключается в повышении защитных свойств и стойкости к воздействию агрессивной среды лакокрасочного материала на эпоксидной основе, как следствие, в продлении срока службы металлоконструкций.

Технический результат достигается тем, что суспензия для модификации лакокрасочных материалов на эпоксидной основе для усиления антикоррозионных свойств, включающая пленкообразующее вещество, растворитель и многослойные углеродные нанотрубки, предназначенная для введения в лакокрасочный материал на эпоксидной основе в % масс. от 7 до 15, согласно изобретению, дополнительно содержит диспергатор, представляющий собой модифицированный полиуретан, и катионное ПАВ при следующем соотношении компонентов (масс. %):

растворитель от 75 до 90
пленкообразующее вещество от 8 до 23
диспергатор от 0,8 до 1,2
ПАВ от 0,8 до 1,2
многослойные углеродные нанотрубки от 0,2 до 0,8.

В качестве катионного ПАВ может быть использован водный раствор четвертичной аммониевой соли общей формулы , где а, b, с - метальная, этильная или бензильная группы, в качестве растворителя смесь ксилола, бутилацетата и ацетона или этилцеллозольва и толуола.

На фиг. 1 представлены фото покрытий, модифицированных суспензией заявленного состава, и без суспензии, нанесенных на пластины из стали 3, после 600 часов выдерживания в камере солевого тумана.

При приготовлении суспензии в нее вводилась диспергирующая добавка, представляющий собой модифицированный полиуретан, и катионное ПАВ, что позволило исключить обработку суспензии ультразвуком и не добавлять антикоррозионную добавку в используемый отвердитель. Роль диспергирующей добавки и ПАВ заключается в снижении энергии взаимодействия углеродных нанотрубок друг с другом, что способствует измельчению агломератов УНТ и их равномерному распределению в суспензии.

Для активного диспергирования УНТ в эпоксидных ЛКМ предлагается получение суспензии на основе системы, содержащей УНТ, растворитель, эпоксидную смолу, диспергирующую добавку и ПАВ. Данная система обладает значительно меньшей вязкостью по сравнению с эпоксидной смолой и лакокрасочным материалом, что значительно облегчает процесс получения суспензии с равномерным распределением УНТ. Последующее введение данной суспензии в ЛКМ более эффективно, чем введение УНТ в пленкообразующее вещество или лакокрасочный материал, так как они имеют высокую вязкость, что затрудняет эффективное измельчение агломератов УНТ и равномерное распределение нанотрубок в ЛКМ.

В качестве растворителя при приготовлении суспензии использовались смесь ксилола (60-70%), бутилацетата (15-23%) и ацетона (15-21%); либо смесь этилцеллозольва и толуола (1:1).

Пример.

Для получения суспензии в диспергирующую установку загружались растворитель (85.54% масс), представляющий собой смесь ксилола (64%), бутилацетата (23%) и ацетона (21%), эпоксидная смола Э-40 в качестве пленкообразующего (12% масс), многослойные углеродные нанотрубки (0.4% масс), диспергатор, представляющий собой модифицированный полиуретан (1,03%) масс), катионное ПАВ, представляющее собой водный раствор четвертичной аммониевой соли. Компоненты в течение 1,5 часа перемешивались в диспергирующей установке на частоте 3000 об/мин с добавлением стеклянного бисера.

При этом была получена черная суспензия, не содержащая осадка и хлопьев углеродных нанотрубок. Суспензия устойчива при хранении.

Рекомендуется добавление готовой суспензии в количестве 7-15 масс. % в промышленный эпоксидный ЛКМ (или промышленный ЛКМ, из которого естественным образом улетучилось 7-15%) растворителя) с последующим перемешиванием суспензии и ЛКМ в диспергирующей установке 10 мин.

Покрытие наносилось в один слой и помещалось в камеру солевого тумана. По фотографиям на фиг. 1 видно, что покрытие с УНТ обеспечивает существенно более высокую антикоррозионную защиту. Особенно отчетливо это видно на правой части фиг.1, где представлена поверхность металла после снятия покрытия: на металле, покрытом ЛКМ с УНТ, практически отсутствуют следы коррозии за исключением небольших крайних участков, в то время, как пластина, покрытая ЛКМ без УНТ, практически полностью покрылась коррозией.

Адгезия образцов покрытия с углеродными нанотрубками (Фиг. 1) по методу решетчатых надрезов составила 0 баллов, для образцов без УНТ - 1 балл.

1. Суспензия для модификации лакокрасочных материалов на эпоксидной основе, включающая пленкообразующее вещество, растворитель и многослойные углеродные нанотрубки, предназначенная для введения в лакокрасочный материал на эпоксидной основе в количестве от 7 до 15 мас.%, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего вещества используется эпоксидная смола, дополнительно содержит диспергатор, представляющий собой модифицированный полиуретан, и катионное ПАВ при следующем соотношении компонентов (мас.%):

растворитель 75-90
пленкообразующее вещество 8-23
диспергатор 0,8-1,2
ПАВ 0,8-1,2
многослойные углеродные нанотрубки 0,2-0,8

2. Суспензия по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве катионного ПАВ использован водный раствор четвертичной аммониевой соли.

3. Суспензия по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве растворителя использована смесь ксилола, бутилацетата и ацетона или этилцеллозольва и толуола.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к циклоалифатической смоле, содержащей силаны с эпокси- и алкокси-силанольными функциональными группами, полученной реакцией: a) эпокси-функционального силана, имеющего формулу где каждый R1 независимо выбран из метила, метокси-, этокси- или пропокси-группы; "X" может представлять собой эпокси-циклогексил или глицидокси-группу; и "n" представляет собой целое число от 1 до 6; и b) гидрированного бисфенола, имеющего формулу где R2 представляет собой метил, этил или атом водорода.

Изобретение относится к области химии для использования в автомобилестроении и касается покрытого металлического листа для автомобиля. Лист содержит: металлический лист и пленку покрытия , присутствующую на по меньшей мере одной поверхности этого металлического листа.

Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических подложек. Предложены водный конверсионный раствор, используемый в качестве предварительной обработки для нанесения дополнительного покрытия, и способ нанесения покрытия на металлические подложки, обеспечивающие получение адгезионных характеристик, исключающих опасность проникновения ржавчины через лак.

Изобретение относится к области конверсионных покрытий, предназначенных для защиты металлических подложек от коррозии, а также покрытий, обеспечивающих высокую адгезию поверхностных покрытий и красок к подложке.

Изобретение относится к области конверсионных покрытий, предназначенных для защиты металлических подложек от коррозии, а также покрытий, обеспечивающих высокую адгезию поверхностных покрытий и красок к подложке.

Изобретение относится к краске, обладающей антикоррозионными и огнестойкими свойствами. Она может применяться для защиты поверхности металла и бетона от коррозии, а также при воздействии высоких температур.

Изобретение относится к двухупаковочным композициям для покрытий для твердых материалов на основе полиуретановой смолы. В композиции для покрытия используются полиуретановая смола, отвердитель, растворитель и порошки металлов, преимущественно цветных металлов, например Ni, Cu, Ti, Sn, Mg, Si, Cr, Pt, Au и т.д., но возможно использование порошков железа и низколегированныех сталей.

Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам на основе акриловых сополимеров и может быть использовано как грунтовка и как самостоятельный лакокрасочный состав для защиты от коррозии металлических и неметаллических материалов, эксплуатируемых в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях повышенной влажности.
Изобретение относится к лакокрасочному супергидрофобному покрытию, которое предназначено для защиты от повышенной влажности, загрязнения, развития плесени и коррозии различных поверхностей, например металла, пластика, камня и других.

Настоящее изобретение относится к способам и композициям для ингибирования коррозии металлов, конкретно нержавеющих и дуплексных сталей. Коррозия металлических трубопроводов составами ингибиторов гидратообразования, в частности локализованная коррозия, уменьшается, когда состав ингибитора гидратообразования содержит эффективное количество по меньшей мере одной гидроксикислоты или эквивалента, выбранной из группы, состоящей из гидроксикислот, имеющих от 2 до 20 атомов углерода и по меньшей мере одну гидроксильную группу, и по меньшей мере один ион неорганического галогенида, а также не содержит метанол.

Изобретение относится к способу подавления льдообразования на подложке. Способ включает нанесение на подложку отверждаемой пленкообразующей композиции.
Изобретение относится к вспучивающейся композиции для покрытия, содержащей полиизоцианат, полифункциональное соединение, способное взаимодействовать с изоцианатом, и вспучивающийся ингредиент.

Настоящее изобретение относится к фторполимерной покровной композиции и к изделию, имеющему поверхность с низким коэффициентом трения. Указанная фторполимерная композиция содержит диспергированные в воде частицы фторированного гомополимера, диспергированные в воде частицы фторированного сополимера, диспергированные в воде частицы нефторированного полимера и по меньшей мере одно азиридиновое соединение, содержащее по меньшей мере две азиридиновые группы.

Изобретение относится к водной композиции для склеивания, содержащей одно или большее количество анионогенных поверхностно-активных веществ и дополнительно содержащей диспергированные частицы, которые включают полиуретан, где указанный полиуретан является продуктом реакции группы реагентов (GR1), где GR1 включает один или большее количество ароматических полиизоцианатов и полиольный компонент, где указанный полиольный компонент включает (a) один или большее количество сложных полиэфирполиолов в количестве, составляющем от 50 до 99 мас.% в пересчете на массу указанного полиольного компонента, (b) один или большее количество диолов, содержащих гидрофильную боковую цепь, в количестве, составляющем от 0,1 до 10 мас.% в пересчете на массу указанного полиольного компонента, и (c) один или большее количество полиолов, отличающихся от (а) и (b), в количестве, составляющем от 0,9 до 40 мас.% в пересчете на массу указанного полиольного компонента.

Изобретение относится к двухупаковочным композициям для покрытий для твердых материалов на основе полиуретановой смолы. В композиции для покрытия используются полиуретановая смола, отвердитель, растворитель и порошки металлов, преимущественно цветных металлов, например Ni, Cu, Ti, Sn, Mg, Si, Cr, Pt, Au и т.д., но возможно использование порошков железа и низколегированныех сталей.
Изобретение относится к радиационно-отверждаемой композиции покрытия для упаковочных материалов, содержащей метакрилат-функциональное соединение, представляющее собой метакрилат-функциональный простой полиэфируретан, ускоряющее адгезию метакрилатное соединение, представляющее собой смесь фосфата метакрилат-функционального мономера или олигомера и карбоксилата метакрилат-функционального мономера или олигомера.
Настоящее изобретение относится к комплексному соединению цинка(II). Соединение имеет формулу Zn(L)x(Y)2-x, где x равен 2, Y представляет собой лиганд с единичным отрицательным зарядом, a L представляет собой лиганд формулы (I): где R1 и R2 независимо друг от друга представляют собой водород, C1-С10 алкил или С6 арил или совместно образуют двухвалентный остаток формулы -(СН2)n-, где n = от 3 до 6, R3 и R4 независимо друг от друга представляют собой С1-С12 алкил, С3-С6 циклоалкил или С1-С4 алкильный эфир.
Настоящее изобретение относится к способу изготовления покрытой металлической полосы, содержащей металлическую полосу и покрытие. Способ включает перемещение металлической полосы, нанесение покровного материала на перемещающуюся полосу при температуре перемещающейся полосы равной 60°С или меньше, спекание покровного материала при температуре от 80 до 250°С с образованием покровной пленки, охлаждение перемещаемой полосы до температуры ее поверхности 80°С или менее и сматывание перемещаемой металлической полосы.

Настоящее изобретение относится к композиции для формирования защитно-декоративного слоя на поверхности оснований, получаемых из резиновой крошки и связующего уретанового типа, которые могут быть использованы в строительстве при формировании эластичных спортивных площадок и кровельных покрытий.

Настоящее изобретение относится к радиационно отверждаемым, способным диспергироваться в воде полиуретан(мет)акрилатам, применяемым для нанесения покрытий. Указанные уретан(мет)акрилаты образуются из (а) по меньшей мере одного (цикло)алифатического ди- и/или полиизоцианата, (b1) по меньшей мере одного (цикло)алифатического диола с молекулярной массой меньше 700 г/моль, (b2) по меньшей мере одного сложного полиэфирдиола со среднемассовой молекулярной массой от 700 до 2000 и кислотным числом не более 20 мг КОН/г, (с) по меньшей мере одного соединения, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу и по меньшей мере одну ненасыщенную группу, способную к радикальной полимеризации, (d) по меньшей мере одного соединения, имеющего по меньшей мере одну группу, реакционноспособную по отношению к изоцианату, и по меньшей мере одну кислотную группу, (е) по меньшей мере одного основания, (f) необязательно по меньшей мере одного моноспирта, имеющего ровно одну гидроксильную группу, (g) необязательно по меньшей мере одного монофункционального простого полиалкиленоксидполиэфироспирта, (h1) по меньшей мере одного амина, замещенного одним или двумя содержащими по меньшей мере 12 атомов углерода углеводородными остатками, и (h2) необязательно по меньшей мере одного соединения, содержащего по меньшей мере две первичные и/или вторичные аминогруппы.

Изобретение относится к циклоалифатической смоле, содержащей силаны с эпокси- и алкокси-силанольными функциональными группами, полученной реакцией: a) эпокси-функционального силана, имеющего формулу где каждый R1 независимо выбран из метила, метокси-, этокси- или пропокси-группы; "X" может представлять собой эпокси-циклогексил или глицидокси-группу; и "n" представляет собой целое число от 1 до 6; и b) гидрированного бисфенола, имеющего формулу где R2 представляет собой метил, этил или атом водорода.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, а именно двухкомпонентных лакокрасочных покрытий на основе эпоксидных связующих, которые могут быть использованы для антикоррозионной защиты металлоконструкций в агрессивных средах. Суспензия для модификации лакокрасочных материалов на эпоксидной основе для усиления антикоррозионных свойств предназначена для введения в лакокрасочный материал на эпоксидной основе в количестве от 7 до 15 мас. и включает пленкообразующее вещество – эпоксидную смолу, растворитель, диспергатор, представляющий собой модифицированный полиуретан, катионное ПАВ и многослойные углеродные нанотрубки. В качестве катионного ПАВ может быть использован водный раствор четвертичной аммониевой соли, в качестве растворителя смесь ксилола, бутилацетата и ацетона или этилцеллозольва и толуола. Технический результат заключается в повышении защитных свойств и стойкости к воздействию агрессивной среды лакокрасочного материала на эпоксидной основе и, как следствие, в продлении срока службы металлоконструкций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх