ВОДНЫЕ СВЯЗЫВАЮЩИЕ РАСТВОРЫ
AQUEOUS BINDING SOLUTIONS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к альтернативным системам растворителей для связывающих растворов на основе полиэфирсульфона, полиамидимида, полиэфиримида, полиимида и/или полиаминовой кислоты.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фторполимеры нашли свое применение во многих нанесениях антипригарного и разделительного покрытия, такого как, например, антипригарные покрытия для кухонной посуды. Однако в связи с недопускающей пригорания природой перфторполимеров грунтовочные слои, имеющие связующие вещества, как правило, должны прилипнуть к поверхности субстрата до нанесения фторполимеров для обеспечения надлежащего прилипания фторполимера к субстрату. В данном уровне техники было обнаружено, что связывающие композиции, содержащие полиэфирсульфоны (PES), или полиамидимиды (PAI), или полиэфиримиды (PEI), или полиимиды (PI), или их комбинации, являются применимыми в грунтовочных слоях в качестве пленкообразователей и для прилипания как к поверхности субстрата, так и к перфторполимерам.
В имеющихся на данный момент связывающих композициях в качестве растворителя используют N-метилпирролидон (NMP) благодаря его дешевизне и свойствам растворения. См., например, патент США №4014834 (выданный Concannon). Совсем недавно профиль токсичности NMP был пересмотрен, а находящиеся на рассмотрении нормативные документы на глобальном уровне могут минимизировать или исключить использование NMP в таких связывающих растворах. Соответственно, необходимы альтернативные растворители на органической и водной основе, которые будут считаться более экологически чистыми. Подходящие растворители будут способны растворять связующие вещества, в том числе при применяемых на практике концентрациях или содержаниях твердых частиц связующего вещества, позволяя связующим веществам распространяться по поверхностям и образовывать грунтовочный слой или пленку на металлических и резиновых поверхностях, не оказывая отрицательного влияния на связывающий слой или его способность связываться как с субстратом, так и с фторполимерными слоями. Предпочтительным решением этой проблемы было бы полное исключение NMP из таких связывающих растворов и существующих водных связывающих растворов. К сожалению, такие связывающие смолы совершенно нерастворимы в воде. Однако подход, заключающийся в добавлении к воде сорастворителя, может быть приемлемой заменой NMP, особенно, если водный связывающий раствор является преимущественно водой, а сорастворитель имеет гораздо более подходящий профиль токсичности, чем NMP. Настоящее изобретение отвечает этим требованиям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на водный связывающий раствор для систем покрытия, содержащий a) воду, b) полиамидимид или полиэфиримид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей содержат один или несколько из ацетоацетамидов, гуанидинов, органических фосфатов, пиперидонов, фталатов, сульфолана, диметилсульфона, диалкилсульфоксида, dl-пантотенила, н-ацетил-капролактама или их смесей.
В одном из вариантов осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид или полиэфиримид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей содержат ацетоацетамиды, гуанидины, пиперидоны, диметилсульфон, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смеси.
В одном таком варианте осуществления один или несколько растворителей содержат ацетоацетамид, диметилацетоацетамид, н-метилацетоацетамид, диэтилацетоацетамид, тетраметилгуанидин, диметилпиперидон, диметилсульфон, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смесь.
В другом таком варианте осуществления один или несколько растворителей содержат ацетоацетамид, диметилацетоацетамид, н-метилацетоацетамид, диэтилацетоацетамид, диметилпиперидон, диметилсульфон, тетраметилгуанидин или их смесь.
В одном таком варианте осуществления растворитель содержит диметилацетоацетамид.
В другом таком варианте осуществления растворитель содержит тетраметилгуанидин.
В другом варианте осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид или полиэфиримид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из ацетоацетамидов, гуанидинов, органических фосфатов, пиперидонов, фталатов, сульфолана, диметилсульфона, диалкилсульфоксида, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама.
В одном из вариантов осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид или полиэфиримид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из ацетоацетамидов, гуанидинов, пиперидонов, диметилсульфона, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама.
В одном таком варианте осуществления один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из ацетоацетамида, диметилацетоацетамида, н-метилацетоацетамида, диэтилацетоацетамида, тетраметилгуанидина, диметилпиперидона, диметилсульфона, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама или их смеси.
В другом таком варианте осуществления один или несколько растворителей выбраны из ацетоацетамида, диметилацетоацетамида, н-метилацетоацетамида, диэтилацетоацетамида, диметилпиперидона, диметилсульфона, тетраметилгуанидина или их смеси.
В одном таком варианте осуществления растворитель представляет собой диметилацетоацетамид.
В другом таком варианте осуществления растворитель представляет собой тетраметилгуанидин.
Для любого из представленных в данном документе вариантов осуществления существует вариант осуществления, где c) амин и d) растворитель являются одинаковыми.
Для любого из представленных в данном документе вариантов осуществления существует вариант осуществления, где как c) амин, так и d) растворитель являются тетраметилгуанидином.
Для любого из представленных в данном документе вариантов осуществления существует вариант осуществления, где водный связывающий раствор дополнительно содержит один или несколько из модификаторов вязкости, разбавителей, связующих веществ, красителей, наполнителей, диспергирующих средств, модификаторов поверхностного натяжения и фторполимеров. В одном таком варианте осуществления разбавитель представляет собой простой диэфир, или спирт, или гликолевый эфир.
Варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в кратком описании изобретения, и любые другие варианты осуществления, описанные в данном документе, можно комбинировать любым способом, если они не являются взаимоисключающими.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В данном документе водный связывающий раствор содержит по меньшей мере 50% воды как процентное содержание от общего количества летучих жидкостей в композиции (например, общего количества воды со всеми растворителями и сорастворителями). Применяемые в этих водных связывающих растворах растворители и сорастворители либо являются водорастворимыми, либо же применяются в столь небольших количествах, что они не выделяются в виде отдельной фазы.
В данном документе разбавитель является растворителем, который при добавлении к композиции вызывает понижение вязкости данной композиции.
В данном документе, если количество, концентрация или другое значение или параметр приводится либо как диапазон, предпочтительный диапазон, либо как перечень верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, то их следует рассматривать как конкретное раскрытие всех диапазонов, образуемых любой парой любого верхнего предела диапазона или предпочтительного значения и любого нижнего предела диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, раскрываются ли диапазоны по отдельности. Когда в данном документе упоминается диапазон числовых значений, и если не указано иное, то подразумевается, что диапазон включает крайние точки, а также все целые числа и дробные числа в пределах диапазона. Подразумевается, что объем настоящего изобретения не ограничивается конкретными значениями, перечисляемыми при описании диапазона.
Под “фторполимером” подразумевают гомополимер или сополимер с основной цепью, содержащей повторяющиеся звенья по меньшей мере одного полимеризованного мономера, содержащего по меньшей мере один атом фтора.
В данном документе выражение “полиамидимид” (или “PAI”) также включает, в качестве альтернативы, полиаминовую кислоту и соли полиаминовой кислоты, из которых можно получить полиамидимид.
В данном документе значения вязкости измеряют при комнатной температуре (23°C) с использованием вискозиметра Брукфильда с вращающимся диском, такого как вискозиметр Брукфильда RVDIII.
Настоящее изобретение направлено на водный связывающий раствор для систем покрытия, содержащий a) воду, b) полиамидимид или полиэфиримид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей содержат ацетоацетамиды, гуанидины, органические фосфаты, пиперидоны, фталаты, сульфолан, диметилсульфон, диалкилсульфоксид, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смеси.
Настоящее изобретение направлено на водный связывающий раствор для систем покрытия, содержащий a) воду, b) полиамидимид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей содержат ацетоацетамиды, гуанидины, органические фосфаты, пиперидоны, фталаты, сульфолан, диметилсульфон, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смеси.
В одном из вариантов осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид, c) амин d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей содержат ацетоацетамиды, гуанидины, пиперидоны, диметилсульфон, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смеси.
В одном таком варианте осуществления один или несколько растворителей содержат ацетоацетамид, диметилацетоацетамид, н-метилацетоацетамид, диэтилацетоацетамид, тетраметилгуанидин, диметилпиперидон, диметилсульфон, dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам или их смесь.
В другом таком варианте осуществления один или несколько растворителей содержат ацетоацетамид, диметилацетоацетамид, н-метилацетоацетамид, диэтилацетоацетамид, диметилпиперидон, диметилсульфон, тетраметилгуанидин или их смесь.
В одном таком варианте осуществления растворитель содержит диметилацетоацетамид.
В другом таком варианте осуществления растворитель содержит тетраметилгуанидин.
В другом варианте осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из ацетоацетамидов, гуанидинов, органических фосфатов, пиперидонов, фталатов, сульфолана, диметилсульфона, диалкилсульфоксида, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама.
В одном из вариантов осуществления водный связывающий раствор содержит a) воду, b) полиамидимид, c) амин и d) один или несколько растворителей; где один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из: ацетоацетамидов, гуанидинов, пиперидонов, диметилсульфона, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама.
В одном таком варианте осуществления один или несколько растворителей выбраны из одного или нескольких из: ацетоацетамида, диметилацетоацетамида, н-метилацетоацетамида, диэтилацетоацетамида, тетраметилгуанидина, диметилпиперидона, диметилсульфона, dl-пантотенила, н-ацетилкапролактама или их смеси.
В другом таком варианте осуществления один или несколько растворителей выбраны из ацетоацетамида, диметилацетоацетамида, н-метилацетоацетамида, диэтилацетоацетамида, диметилпиперидона, диметилсульфона, тетраметилгуанидина или их смеси.
В одном таком варианте осуществления растворитель представляет собой диметилацетоацетамид.
В другом таком варианте осуществления растворитель представляет собой тетраметилгуанидин.
Хорошо известно, что в связи с недопускающей пригорание природой фторполимеров необходимыми являются грунтовочные слои, содержащие связующие вещества для обеспечения покрытия субстрата фторполимером. Примеры фторполимеров включают без ограничений фторполимер, такой как политетрафторэтилен (PTFE), фторированный этилен-пропилен (FEP), перфторалкокси (PFA), этилен-тетрафторэтилен (ETFE). Связующие вещества, такие как полиэфирсульфоны и полиамидимиды, хорошо известны в применениях грунтовки для антипригарных покрытий и могут присутствовать при содержаниях твердых частиц вплоть до 70% по весу. В существующей практике эти связующие вещества растворяют в NMP. Полиэфирсульфон представляет собой аморфный полимер, имеющий температуру длительного использования вплоть до 190°C и температуру стеклования 220°C. Полиамидимид является термоустойчивым при температурах по меньшей мере 252°C и плавится при температурах по меньшей мере 290°C. Грунтовочные слои содержат одно или несколько связующих веществ. Грунтовочные слои могут дополнительно содержать фторполимер, такой как политетрафторэтилен (PTFE), фторированный этилен-пропилен (FEP), перфторалкокси (PFA), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), сополимер тетрафторэтилена и перфторированного алкилвинилового эфира, поливинилфторид, поливинилиденфторид, полигексафторпропилен, сополимер этилена и гексафторпропилена, сополимер этилена и винилфторида или любая их комбинация, например, которая может помочь увеличить прилипание фторполимера к грунтовочному слою.
Для нанесения связующих веществ на поверхность субстрата, связующее вещество целесообразно надлежащим образом растворить в растворителе или водном растворе до нанесения. Большинство нанесений связующих веществ включают распыление связующего раствора на поверхность до нагревания и/или отверждения. Альтернативно, связывающие растворы можно наносить кистью, наносить окунанием, наносить валиком, напылением или наносить с помощью любого другого известного специалистам в данной области способа нанесения.
С практической точки зрения желательно использовать связывающие растворы, где связующее вещество присутствует в растворителе или смеси растворителей на уровне по меньшей мере 5 вес.%. Однако выбранные связующие вещества (PAI, PES, PEI, PI) являются нерастворимыми в воде и только умеренно растворимыми в большинстве органических растворителях. Кроме того, также желательно, чтобы связывающие растворы были сами по себе доступными, готовыми к поставке, а позже к составлению в грунтовочные композиции. Поэтому особенно желательно иметь возможность готовить такие “промежуточные соединения” с содержанием твердых частиц в водной смеси/смеси сорастворителей по меньшей мере 30 вес.% и предпочтительно 50 вес.%, чтобы водный связывающий раствор можно было экономично транспортировать и применять, например, для минимизации количества транспортируемых воды и растворителя и для минимизации количества повторно используемого или восстанавливаемого после использования растворителя. Для легкости составления промежуточные соединения связующих веществ должны находиться в виде жидкотекучих растворов. Имеется в виду, что предпочтительным является, если вязкость промежуточного соединения устойчива с течением времени и составляет менее 20000 мПа·с (при 23°C, с использованием вискозиметра Брукфильда с вращающимся диском, такого как вискозиметр Брукфильда RVDIII).
Подходящие субстраты, к которым можно применить настоящее изобретение, включают без ограничения трубы, баки, чаны и обрезиненные ролики.
Вышеперечисленные варианты осуществления могут дополнительно содержать модификаторы вязкости, разбавители, красители, наполнители, высококипящие жидкости, диспергирующие средства, модификаторы поверхностного натяжения, фторполимеры и другие добавки состава.
Подходящими сорастворителями в настоящем изобретении являются органические жидкости, и они могут быть дополнительно описаны с помощью их параметров растворимости Хансена. Параметры растворимости Хансена детально описаны в Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, second edition, 1963, pp 889-896. Параметры растворимости Хансена основаны на вкладах в показатели энергии сил дисперсионного взаимодействия между молекулами (δd), энергии биполярных сил взаимодействия между молекулами (δp) и энергии водородных связей между молекулами (δh).
Диапазон параметров Хансена потенциальных сорастворителей для водных растворов полиамидимида или полиэфиримида приведен в таблице 1. Примеры потенциальных сорастворителей перечислены ниже (см. таблицу 2). В качестве первого условия, подходящие смеси растворителей, применимые в настоящем изобретении, должны создавать устойчивые растворы связующих веществ (при содержании твердых частиц связующей смолы в водной смеси/смеси растворителей по меньшей мере 10 вес.% и предпочтительно по меньшей мере 30 вес.%) и являться способными осаждать на поверхность субстрата равномерную пленку из полиамидимида и/или полиэфиримида.
Таблица 1Параметры Хансена потенциальных сорастворителей для полиамидимида и полиэфиримида в расчете 1/2см-3/2 (МПа1/2)
δd
δp
δh
Мин.
5,0 (10,2)
2,2 (4,5)
2,1 (4,3)
Макс.
9,9 (20,3)
9,5 (19,4)
7,7 (15,7)
Что касается водных связывающих растворов, то растворы содержат полиамидимид или полиэфиримид, воду, амин и один или несколько растворителей. Примеры подходящих аминов включают без ограничения триэтиламин, диметилэтаноламин, этил-2-гидроксиэтиламин, трибутиламин, трис(2-гидроксиэтил)амин, N,N-диметиланилин, морфолин, пиридин, N-метилпиррол, этил-бис(2-гидроксиэтил)амин, тетраметилгуанидин и их смеси. Примеры подходящих растворителей включают без ограничения dl-пантотенил, н-ацетилкапролактам, 1,3-диметил-2-имидазолинон-(N,N-диметилэтиленмочевину), гамма-валеролактон, триметилфосфат, триэтилфосфат, дельта-валеролактам, эпсилон-капролактам, N-метилкапролактам, ацетоацетамид, диметилацетоацетамид, N-метилацетоацетамид, диметилпиперидон, диэтилацетоацетамид, диметилсульфон, тетраметилгуанидин или их смеси.
Амин и растворитель могут быть одинаковыми или различными. Например, водный раствор может быть полиамидимидом, водой и тетраметилгуанидином, при этом тетраметилгуанидин выступает в качестве как амина, так и растворителя. Подобным образом применительно к связывающему раствору полиэфиримида.
В случае водных связывающих растворов полиамидимида смесь растворителей (из воды и растворителей) присутствует в количестве от 30 до 90%, предпочтительно от 30 до 75% от общей композиции. В одном варианте осуществления системы растворителей содержат два органических растворителя. Два органических растворителя могут присутствовать в соотношении 50:50, предпочтительно в соотношении 90:10.
В определенных вариантах осуществления необходимы модификатор вязкости и разбавители для усиления растекаемости раствора по поверхности субстрата. Подходящим модификатором вязкости и разбавителем является любая жидкость, которая уменьшает вязкость растворителя без отрицательного влияния или воздействия на связующее вещество. Примеры модификаторов вязкости включают без ограничения 1-бутанол, 2-пропанол, триэтиленгликоль, пропилпропионат, метиловый эфир пропиленгликоля, пропиловый эфир пропиленгликоля, этилацетат и их смеси.
В любом из вышеуказанных вариантов осуществления связывающие растворы могут быть получены с помощью различных определенных выше растворителей, что позволяет наносить связывающий раствор на поверхность субстрата, а также предусматривает легкое удаление растворителя с получением грунтовочного слоя. Подходящие растворители также будут растворять дополнительные компоненты, такие как модификаторы вязкости, разбавители, красители, наполнители, высококипящие жидкости, диспергирующие средства, модификаторы поверхностного натяжения, а также фторполимеры и другие добавки, которые, в случае присутствия, улучшают характеристики грунтовки.
Связывающие растворы настоящего изобретения применимы в покрытиях, в частности в грунтовках для антипригарных фторполимерных покрытий, таких как грунтовки для антипригарной кухонной посуды. Связывающие растворы также находят применение в других нанесениях покрытий, таких как, например, базовые покрытия внутри дозирующих ингаляторов (которые используются, например, на внутренних поверхностях ингаляторов для лечения астмы).
ПРИМЕРЫ
Водные связывающие растворы
Методика получения водной грунтовки на основе полиамидимида, или грунтовки на основе полиэфиримида, или однослойной системы является следующей:
С целью сделать полиамидимид растворимым в воде, благодаря чему его можно применять в покрытии на водной основе, полиамидимид сперва превращали в соль полиаминовой кислоты - амина. Сырой порошок PAI приводили в реакцию с амином, чаще всего с третичным амином, таким как триэтиламин, при повышенной температуре 35-65°C в течение 6 часов в смеси воды и потенциального растворителя, где последний предназначен для катализа/ускорения реакции. В результате данного процесса образовывалась водорастворимая смола амин-нейтрализованной полиаминовой кислоты.
Амин-нейтрализованную полиаминовую кислоту добавляли в смесительный сосуд с лопастной мешалкой, содержащий воду. Амин-нейтрализованную полиаминовую кислоту добавляли и перемешивали с помощью лопастной мешалки (при комнатной температуре) до полного растворения и однородности для обеспечения растворимости. При необходимости для создания любого необходимого цвета добавляли достаточное количество дисперсии пигмента и перемешивали. Подобным образом, если требовалось, добавляли некоторое количество фторполимерного порошка или предварительно измельченного фторполимера и перемешивали, после чего добавляли любые добавки для сопротивления истирания, улучшенных смачиваемости или прилипания, внешнего вида или других характеристик качества и композицию перемешивали до однородности. PAI оставался в форме амин-нейтрализованной полиаминовой кислоты до окончательного отверждения при повышенной температуре с получением сухой пленки; аминный компонент отделяли для отверждения, а PAI подвергали реформингу.
Типичные водные связывающие растворы, как промежуточные соединения, имеют следующую композицию:
20-40% вода
20-40% связующая смола (PAI или PEI)
5-15% амин
5-20% NMP-заменяющий растворитель
5-20% сорастворитель (разбавитель)
Подобные методики можно применять для получения водных композиций покрытия на основе полиэфиримида.
При определении, может ли данный растворитель быть подходящим средством в качестве сорастворителя для смолы, с практической точки зрения применения в составе покрытий, полагали, что степень растворимости смолы в данном растворителе должна составлять по меньшей мере 10%. Желательно, чтобы степень растворимости смолы в данном растворителе составляла до 30%.
Примеры 1-21 получали с применением 10 г смолы (Torlon™ AI-10, приобретенной у Solvay SA, Брюссель, Бельгия для PAI; или Ultem™ 1000 от SABIC International, Эр-Рияд, Саудовская Аравия для PEI), а затем с добавлением растворителя в достаточном количестве для получения общего веса смолы и растворителя 100 г.
При определениях растворимости, представленных в таблице 2, никакие иные компоненты не были включены в состав (ни краситель, ни фторполимер, ни добавки состава). Смесь перемешивали в течение 6 часов при комнатной температуре до декантирования надосадочной жидкости и сушки при 200°C в течение 30 минут. Для определения приблизительного количества смолы, растворимой в 100 г раствора, вес высушенных твердых частиц вычитали из исходных 10 г образца. В случае, если не оставалось никаких высушенных твердых частиц, полагали, что степень растворимости смолы составляет по меньшей мере 10 г смолы на 100 г раствора смолы, чему присваивали балл 10. Для примера, если оставалось 4,0 г высушенных твердых частиц смолы, полагали, что в растворителе растворилось 6,0 г смолы, чему присваивали балл 6 (это означает приблизительно 6 вес.% смолы в растворе растворителя). Для каждого потенциального сорастворителя проводили испытание с применением PAI и записывали балл (0-10). Балл соответствовал приблизительному вес.% смолы, растворимой в растворителе, за исключением вероятности, что балл 10 мог указывать на растворимость смолы в растворителе по меньшей мере 10 вес.%.
Таблица 2Содержание смолы PAI в 100 г композиции раствора смолы/растворителя и параметры Хансена
Прим.
PAI, %
Растворитель
∂d
∂p
∂h
1
10
2-пирролидинон
9,5
8,5
5,5
2
10
DMAC (диметилацетамид)
8,2
5,6
5,0
3
10
DMF (диметилформамид)
8,5
6,7
5,5
4
10
NEP (N-этилпирролидон)
8,8
5,9
3,4
5
4,5
винилкапролактам
8,8
5,8
3,0
6
10
5-метил-2-гидроксиэтилпирролидон
9,1
4,5
6,7
7
5
5-метил-2-пирролидинон
9,6
7,4
3,9
8
10
1,5-диметилпирролидон
8,1
4,4
3,0
9
10
диметилпропиленмочевина
9,1
7,8
4,0
10
10
тетраметилмочевина
8,2
4,0
5,4
11
0
сульфолан
9,9
8,9
5,3
12
10
Xolvone (диметилпиперидон)
8,3
5,2
3,6
13
10
NVP (N-винилпирролидон)
8,0
4,5
2,9
14
1,5
LP100 (октилпирролидон)
8,5
2,7
2,3
15
0
диметилфталат
9,1
5,3
2,4
16
10
N-метилкапролактам
8,5
2,2
2,1
17
2
диэтилацетоацетамид
8,2
4,0
2,9
18
1
тетраметилгуанидин
Нет данных
Нет данных
Нет данных
19
9
триметилфосфат
8,2
7,8
5,0
20
9
триэтилфосфат
8
5,6
4,5
21
0
фурфурол
9,1
7,3
2,5
A
10
NMP
8,8
6,0
3,5
В отдельных случаях, несмотря на характеристики растворимости, из рассматриваемых для применения в коммерческих системах исключали, вследствие неподходящего профиля токсичности, следующие растворители: 2-пирролидинон, DMAC (диметилацетамид), DMF (диметилформамид), NEP (N-этилпирролидон), винилкапролактам, 5-метил-2-гидроксиэтилпирролидон, 5-метил-2-пирролидинон, 1,5-диметилпирролидон, тетраметилмочевину, NVP (N-винилпирролидон), N-метилкапролактам и фурфурол. Кроме того, исключили сульфолан, LP-100 (октилпирролидон) и диметилфталат в связи с их неспособностью растворять PAI или PEI до какой бы то ни было значительной степени.
Оставшиеся варианты испытывали в нанесениях покрытий. Основным назначением этих связующих веществ во фторполимерных покрытиях является, в качестве грунтовочного слоя, обеспечение прилипания покрытия к субстрату (для чего, в свою очередь, требуется прилипание грунтовки к субстрату и прилипание грунтовки к слою фторполимерного покрытия, наносимого поверх грунтовки). Оставшиеся потенциальные связывающие растворы оценивали с помощью испытания в промышленных условиях касательно прилипания к субстрату, испытания на адгезию методом решетчатых надрезов (испытания CHTA), а также с помощью испытания на прилипание/сопротивление истиранию, механического испытания «Лапа тигра» (испытания MTP).
С помощью всех исследуемых растворов смол получали гладкие покрытия.
Методика исследования - испытание на адгезию методом решетчатых надрезов (ASTM D3359)
Методика исследования взята из ASTM D3359-92a. С целью завершить основной отбор растворителей для замены NMP применяли незаполненную синюю грунтовку с основным PTFE верхним слоем покрытия при относительной толщине пленки 0,3 и 0,4 мил.
Основная композиция водной грунтовки:
55-65% вода
5-6% PAI
2-5% заменитель NMP
2-6% сорастворитель
5-10% поверхностно-активное вещество
1-4% амин
5-10% фторполимер
5-10% краситель
0-10% другие добавки
Основная композиция водного верхнего слоя покрытия
35-65% вода
30-45% фторполимер
7-12% поверхностно-активное вещество
0-10% другие добавки
Покрытия наносили посредством распыления на гладкие алюминиевые сковородки для жарки с применением 2-этапного процесса: (a) на сковородку наносили распылением грунтовочное покрытие и сушили при 150°F (65,5°C) в течение 5 минут; (b) на грунтовку наносили распылением верхний слой покрытия и отверждали при 800°F (427°C; измеренная температура металла) в течение 10 минут. На сухой пленке с помощью лезвия делали царапины через покрытие до оголенного металла, применяя решетчатый шаблон с зазорами по 1 мм. С помощью сетчатого шаблона делали одиннадцать параллельных надрезов, после чего процедуру повторяли, делая надрезы под прямым углом к первой серии надрезов, чтобы на покрытии получить решетку из 100 квадратов. Липкую ленту (скотч, 3M, Сент-Пол, Миннесота, США) равномерно прижимали к каждой поверхности покрытия по всей поцарапанной области, а затем равномерно поднимали под углом 90 градусов. Согласно количеству лакокрасочной пленки, удаляемой или поднимаемой с помощью ленты, проводили оценку прилипания к субстрату следующим образом:
Класс “A” - все насечки являются гладкими, при этом отсутствует ослабление прилипания в квадратах, в углах или в точках пересечения надрезов.
Класс “B” - обнаружено слабое отслаивание в точке пересечения надрезов.
Класс “C” - наблюдается существенное ослабление прилипания вдоль точек пересечения надрезов и ослабление прилипания в квадратах.
Класс “D” - абсолютное отсутствие прилипания.
Методика исследования - механическое испытание «Лапа тигра»
Механическое испытание «Лапа тигра» (испытание MTP) заключалось в нагревании покрытых сковородки или диска до приблизительно 400°F (204°C) и создании рельефа износа посредством движения по поверхности туда-обратно утяжеленной вращающейся головки с 3 стержнями от шариковых ручек. Исследование новой сковородки (оценка =10) осуществляли до его завершения, пока не наблюдали сплошного “прорыва” покрытия вплоть до металлического субстрата (оценка =5). Чем больше времени требуется для достижения оценки “5”, тем лучше износостойкость покрытия. Результат исследования MTP измеряется в минутах.
Таблица 3Влияние сорастворителя состава на свойства пленки (прилипание и сопротивление истиранию) для водных связывающих растворов
Пример
Название растворителя
CHTA
MTP
1
NMP
A
55
2
диметилпиперидон (Xolvone)
B
48
3
диметилпропиленмочевина
B
47
4
диметилацетоацетамид
A
58
5
диэтилацетоацетамид
B
31
6
ацетоацетамид
A
79
7
тетраметилгуанидин
A
70
8
N-метилацетоацетамид
A
51
9
диметилсульфон
A
50
Требование, выдвигаемое к любому замещающему связывающему раствору, состоит в том, что он по сравнению с имеющимися водными связывающими растворами, в которых используют NMP, должен обладать такими же или улучшенными характеристиками в испытаниях на прилипание и сопротивление истиранию. Класс “B” в CHTA считается неприемлемым, как и результат MTP меньше 55 минут. С помощью некоторых потенциальных сорастворителей не удалось получить водные связывающие растворы, которые бы привели к достаточному прилипанию к субстрату, среди них: диметилпиперидон (Xolvone), диметилпропиленмочевина и диэтилацетоацетамид; а из оставшихся потенциальных сорастворителей, а именно N-метилацетоацетамида и диметилсульфона, не удалось получить водные связывающие растворы, которые бы привели к достаточному сопротивлению истиранию. Предпочтительные сорастворители, с помощью которых получили водные связывающие растворы и которые привели к хорошему прилипанию к субстрату и хорошему сопротивлению истиранию, включают диметилацетоацетамид, ацетоацетамид и тетраметилгуанидин. В случае с предпочтительными сорастворителями также получали водные связывающие растворы, содержащие полиэфиримид, при этом обнаружили, что с их помощью получаются гладкие покрытия с хорошим прилипанием к субстрату и хорошим сопротивлением истиранию. Для простоты обработки и доступности наиболее предпочтительным сорастворителем для применения в водных связывающих растворах полиамидимида или полиэфиримида является диметилацетоацетамид.