ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
POLYURETHANE COATING COMPOSITION

Изобретение относится к составам пленкообразующих композиций и может быть использовано в качестве защитного полиуретанового покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.
Известна полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, композиция дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - ацетон, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000
30-70
полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата
65-70
дибутилдилаурат олова
0.1-0.2
дифенилол пропан
70-30
ацетон
125,
см. RU Патент №2393189, МПК C09D 175/08, C08G 18/65, C08G 18/32, C08G 18/24, 2010.
Недостатком данной композиции является низкая термостойкость.
Наиболее близкой по технической сущности является полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата и этилацетат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000
100
полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата
100-200
этилацетат
100-200,
см. RU Патент №2073053, МПК C09D 175/08, 1997.
Недостатком данной композиции является недостаточные прочностные свойства покрытий, низкая их термостойкость, длительное время отверждения композиции и высокое содержание в композиции токсичного полиизоцианата.
Задачей изобретения является получение полиуретановой композиции для покрытий с повышенными прочностью и термостойкостью при меньшем содержании в композиции полиизоцианата.
Техническая задача решается тем, что полиуретановая композиция для покрытий, содержащая олигоэфир, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата и растворитель, в которой в качестве олигоэфира она содержит сложный олигоэфир формулы
где R представляет соединение формулы
,
где R представляет целое число от 1 до 3,
m представляет целое число 1 или 3,
k представляет целое число 4 или 8, с молекулярной массой 1096-1760 и кислотным числом менее 1 мг KOH/г, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
сложный олигоэфир
с молекулярной массой 1096-1760
100
полиизоцианат на основе
4,4'-дифенилметандиизоцианата
16-26
растворитель
116-126
Решение технической задачи позволяет повысить термостойкость покрытий, начальная температура разложения покрытий повышается на 24-64°C или 9,8-26%, температура потери 50% массы на 52-102°C или 16,1-31,6%, повысить твердость покрытий в 1,2-1,9 раза, прочность покрытий при растяжении в 1,5-3,1 раза, улучшить экологичность композиции за счет снижения в 4-5 раз количества вводимого полиизоцианата, сократить время высыхания композиции в 36 раз.
Характеристика веществ, используемых в композиции:
- сложный олигоэфир общей формулы
где R представляет соединение формулы
,
n представляет целое число от 1 до 3,
m представляет целое число 1 или 3,
k представляет целое число 4 или 8,
в качестве компонента композиции для покрытий.
Указанный олигоэфир получают путем поликонденсации 2,2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана или 2,2-бис-[4-(2-окситриэтокси)-фенил]-пропана, и адипиновой или себациновой кислоты при молярном соотношении 2,2-бис-[4-(2-окснэтокси)-фенил]-пропана или 2,2-бис-[4-(2-окситриэтокси)-фенил]-пропана и адипиновой или себациновой кислоты (1,33-2):1, соответственно, и проводят поликонденсацию при температуре 150-200°C с удалением образующейся воды до значения кислотного числа менее 1 мг KOH/г.
Выход целевого продукта составляет 99%; олигоэфир янтарного цвета с вязкостью при 60°C 1,0-1,5 Па·с и молекулярной массой 1096-1760.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
В ИК-спектрах олигоэфира присутствуют полосы поглощения при 1600 см, соответствующие валентным колебаниям углерод-углеродных связей бензольного кольца; полоса при 1180 см, соответствующая изопропильной группе; полосы поглощения при 2970 см, характеризующие наличие метиленовых групп; полоса поглощения при 3380 см, соответствующая валентным колебаниям гидроксильных групп; присутствует полоса при 1735 см, соответствующая сложноэфирному карбонилу; присутствует группа полос в области 1170-1225 см, соответствующая валентным колебаниям углерод-кислородной связи.
Таблица 1
Исходные компоненты и свойства олигоэфира
Исходные компоненты, г, и свойства олигоэфира
1 Лапрол 3603-2-12
Примеры по заявляемому объекту
2
3
4
5
6
7
2,2-Бис-[4-(2-оксиэток-си)-фенил]-пропан
-
99,4
74,2
-
-
67,5
70,1
2,2-Бис-[4-(2-окситри-этокси)-фенил]-пропан
-
-
-
113,6
108,5
-
-
Себациновая кислота
-
-
-
-
-
32,5
29,9
Адипиновая кислота
-
30,6
25,8
16,4
21,5
-
-
n
-
2
3
1
2
3
2
m
-
1
1
3
3
1
1
k
-
4
4
4
4
8
8
Температура синтеза, °C
100-150
180
200
160
200
220
180
Время синтеза, ч
20
21,5
28
53
36
24
31
КЧ, мг KOH/г
-
0,6
0,9
0,9
0,9
0,8
0,9
ГЧ, мг KOH/г
46,9
95,8
69,6
101,5
65,1
63
87,1
Молекулярная масса вычисленная
3600
1168
1594
1094
1696
1762
1280
Молекулярная масса найденная
3590
1164
1591
1096
1699
1760
1275
Вязкость при 60°C, Па·с
при 25°C (500-650)-106
1,2
1,4
1,0
1,5
1,5
1,3
На основе данных химического анализа, включающего определение значений кислотного и гидроксильного чисел, а также данных ИК-спектроскопии, заявляемый олигоэфир представляет собой олигомер с концевыми гидроксильными и карбоксильными группами, содержащий внутри цепи сложноэфирные, изопропильные группы и бензольные кольца.
- полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата торговой марки Суризон или Суризон П 85 по ТУ 113-03-29-22-84;
- этилацетат по ГОСТ 8981-78;
- ацетон по ГОСТ 2768-84/2;
- бутилацетат по ГОСТ 8981-78.
Пример 1 (по прототипу), мас.ч.:
Полиоксипропилентриол молекулярной массы 3600 (выпускается под торговой маркой «Лапрол-3600-2-12», см. ТУ 2226-015-10488057-94) 100 загружают в емкость с мешалкой, добавляют этилацетат 100, перемешивают и вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Суризон 100, перемешивают в течение 3-х часов до содержания NCO-групп не менее 10%. Композицию наносят на подложки из стекла, металла, фторопласта.
Пример 2 (по заявляемому объекту).
Полиуретановую композицию для покрытий получают путем смешения компонентов при следующем соотношении, мас.ч.:
Олигоэфир молекулярной массы 1164 100 загружают в емкость с мешалкой, добавляют растворитель, в качестве которого используют этилацетат 123, перемешивают и вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Суризон 23, перемешивают в течение 20 минут до содержания NCO-групп не менее 10%. Композицию наносят на подложки из стекла, металла, фторопласта.
Пример 3.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют смесь растворителей.
Пример 4.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1591.
Пример 5.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1096.
Пример 6.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1275.
Пример 7.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1760.
Пример 8.
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют другой растворитель.
Пример 9.
Композицию получают аналогично примеру 4, но используют другой растворитель.
Время высыхания композиции определяют по отсутствию прилипания листа бумаги к пленке, образовавшейся после нанесения композиции на стальную пластинку, ГОСТ 19003-73.
Относительную твердость покрытия на пластинке из стекла (в условных единицах) определяют по отношению к твердости стекла на маятниковом приборе марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-67.
Адгезию (в баллах) определяют методом решетчатых надрезов покрытия на металлической пластинке согласно ГОСТ 15140-78.
Прочность при ударе покрытия на металлической пластинке (Н·м) определяют на приборе У-1А согласно ГОСТ 4763-73.
Прочность пленки при растяжении определяют на разрывной машине по ГОСТ 18299-72.
нач
50%
Термостойкость покрытий оценивают по значениям начальной температуры разложения (Т), и температуры потери 50% массы (Т), определяемых по данным термогравиметрического анализа при скорости нагревания 2°C/мин в соответствии с ГОСТ 29127-91.
Согласно приведенным з таблице данным физико-механических испытаний покрытий, заявленная полиуретановая композиция может быть использована в качестве защитного полиуретанового покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.
Таблица 2
Данные по примерам 1-9
Состав композиции, мас.ч., и свойства покрытия
1 (прототип)
Примеры по заявляемому объекту
2
3
4
5
6
7
8
9
Полиоксипропилентриол (Лапрол 3600-2-12)
100
-
-
-
-
-
-
-
-
Сложный полиэфир
-
100
100
100
100
100
100
100
100
Полиизоцианат
100
23
23
18
26
22
16
23
18
Этилацетат
100
123
-
118
126
122
116
-
-
Ацетон
-
-
50
-
-
-
-
-
-
Бутилацетат
-
-
73
-
-
-
-
123
118
Время высыхания, ч
36
1
1
1
1
1
1
1
1
Твердость, усл.ед.
0,43
0.8
0,8
0.6
0,3
0,8
0,5
0,8
0.6
Адгезия, балл
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Прочность при ударе, Н·м
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Прочность при растяжении, МПа
19,7
61.6
61,6
59,1
29,8
42,1
40,4
61,6
59,1
Температуры потери массы покрытий:
Т<sub>нач.</sub>, °C
246
310
310
300
270
300
270
310
300
Т<sub>50%</sub>, °C
323
380
380
375
405
425
420
380
375
Как видно из примерев конкретного выполнения, заявленная полиуретановая композиция позволяет повысить термостойкость покрытий, начальная температура разложения покрытия повышается на 24-64°C или 9,8-26%, температура потери 50% массы на 52-102°C или 16,1-31,6%, повысить твердость покрытий в 1,2-1,9 раза, прочность покрытий при растяжении в 1,5-3,1 раза, улучшить экологичность композиции за счет снижения в 4-5 раз количества вводимого полиизоцианата, сократить время высыхания композиции в 36 раз.