ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
POLYMER COMPOSITION FOR OBTAINING PROTECTIVE-DECORATIVE COATINGS

Настоящее изобретение относится к рецептурам (составам) влагоотверждаемых 1К-полиуретановых композиций, предназначенных для получения защитно-декоративных (антикоррозионных и гидроизоляционных) покрытий на изделиях, конструкциях и сооружениях из металла, бетона, железобетона, эксплуатирующихся в водных средах, в воздушных средах с высокой концентрацией агрессивных паров, а также в среде нефтесодержащих эмульсий и растворов. В частности, оно предназначено для антикоррозионно-декоративной защиты наружных поверхностей нефтеналивных резервуаров в нефтедобывающей промышленности и теплоэнергетике.
Известен ряд отверждаемых влагой воздуха однокомпонентных полиуретановых композиций на основе полиоксипропилентриолов, полиизоцианатов, катализаторов и функциональных добавок, применяющихся в виде растворов в органических растворителях для получения антикоррозионных защитных покрытий, устойчивых к водным и нефтяным средам (1, 2, 3, 4, 5). Данные композиции позволяют получать покрытия, обладающие высокими защитными свойствами и использующиеся преимущественно для антикоррозионной защиты внутренних поверхностей нефтеналивных резервуаров с сырой нефтью и тяжелыми нефтепродуктами (мазут, лигроин и т.д.). Однако они не могут быть применены для антикоррозионной защиты наружных поверхностей резервуаров, для которых предъявляются дополнительные требования по декоративным свойствам, так как эти полиуретановые композиции не пигментированы. Производство пигментированных лакокрасочных материалов может осуществляться двумя путями: путем производства "из исходного сырья", когда все компоненты композиций смешиваются одновременно с последующим диспергированием до получения необходимой степени перетира, и путем производства из пигментных паст ("колеровочных паст", "полноцветных красок"), когда раствор пленкообразователя смешивается с пигментными пастами после их изготовления либо непосредственно перед нанесением лакокрасочной композиции на защищаемые поверхности (6). Для влагоотверждаемых 1-К полиуретановых композиций преимущественно приемлем только последний путь пигментирования, когда пигментная паста смешивается с полиуретановым лаком непосредственно перед нанесением композиции. Связано это с тем, что реакционноспособные изоцианатные (NCO-) группы полиуретанового лака способны взаимодействовать не только с влагой воздуха, но и с водой, содержащейся в порах пигментов и наполнителей. Это ведет к быстрой желатинизации композиции и малому сроку ее хранения, даже в герметично закрытой таре. Наиболее близким аналогом к заявляемому по технической сущности и рецептуре является полиуретановая композиция "PoliKron" (ТУ 2458-109-20504464-2006), представляющая собой комплексную систему, состоящую из полиуретанового лака "Этераль" с массовой долей сухого остатка 45-65% (ТУ 2311-055-20504464-2003) и пигментной пасты "Кормина" (ТУ 2332-054-20504464-2002) при следующем соотношении между компонентами композиции (7), мас.%:
Лак полиуретановый "Этераль"
75-85
Паста пигментная "Кормина"
15-25
Лак полиуретановый "Этераль" представляет собой толуольный раствор изоцианатного псевдофорполимера, полученного на основе полиоксипропилентриола с мол. массой 4500-5000 у.е. и полиизоцианата - смеси изомеров 4,4'-дифенилметандиизоцианата, содержащий 45-65 мас.% сухого (нелетучего) остатка и 7,0-11,0 мас.% NCO-групп. Пигментные пасты "Кормина" различных цветов представляют собой суспензии неорганических пигментов и наполнителей или растворы органических красителей в смоляном пленкообразователе с добавлением модифицирующих веществ - антиоксидантов, антиседиметационных и антифлокуляционных добавок. Пленкообразователь пигментных паст представляет собой толуольный раствор термопластичной нереакционноспособной инден-кумароновой смолы. По своим основным характеристикам покрытие, полученное на основе полиуретановой композиции "PoliKron", соответствует требованиям и нормам, указанным в таблице 1.
Таблица 1
Наименование показателя
Требуемый уровень
1
2
1. Адгезия покрытия к бетону и металлу (Ст.3) методом отрыва, МПа, не менее
3,0
2. Эластичность пленки при изгибе, мм, не более
1,0
3. Прочность покрытия при ударе по прибору типа У-1А, см, не менее
50
1. Твердость покрытия по маятниковому прибору типа 2124 ТМЛ (маятник А), усл. ед., не менее
0,5
2. Стойкость к царапанию (абразивному износу), кг, не менее
0,4
3. Стойкость покрытия при температуре (20±2)°C к статическому воздействию, сутки, не менее:
- воды
4
- 3%-ного водного раствора NaCl
4
- бензина
4
- индустриального масла
4
4. Потеря блеска после выдержки покрытия под УФ-облучением в течение 48 часов при температуре (20±2)°C, % от исходного, не более
60
Известная полиуретановая композиция-прототип технологична при изготовлении и при нанесении на защищаемые поверхности. Сформированные на ее основе защитно-декоративные покрытия обладают хорошей эластичностью и достаточно устойчивы при воздействии указанных в таблице 1 химических сред. Однако такие покрытия обладают пониженной атмосферостойкостью - потеря блеска после воздействия УФ-облучения достаточно велика. Связано это с тем, что химически не связанная термопластичная инден-кумароновая смола разлагается под действием УФ-облучения, что приводит к быстрой потере блеска и мелению защитно-декоративного покрытия. По этой же причине, обусловленной хрупкостью инден-кумаронового пленкообразователя пигментных паст, физико-механические характеристики покрытий (адгезия, прочность при ударе, твердость и стойкость к царапанию) недостаточно высоки, что нехарактерно для полиуретанового класса лакокрасочных материалов. Кроме того, производство пигментных паст "Кормина" носит узкоспециализированный характер, а сами они применимы в ограниченном количестве лакокрасочных композиций.
Техническим результатом в рамках настоящего изобретения является создание отверждаемой влагой воздуха одноупаковочной полиуретановой композиции, обеспечивающей получение защитно-декоративных полимерных покрытий, обладающих повышенной атмосферостойкостью и более высоким уровнем физико-механических показателей в отличие от известных технических решений аналогичного характера. Кроме того, в рамках данного изобретения решалась проблема расширения ассортимента более доступных цветообразующих компонентов для таких полиуретановых композиций.
Получение технического результата достигается за счет того, что в отличие от известной композиции-прототипа для покрытий заявляемая рецептура композиции для получения защитно-декоративных покрытий наряду с полиуретановым лаком, полученным на основе полиоксипропилентриола с молекулярной массой 4500-5000 у.е. и полиизоцианата на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, содержащего 45-65 мас.% нелетучего остатка и 7,0-11,0 мас.% изоцианатных групп, в качестве цветообразующего компонента содержит атмосферостойкие меламино-формальдегидные эмали МЛ с пониженной температурой сушки (группа 1 по ГОСТ 9825-73), при следующем соотношении между компонентами композиции, мас.%:
лак полиуретановый
70-85
меламино-формальдегидная эмаль
МЛ 15-30.
В качестве полиуретанового лака могут быть использованы промышленно-производственные лаки, удовлетворяющие указанным выше требованиям, например, полиуретановый лак "Этераль" (ТУ 2311-055-20504464-2003), полиуретановый лак "Эстераль" (ТУ 2311-073-20504464-2004), полиуретановый лак "Пластурел" (ТУ 2311-001-55909140-2001), полиуретановый лак "Лаурин" (ТУ 84-07509103.524-2003) или другие лаки с аналогичными характеристиками. В качестве цветообразующего компонента композиции могут быть применены промышленно выпускаемые меламино-формальдегидные эмали МЛ, представляющие собой суспензии пигментов, наполнителей, технологических и функциональных добавок в растворе смеси меламино-формальдегидных и алкидных смол в органических растворителях. Применимы такие эмали как МЛ-1120 (ТУ2312-239-05011907-2004), МЛ-1110 (ТУ 6-10-2048-2002; ГОСТ 20481-80), МЛ-12 (ГОСТ 9754-76), МЛ 152 (ГОСТ 18099-78) и МЛ-165, МЛ-165ПМ (ГОСТ 12034-72). Указанные пределы соотношений между компонентами полиуретановой композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достижения заявляемого положительного технического эффекта и минимальной себестоимости. Увеличение содержания цветообразующего компонента сверх заявляемого приводит к резкому ухудшению физико-механических характеристик образующихся защитно-декоративных покрытий. А уменьшение количества цветообразующего компонента ниже заявляемого приводит к снижению укрывистости покрытий. Сравнение рецептуры предлагаемой композиции с известной композицией-прототипом позволяет сделать обоснованный вывод о ее соответствии критерию "Новизна", так как в данном случае содержится новая совокупность ингредиентов. В производстве полиуретановых лакокрасочных материалов известно применение широкого круга пигментных паст (цветообразующихся композиций). Однако нельзя было предсказать заранее, что использование в качестве цветообразующего компонента серийных меламино-формальдегидных эмалей МЛ в составах влагоотверждаемых 1-К полиуретановых композиций приведет к неочевидному эффекту - существенному повышению физико-механических показателей образующихся защитно-декоративных покрытий и улучшению их атмосферостойкости. Вышеуказанное свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень". Предлагаемая рецептура полиуретановой композиции для получения защитно-декоративных покрытий ориентирована на использование серийно производимых материалов (полиуретановые лаки, цветообразующие эмали). Ее производство осуществляется на стандартном химическом смесительном оборудовании, а нанесение на защищаемые поверхности может производиться любыми из существующих методов: кисть, валик, окунание, воздушный или безвоздушный способы распыления. Композицию получают непосредственно перед нанесением путем смешения полиуретанового лака с меламино-формальдегидными эмалями с последующим фильтрованием полученной суспензии через фильтр с размером ячеек фильтрующего полотна 50-60 мкм. Подготовку и испытания образцов с покрытиями проводили в соответствии с методиками, изложенными в соответствующих ГОСТ, ТУ, ИСО. Техническую сущность и преимущества предлагаемой полиуретановой композиции для получения защитно-декоративных антикоррозионных покрытий иллюстрируют нижеприведенные экспериментальные данные.
ПРИМЕР
В таблице 2 приведены варианты рецептур заявляемой композиции и композиции-прототипа, а в таблице 3 результаты испытаний защитно-декоративных антикоррозионных покрытий, полученных на основании составов из таблицы 2.
Таблица 2
Наименование компонента
Содержание в составах, мас.%
1 (прототип)
2
3
4
5
6
7
Лак полиуретановый "Этераль-50" (массовая доля нелетучего остатка (50±5)%; массовая доля NCO-групп 7,2%);
80,0
70,0
85,0
78,0
-
-
-
Лак полиуретановый "Этераль-60" (массовая доля нелетучего остатка (60±5)%; массовая доля NCO-групп 10,6%);
-
-
-
-
-
65,0
-
Лак полиуретановый "Пластурел" (массовая долянелетучего остатка (62±2)%; массовая доля NCO-групп 11,0%);
-
-
-
-
80,0
-
90,0
Эмаль МЛ-1120 (серо-голубая)
-
30,0
-
-
-
35,0
-
Эмаль МЛ-1110 (белая 202)
-
-
15,0
-
-
-
10,0
Эмаль МЛ-12 (светло-серая)
-
-
-
22,0
-
-
-
Эмаль МЛ-152 (светло-серая)
-
-
-
-
20,0
-
-
Пигментная паста "Кормина" (светло-серая)
20,0
-
-
-
-
-
-
Таблица 3
№ п/п
Наименование показателя
Достигнутые величины для составов из табл.2
1 (прототип)
2
3
4
5
6
7
1
Адгезия покрытия к стали 3 методом отрыва, МПа
4,2
7,1
10,5
9,2
9,5
3,4
10,4
2
Эластичность пленки при изгибе, мм
1
1
1
1
1
1
1
3
Прочность покрытия при ударе по прибору типа У-1А, см
65
100
100
100
100
55
100
4
Твердость покрытия по маятниковому прибору
типа 2124ТМЛ (маятник А), усл.ед.
0,55
0,70
0,85
0,77
0,80
0,48
0,85
5
Стойкость покрытия к царапанию, кг
0,60
0,75
1,20
0,98
1,05
0,42
1,35
6
Исходный блеск покрытия, %
78
75
85
80
82
72
86
7
Потеря блеска после выдержки покрытия под УФ-облучением в течение 48 часов при температуре (20±2)°C, % от исходного (блеск, %)
55,0
10,5
15,3
12,3
13,4
23,5
5,6
(35,1)
(67,1)
(72,0)
(70,2)
(71,0)
(55,1)
(81,2)
8
Укрывистость высушенного покрытия, г/м<sup>2</sup>
-
-
75,0
-
-
-
98,5
Таким образом, как видно из сравнительных данных, заявляемая влагоотверждаемая однокомпонентная полиуретановая композиция позволяет получать защитно-декоративные покрытия, которые при сопоставимом уровне эластичности и устойчивости к воздействию химических сред, обладают повышенной атмосферостойкостью и более высокими показателями физико-механических характеристик: адгезией к металлической подложке, прочности при ударе, твердости и стойкости к абразивному износу, - по сравнению с покрытиями, полученными на основе известной композиции-прототипа.
Кроме того, использование в качестве цветообразующего компонента серийно производимых меламино-формальдегидных эмалей расширяет ассортимент пигментов для однокомпонентных полиуретановых систем, отверждаемых влагой воздуха и упрощает их подбор.
Источники информации
1. Патент РФ №2169164 по заявке №991127160/04 от 29.12.99.
2. Патент РФ №2169165 по заявке №99127188/04 от 29.12.99.
3. Патент РФ №2212424 по заявке №2001134005/04 от 13.12.2001.
4. Патент РФ №2213113 по заявке №2001134879/04 от 25.12.2001.
5. Патент РФ №2236425 по заявке №2001134022/04 от 18.12.2001.
6. Брок Т., Гротеклаус М., Мишке П. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. М.: ООО "Пэйнт-Медиа", 2004, с.299.).
7. Сусоров И.А., Ефимова Д.Ю., Хаит Е.Л. Комплекс влагоотверждаемых уретановых композиций "PoliKron" для укрепления, обеспыливания и декоративной отделки бетонных полов и других капиллярно-пористых материалов // Полиуретановые технологии, 2007, №3(10), с.42-47. - Прототип.