ОТВЕРДИТЕЛЬ ДЛЯ ГРИБОСТОЙКИХ ЭПОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
CURING AGENT FOR FUNGUS-PROOF EPOXY COATINGS

Область применения
Результат интеллектуальной деятельности - изобретение относится к отвердителям эпоксидных смол и может быть использовано в судостроении, атомной энергетике, нефтяной промышленности для придания грибостойкости получаемым антикоррозионным полимерным покрытиям на основе эпоксидных смол для специальной защиты оборудования, металлических, бетонных поверхностей и конструкций, резины, пластмасс и композиционных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия биоповреждающих агентов внешней среды.
Уровень техники
Взаимоотношения биосферы и создаваемых человеком материалов, изделий и технических устройств носят сложный и многоплановый характер вследствие огромного разнообразия живых организмов, вызывающих биоповреждение, и объектов их нападения. Среди различных видов биоповреждений микробиологические являются наиболее распространенными и приносят наибольший ущерб. Их доля составляет около 20% от общего числа поврежденных материалов. Большую роль в процессах биокоррозии лакокрасочных покрытий играют микроскопические грибы (О.Н. Сахно, О.Г. Селиванов, В.Ю. Чухланов. Биологическая устойчивость полимерных материалов / Под общ. ред. проф. Т.А. Трифоновой; Владим. гос. ун-т. им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Владимир, 2014. - 64 с.).
Биодеструкция лакокрасочных материалов - одни из наиболее часто встречающихся случаев биоповреждений изделий, применяемых в радиоэлектронике. Рост грибов происходит вследствие того, что последние используют лакокрасочные покрытия (главным образом пленкообразующие соединения) в качестве источника питания, а также рост возможен за счет находящихся на поверхности ЛКП внешних загрязнений. Практически все лакокрасочные покрытия без специальной защиты способны подвергаться повреждению микроскопическими грибами Кроме того, биоповреждение материала сопровождается изменением технических характеристик изделий, в которых используются лакокрасочные покрытия (Н.А. Аникина. Аутэкологические характеристики микромицетов-деструкторов лакокрасочных материалов, используемых в радиоэлектронике. Диссертация. Нижний Новгород, 2016, 134 с). Применяемые в настоящее время грибостойкие лакокрасочные материалы по механизму защитного действия можно отнести к материалам контактного типа.
Механизм защитного действия эмалей контактного типа основан на выщелачивании биоцида приблизительно пропорционально его содержанию в лакокрасочной пленке.
Один из наиболее эффективных и длительно действующих способов защиты строительных материалов и конструкций от поражений микроорганизмами - применение биоцидных соединений, которые вводят в состав материала при его изготовлении или методом пропитки. Кроме того, на поверхность материалов и изделий, подверженных микробному поражению, наносят биоцидные лакокрасочные покрытия.
Существенный недостаток вводимых в полимерные покрытия биоцидов - сравнительно короткий срок их действия и загрязнение биосферы из-за низкой молекулярной массы этих веществ. Устранение этих недостатков возможно при использовании в полимерных покрытиях высокомолекулярных биоцидов, в которых активное токсическое начало представлено функциональными группами, химически связанными с основными макромолекулярными цепями.
Известны следующие отвердители: отвердитель №1 ТУ 6-10-1263-77 представляющий собой 50% раствор гексаметилендиамина в этиловом или изопропиловом спирте; отвердитель №4 ТУ 6-10-1429-79 представляющий собой раствор полиамидной смолы в смеси органических растворителей; отвердитель №5 ТУ 6-10-1093-76 представляющий собой 50 масс. % раствор низкомолекулярного полиамида ПО-300; полиэтиленполиамин ТУ 2413-357-00203447-99 представляющий собой смесь этиленовых аминов; отвердители марок Л-19, Л-20 ТУ 2494-609-11131395-2005 - олигоаминоамидные отвердители относящиеся к отвердителям аминного типа, являющиеся продуктами взаимодействия димеризованных метиловых эфиров кислот льняного масла и полиэтиленполиамина (патент RU №2472820, кл. C08L 63/02, С08К 3/34, С09К 3/10, опул. 20.01.2013). К отвердителям аминного типа относятся различные соединения, содержащие свободные аминогруппы, ответственные за отверждение. В качестве таких отвердителей используют алифатические и ароматические ди- и полиамины, продукты их модификаций, а также олигоамидоамины с концевыми аминогруппами (Chem 21, info>/1738210).

Данные отвердители широко применяются для получения покрытий на основе эпоксидных эмалей, например: покрытий на основе эмали ДЭП ТУ 6992-002-08621486-2013 предназначенной для получения защитного дезактивируемого полимерного покрытия, эксплуатирующегося в условиях УХЛ1, Т1 по ГОСТ 9.104-79, предназначенного для антикоррозионной защиты оборудования, металлических, бетонных, железобетонных конструкций в атомной энергетике и других областях техники, а также для защиты от морской коррозии, представляющая собой двухкомпонентный продукт, состоящий из полуфабриката эмали и отвердителя. Полуфабрикат эмали представляет собой суспензию пигментов, наполнителей и специальных добавок в растворе пленкообразующего на основе эпоксидированного олигомера гидрохинона (полученного путем окислительной поликонденсации и полимераналогичных превращений) в смеси органических растворителей. В качестве отвердителя применяются: отвердитель №1 ТУ 6-10-1263-77, отвердитель №5 ТУ 6-10-1093-76, полиэтиленполиамин ТУ 2413-357-00203447-99.
Известна широко используемая в промышленности эмаль ЭП-525 ГОСТ 22438-85, представляющая собой суспензию пигментов и наполнителей в
растворе эпоксидной смолы Э-41 в смеси органических растворителей с добавлением отвердителя №1 ТУ 6-10-1263-77.
Покрытия на основе вышеуказанных эмалей с соответствующими отвердителями имеют высокие физико-химические свойства. Недостатком всех покрытий полученных на основе данных эмалей с применением указанных отвердителей - является отсутствие грибостойких свойств получаемого покрытия.
Сущность изобретения
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение грибостойких свойств получаемого полимерного покрытия на основе эпоксидных смол, для специальной защиты оборудования, металлических, бетонных поверхностей и конструкций, резины, пластмасс и композиционных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия биоповреждающих агентов внешней среды с применением настоящего изобретения.
Технический результат достигается изобретением: Отвердитель для грибостойких эпоксидных покрытий, включающий низкомолекулярный полиамид ПО-300 в смеси растворителей и целевые добавки, отличающийся тем, что низкомолекулярный полиамид ПО-300 берут как 50 масс. % раствор в смеси о-ксилола и этилцеллозольва в масс. соотношении 1:1, а в качестве целевых добавок диметилсульфоксид и транс бета-нитростирол при следующем соотношении ингредиентов, масс. частей:
- указанный раствор низкомолекулярного полиамида ПО-300
100,0;
- диметилсульфоксид
10,0-15,0;
- транс бета-нитростирол
1,8-2,0.
Изобретение иллюстрируется примером
В качестве исходных материалов при реализации технического решения берут основные материалы:
- 50 масс. % раствор ПО-300 (отвердитель №5) ТУ 2332-639-11131395-2009;
- транс бета-нитростирол, 99%, производитель - ACROS ORGANIC S по нормативной документации производителя;
- диметилсульфоксид ТУ 2635-114-44493179-08.
Состав и характеристики материалов приведены в соответствующих нормативных документах на данные материалы.
Приготовление отвердителя
В контейнер №1 с перемешивающим устройством (пневмомешалкой) емкостью 200,0 л при температуре 20°C вводят 100,0 кг 50 масс. % раствора низкомолекулярного полиамида ПО-300 в смеси о-ксилола и этилцеллозольва в массовом соотношении 1:1.
В контейнер №2 с перемешивающим устройством (пневмомешалкой) емкостью 20,0 л при температуре 20°C вводят 12,5 кг диметилсульфоксида и при постоянном перемешивании порциями по 0,38 кг транс бета-нитростирол в количестве 1,9 кг, перемешивают до полного растворения транс бета-нитростирола, которое происходит через 24 ч при температуре 20°C, при этом происходит изменение цвета состава со светло-желтого до красно-коричневого, что является неожиданным эффектом, после чего, полученный раствор порционно, при постоянном перемешивании и температуре 20°C вводят в контейнер №1,
перемешивают в течении 30 минут до получения однородной массы, выдерживают в течение 24 ч, после чего расфасовывают по 5 кг в полиэтиленовые канистры, которыми комплектуется каждое ведро полуфабриката эмали.
Получение покрытия
Получение покрытия выполняют в следующей последовательности:
- подготовка эмали;
- послойное нанесение покрытия;
- послойная сушка покрытия.
Подготовка эмали состоит из тщательного перемешивания и фильтрования полуфабриката эмали, введения в полуфабрикат эмали отвердителя, доведения эмали до рабочей вязкости (при необходимости) с тщательным перемешиванием.
Полуфабрикат эмали тщательно перемешивают с помощью пневмомешалки и фильтруют через сетку №01Н-02Н по ГОСТ 6613-86. В полуфабрикат эмали при тщательном перемешивании вводят отвердитель и выдерживают перед нанесением в течение 15-20 минут. Количество отвердителя, вводимого в полуфабрикат эпоксидной эмали определяют по эквимолекулярному соотношению эпоксидных групп смоляной части полуфабриката и аминных групп отвердителя и подбирают к полуфабрикату эмали так, чтобы реакционная способность эмали при формировании покрытия составляла при отверждении до степени 3 - не менее 4 часов при максимальном количестве, при минимальном количестве - не более 8 часов, что учитывается при определении времени для успешной сушки и установления времени межслойной сушки для нанесения последующих слоев покрытия.
Подготовленный материал наносят воздушным и безвоздушным распылением, кистями или валиком по соответствующей системе покрытия, указанной в НД на эпоксидную эмаль. Межслойная сушка эмали составляет от 4 до 24 часов при температуре (20±2)°C. Набор эксплуатационной прочности покрытия от 7 до 15 суток при температуре (20±2)°C после нанесения последнего слоя. Допустимое время разрыва между окончанием подготовки поверхности и нанесением покрытия: в цехах - закрытых помещениях - 6 ч, на открытых площадках и под навесом при нормальной влажности воздуха (до 75%) - 3 ч, при повышенной влажности воздуха (более 75%) - 0,5 ч.
Обоснование по граничным значениям количества применяемых компонентов
Оптимальная массовая доля диметилсульфоксида в отвердителе составляет 15,0 массовых частей на 100,0 массовых частей 50 массовых % раствора низкомолекулярного полиамида ПО-300 в смеси о-ксилола и этилцеллозольва в массовом соотношении 1:1, более 15,0 массовых частей увеличивает скорость сушки покрытия, при введении его менее 10,0 массовых частей по всей видимости снижает способность переноса биоцида - транс бета-нитростирола к поверхности покрытия, при большем, чем 15,0 массовых частей эти свойства проявляются активно, что влечет за собой больших материальных затрат на биоцид и быстрый его расход, что снижает срок эксплуатации покрытия.
Массовая доля транс бета-нитростирола в отвердителе составляет от 1,8-2,0 на 100,0 массовых частей 50 массовых % раствора низкомолекулярного полиамида
ПО-300 в смеси о-ксилола и этилцеллозольва в соотношении 1:1, более 2,0 массовых частей активно увеличивает биоцидные свойства покрытия, что влечет за собой необоснованный расход данного компонента и при введении его менее 1,8 массовых частей снижается его биоцидная способность.
Описание взаимодействия компонентов и данные по неочевидности Описанные взаимодействия компонентов для достижения цели создания отвердителя для грибостойких эпоксидных покрытий не являются очевидными как, по составу компонентов, так и их совокупности многофакторного взаимодействия между собой.
Выполнение требований по новизне, уровню техники и применимости Заявителю из доступных литературных и патентных источников не известна совокупность существенных признаков данного изобретения, которое обладает новизной и промышленной применимостью.
Заявитель на основе данных аналогов создал новое техническое решение - Отвердитель для грибостойких эпоксидных покрытий, устраняющие их недостатки и расширил область его применения по свойствам, с применением общедоступных ингредиентов промышленного производства и способов реализации, связанное со специальной защитой оборудования, металлических, бетонных поверхностей и конструкций, резины, пластмасс и композиционных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия биоповреждающих агентов внешней среды, что отвечает критерию изобретения - уровень техники и промышленная применимость.
Заявитель в таблице 1 приводит технические показатели отвердителя для грибостойких эпоксидных покрытий, в таблице 2 приводит сравнительные показатели грибостойкости эпоксидных покрытий с предлагаемым отвердителем и с аналогичными отвердителями.