СИСТЕМА САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГОСЯ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТОПЛИВНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ
SELF HEALING SYSTEM FOR FUEL TANKS

ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к системе самовосстанавливающегося покрытия. Более подробно настоящее изобретение относится к системе самовосстанавливающегося покрытия, которую можно использовать по отношению к топливным резервуарам.
Информация по предыдущему уровню техники
Топливные резервуары (топливные баки) присутствуют фактически в каждом моторизованном средстве передвижения, которое основано на двигателе внутреннего сгорания, приводящем в движение средство передвижения. Кроме того, немоторизованные топливные резервуары, такие как тракторные прицепы, железнодорожные цистерны и трубопроводы, могут использоваться для транспортировки бензина в различные места по всему миру.
В боевой обстановке, однако, эти топливные баки могут быть подвержены обстрелу из стрелкового оружия, который может пробить топливный бак, приводя тем самым к вытеканию или утечке из бака содержимого этого топливного бака. Поскольку топливные баки обычно содержат легковоспламеняющиеся вещества, пробитый топливный бак чрезвычайно увеличивает опасные условия не только в боевой обстановке, но и в зоне, непосредственно прилегающей к топливному баку.
Хотя и предпринимались попытки обшить топливные баки изнутри герметизирующей прокладкой с целью минимизации вероятности выливания содержимого из пробитого топливного бака, многие из этих герметизирующих прокладок обладали неизбежными недостатками. Например, в некоторых ситуациях установка герметизирующей прокладки внутри топливного бака оказывается времязатратной и требует большого количества монтажных приспособлений. В других примерах герметизирующая прокладка сама по себе не может полностью остановить вытекание, если топливный бак был пробит.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на систему покрытия, наносимую, по меньшей мере, на часть субстрата, включающую: слой внутреннего покрытия, наносимый, по меньшей мере, на часть субстрата; слой покрытия из вязкого геля, наносимый, по меньшей мере, на часть слоя внутреннего покрытия, в котором слой вязкого покрытия содержит: (A) продукт реакции: (i), по меньшей мере, одного первичного амина; (ii) монофункционального поверхностно активного вещества; и (iii) жидкого полибутадиена; (B) необязательно жирную кислоту и (C) необязательно реагент, вызывающий дополнительное набухание; и слой внешнего покрытия, наносимый, по меньшей мере, на часть слоя вязкого покрытия.
Способ нанесения системы покрытия на субстрат, включающий: нанесение композиции слоя внутреннего покрытия, по меньшей мере, на часть субстрата, в котором композиция слоя внутреннего покрытия содержит композицию покрытия на основе полимочевины или полиуретана; нанесение композиции слоя вязкого покрытия, по меньшей мере, на часть композиции первого слоя покрытия, в котором слой вязкого покрытия содержит: (A) продукт реакции: (i), по меньшей мере, одного первичного амина; (ii) монофункционального поверхностно-активного вещества, и (iii) жидкого полибутадиена; (B) необязательно жирную кислоту и (C) необязательно реагент, вызывающий дополнительное набухание; и нанесение композиции слоя внешнего покрытия, по меньшей мере, на часть композиции вязкого полиуретанового слоя покрытия, в котором композиция слоя внешнего покрытия содержит композицию покрытия на основе полимочевины или полиуретана, которая может быть той же самой или отличающейся от композиции покрытия на основе полимочевины или полиуретана композиции слоя внутреннего покрытия.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Все используемые здесь числа, если специально не указано иное, такие как те, которые выражают величины, диапазоны количества или процентные содержания, следует читать, как если бы они предварялись словом «примерно», даже если это не выражено прямо. Множественное число охватывает единственное число и наоборот. Например, даже если делается упоминание об «одном» внешнем слое покрытия, «одном» внутреннем слое покрытия, «одном» вязком слое покрытия, «одном» поверхностно-активном веществе, «одной» жирной кислоте, «одном» жидком полибутадиене, то в настоящем изобретении можно использовать комбинацию (множество) этих компонентов.
Используемый здесь термин «множество» означает два или более.
Используемый здесь термин «включает» и подобные термины означают «включает без ограничения».
При упоминании любых численных диапазонов величин такие диапазоны следует понимать как включающие каждое и все числа и/или доли между устанавливаемым диапазоном минимумом и максимумом. Например, диапазон от «1 до 10» предназначен для того, чтобы обозначать все поддиапазоны между (и включая) упомянутым минимальным значением 1 и упомянутым максимальным значением 10, то есть содержащий минимальную величину, равную или больше чем 1, и максимальную величину, равную или меньше чем 10.
Система покрытия
Как указано выше, настоящее изобретение направлено на систему покрытия, которую можно наносить или которой можно покрывать топливный бак. В отдельных вариантах осуществления раскрываемую здесь систему покрытия можно наносить на внешнюю поверхность топливного бака. Неожиданно было обнаружено, что описываемую здесь систему покрытия можно адресовать ко многим из неизбежных недостатков герметизирующих прокладок, которые применяют в настоящее время в качестве герметизирующих прокладок для топливных баков. Например, в некоторых вариантах осуществления можно не только напылить раскрываемую здесь композицию покрытия на субстрат, но система покрытия по настоящему изобретению может также значительно понизить или устранить возможность вытекания топлива из топливного бака, пробитого из мелкого огнестрельного оружия.
Соответственно, настоящее изобретение направлено на систему покрытия, которая содержит слой внутреннего покрытия и слой внешнего покрытия. Слой внутреннего покрытия обычно наносят, по меньшей мере, на часть субстрата, такую как внешняя поверхность топливного бака, в то время как, по меньшей мере, часть слоя внешнего покрытия наносят поверх слоя внутреннего покрытия. Между внутренним и внешним слоями покрытия расположен (то есть зажат между двумя слоями покрытия) средний слой, который состоит из слоя покрытия из вязкого геля. Используемый здесь термин «вязкий гель» означает, что вещество обладает вязкостью 600 Паскаль секунд (Pas) при 25°C, измеренной AR 2000 вискозиметром (фирмы TA Instruments) с использованием плоскопараллельных пластин при условиях 1 Гц и 5% деформации.
Поскольку снаряд, такой как пуля, проходит через топливный бак, он будет сначала проходить через или застрянет в слое внешнего покрытия. Если снаряд проходит сквозь слой внешнего покрытия, тогда снаряд будет проходить через или застрянет в слое покрытия из вязкого геля. Если снаряд проходит сквозь слой покрытия из вязкого геля, то он либо застрянет, либо пройдет через слой внутреннего покрытия. Следует отметить, что ко времени прохождения снаряда через слой внутреннего покрытия он уже потеряет значительную часть своей кинетической энергии. Кроме того, если снаряд достигнет слоя покрытия из вязкого геля, слой покрытия из вязкого геля может автоматически заполнить пробоину посредством механизмов механического течения, гарантируя, тем самым, что содержимое топливного бака не выльется из топливного бака через входное отверстие от снаряда. Например, в одном варианте осуществления, если снаряд пробивает внешний слой покрытия и проходит через внешний слой покрытия в слой покрытия из вязкого геля, тогда, по меньшей мере, часть покрытия из вязкого геля затечет, по меньшей мере, в часть пробоины во внешнем слое покрытия, запечатывая тем самым пробоину. Если снаряд способен пробить дыру во внутреннем слое покрытия, тогда покрытие из вязкого геля заполнит не только, по меньшей мере, часть пробоины во внешнем слое покрытия, но также часть пробоины, которая была создана во внутреннем слое покрытия. Следует отметить, однако, что, несмотря на предшествующие предложения, описывающие только пробоину, покрытие из вязкого геля будет заполнять или запечатывать, по меньшей мере, часть любой дыры или трещины, которые могут образовываться во внешнем и внутреннем слоях покрытия вне зависимости от того, были ли они вызваны снарядом. В отдельных вариантах осуществления, по меньшей мере, часть покрытия на основе вязкого геля может расширяться, если она приходит в контакт с определенными веществами и материалами, тем самым уменьшая или устраняя вероятность того, что содержимое топливного бака уйдет через входное отверстие от снаряда. Как будет обсуждаться более подробно ниже, способность слоя покрытия на основе вязкого геля к набуханию частично обусловлена его химическим составом. Например, компонент жидкого полибутадиена в слое вязкого покрытия может вносить вклад в способность к набуханию этого особого слоя покрытия, так в отдельных вариантах осуществления полибутадиеновый компонент будет набухать при контакте с топливом, таким как бензин.
Внутренний и внешний слои покрытия
Как внутренний, так и внешний слои покрытия системы покрытия по настоящему изобретению наносят из композиции покрытия, которая содержат полимер на основе полимочевины или полиуретана. Несмотря на то, что одну и ту же композицию покрытия можно использовать как для внутреннего, так и для внешнего слоев покрытия, в отдельных вариантах осуществления для каждого слоя покрытия можно использовать различные композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления внутренний слой покрытия может представлять собой слой покрытия из полимочевины, в то время как внешний слой покрытия может представлять собой слой покрытия из полиуретана. В других вариантах осуществления внутренний слой покрытия может представлять собой слой покрытия из полиуретана, в то время как внешний слой покрытия может представлять собой слой покрытия из полимочевины. В еще одних вариантах осуществления оба слоя покрытия могут представлять собой слои покрытия из полимочевины. Выбор типа композиции покрытия, используемой для формирования внутреннего и внешнего слоев покрытия, будет зависеть от механических свойств, которые желает достичь пользователь. Соответственно, можно использовать любую комбинацию вышеупомянутых слоев покрытия из полимочевины и полиуретана.
В отдельных вариантах осуществления один или оба из внешнего и внутреннего слоев покрытия являются эластомерами на основе полиуретана или полимочевины. То есть общая плотность каждого из слоев составляет 99% или выше. Специалист в данной области поймет, что в этих вариантах осуществления общую плотность эластомера нельзя намеренно понизить, но ее изменение может происходить из-за проникновения воздуха в композицию эластомера в результате процедуры или методов напыления. Таким образом, следует отметить, что другие факторы, такие как расстояние до поверхности распыления, а также тип оборудования, используемого для распыления, могут изменить количество проникающего воздуха и, таким образом, повлиять на общую плотность эластомера.
Полимочевина
Композиция покрытия на основе полимочевины, которую можно использовать по настоящему изобретению, обычно содержит (1) соединение, содержащее изоцианат, (2) соединение, которое содержит функциональную группу, то есть группу, реакционноспособную по отношению к соединению, содержащему изоцианат, такое как соединение, содержащее активный водород. Примером соединения (2) мог бы служить амин.
Подходящие изоцианатные соединения, которые можно использовать в качестве соединения (1), включают, без ограничения, алифатические и ароматические (поли)изоцианаты, известные в данной области.
Например, алифатические изоцианаты, описанные в патенте США №4748192, можно использовать в настоящем изобретении. Соответственно, они обычно представляют собой алифатические диизоцианаты и в особенности являются тримеризованной или биуретической формой алифатического диизоцианата, такими как гексаметилендиизоцианат, или бифункциональным мономером тетраалкилкселендиизоцианата, таким как тетраметилксилендиизоцианат. Также циклогександиизоцианат рассматривают как предпочтительный алифатический диизоцианат. Другие полезные алифатические полиизоцианаты описаны в патенте США № 4705814, начиная с колонки 2, строки 52, по колонку 3, строку 25, часть которого введена в данное описание посредством ссылки. Они включают алифатические диизоцианаты, например, алкилендиизоцианаты с числом атомов углерода от 4 до 12 в алкиленовом радикале, такие как 1,12-додекандиизоцианат и 1,4-гексаметилендиизоцианат. Также полезными являются циклоалифатические изоцианаты, такие как 1,3- и 1,4-циклогександиизоцианат, а также любые требуемые смеси из данных изомеров: 1-изоцианато-3,3,5-триметил-5-изоцианатометил-циклогексан (изофорондиизоцианат или «IPDI»); 4,4ʹ,2,2ʹ- и 2,4ʹ-дициклогексилметандиизоцианат, а также соответствующие смеси изомеров и т. п.
Широкий круг ароматических полиизоцианатов также можно использовать в настоящем изобретении. Такие ароматические полиизоцианаты включают, без ограничения, п-фенилендиизоцианат, полиметиленполифенил-изоцианат, 2,6-толуолдиизоцианат, дианизидиндиизоцианат, битолуолдиизоцианат, нафталин-1,4-диизоцианат, бис(4-изоцианатофенил)метан, нафталин бис(4-фенилизоцианат) или «MDI», и 4,4ʹ-дифенилпропандиизоцианат, которые можно также использовать по отдельности или в комбинации в качестве соединения (1).
Другие ароматические полиизоцианаты, которые можно использовать, включают, без ограничения, полифенилполиизоцианатные смеси с нафталиновыми мостиками, обладающие функциональностью от примерно 2 до примерно 4. Эти последние изоцианатные соединения обычно получают фосгенированием соответствующих полифенилполиаминов с нафталиновыми мостиками, которые обычно получают по реакции формальдегида и первичных ароматических аминов, таких как анилин, в присутствии соляной кислоты и/или других кислых катализаторов. Известные способы получения полиаминов и соответствующих полифенилполиизоцианатов с нафталиновыми мостиками, которые получают из них, описаны с литературе и во многих патентах, например, в патентах США №№ 2683730, 2950263, 3012008, 3344162 и 3362979; все введены в данное описание посредством ссылки.
Обычно полифенилполиизоцианатные смеси с нафталиновыми мостиками содержат примерно от 20 до 100 вес. процентов нафталин дифенилдиизоцианатных изомеров, а остальной частью являются полиметилен полифенилдиизоцианаты, обладающие более высокой степенью функциональности и более высокими молекулярными массами. Типичными из них являются смеси полифенилполиизоцианатов, содержащие от примерно 20 до примерно 100 вес. процентов дифенилдиизоцианатных изомеров, из которых от примерно 20 до примерно 95 весовых процентов составляют 4,4ʹ-изомеры, а остальной частью являются полиметилен полифенилдиизоцианаты с более высокой молекулярной массой и функциональностью, которые обладают функциональностью от примерно 2,1 до примерно 3,5. Эти изоцианатные смеси являются известными коммерчески доступными веществами и их можно получить способом, описанным в патенте США № 3362979.
Следует понимать, что термин «изоцианат» также включает квазипреполимеры изоцианатов с веществами, содержащими активный водород, такими как те, что описаны ниже. Например, вещества, содержащие активный водород, используемые для получения преполимера, могут включать, без ограничения, многоатомный спирт или простой полиэфир с высокой молекулярной массой с концевыми аминогруппами, также описанные здесь как алкилены с концевыми аминогруппами, или комбинацию этих веществ.
Подходящие амины, которые можно использовать в качестве соединения (2), включают, без ограничения, линию аминов JEFFAMINE (производства фирмы Huntsman International LLC), амины на основе сложных эфиров аспарагиновой кислоты, моноамин, полиамины или их комбинации.
Сложные эфиры аспарагиновой кислоты, которые можно использовать в практике данного изобретения, включают продукт реакции полиамина и сложного эфира двухосновных малеиновой или фумаровой кислот. Сложные эфиры аспарагиновой кислоты можно получить известными способами, которые обычно подразумевают реагирование полиамина со сложным диалкиловым эфиром малеиновой или фумаровой кислоты, так что образуется продукт реакции. Такие методики изложены здесь в примерах и описаны в патенте США №5243012. В практике настоящего изобретения мольное отношение аминофункциональности в цепи аминнного удлинителя цепи к диалкилмалеату или фумарату, составляет больше чем 1:1. Обычно мольное отношение аминофункциональности к диалкил малеату или фумарату составляет более чем примерно 1:4. В одном варианте осуществления данного изобретения мольное отношение составляет примерно 1:2 (примерно половина аминогрупп реагирует с двойной связью диалкилмалеата или фумарата).
2
n
Первичные полиамины, как правило, соответствуют формуле: X(NH), в которой X представляет собой органическую группу, которая обладает валентностью n и инертна по отношению к изоцианатным группам при температуре 100 градусов Цельсия или ниже. В отдельных вариантах осуществления X представляет собой двухвалентную углеводородную группу, получаемую путем удаления аминогрупп из алифатического, арилалифатического или циклоалифатического полиамина, в частности, диамина. «n» представляет собой целое число со значением, по меньшей мере, примерно 2, в отдельных вариантах осуществления от примерно 2 до примерно 4 и в одном варианте осуществления составляет 2. Репрезентативные примеры таких полиаминов включают, но не ограничиваются, этилендиамин, 1,2-диаминопропан, 1,4-диаминобутан, 1,3-диаминопентан, 1,6-диаминогексан, 2,5-диамино-2,5-диметилгексан, 2,2,4- и/или 2,4,4-триметил-1,6-диаминогексан, 1,11-диаминоундекан, 1,12-диаминододекан, 1,3-и/или 1,4-циклогександиамин, 1-амино-3,3,5-триметил-5-аминометилциклогексан, 2,4- и/или 2,6-гексагидротолуилендиамин, 2,4' и/или 4,4ʹ-диаминодициклогексилметан и 3,3ʹ-диалкил-4,4ʹ-диаминодициклогексилметаны, такие как 3,3ʹ-диметил-4,4-диаминодициклогексилметан и 3,3ʹ-диэтил-4,4ʹ-диаминодициклогексилметан; ароматические полиамины, такие как 2,4- и/или 2,6-диаминотолуол и 2,6-диаминотолуол и 2,4ʹ и/или 4,4ʹ-диаминодифенилметан; и полиоксиалкиленовые полиамины (также упоминаемые здесь как простые полиэфиры с концевыми аминогруппами), в особенности диамины, которые описаны ниже. Смеси полиаминов можно использовать в практике данного изобретения для получения сложных эфиров аспартамовой кислоты.
1
3
4
2
1
2
1
2
Сложные эфиры малеиновой или фумаровой кислот обычно соответствуют формуле: ROOC--CR==CR--COOR, в которой R и R могут быть одинаковыми или разными и представлять собой органические группы, которые инертны по отношению к изоцианатным группам при температуре 100 градусов Цельсия или ниже. R и R могут представлять собой, например, метильные или этильные группы. Такие сложные эфиры малеиновой или фумаровой кислот включают, но не ограничиваются, те, которые соответствуют формуле и которые представляют собой сложные диметиловые, диэтиловые и дибутиловые эфиры малеиновой и фумаровой кислот и соответствующие сложные эфиры малеиновой или фумаровой кислот, замещенные метилом во 2- и/или в 3-положении. Репрезентативные примеры полезных сложных эфиров малеиновой кислоты включают диметилмалеат, диэтилмалеат, дибутилмалеат, диоктилмалеат и их смеси.
3
1
4
2
1-4
n
Определенные сложные эфиры аспарагиновой кислоты по этому изобретению могут быть представлены формулой: X[--NH--C(R)(COOR)--CH(R)(COOR)], в которой X, R и n являются такими, как описано выше.
Содержащие концевые амины простые полиэфиры, изоцианаты и удлинитель цепи, которые можно использовать в соответствии с настоящим изобретением, являются теми, которые хорошо известны в области полимочевины, как описано в патентах США №№ 4891086; 5013813; 5082917; 5162388; 5171819; 5189075; 5418005; 5466671 и 5317076.
Содержащее активный водород вещество соединения (ii) может также представлять собой простые полиэфиры с концевыми аминогруппами. Предпочтительно простые полиэфиры с концевыми аминогруппами выбирают из аминированных двухатомных или трехатомных спиртов и более предпочтительно они включают смесь аминированных двухатомных спиртов, трехатомных спиртов или и те и другие. Более предпочтительно простые полиэфиры с концевыми аминогруппами выбирают из смесей многоатомных спиртов с высокой молекулярной массой, таких как смеси бифункциональных и трифункциональных веществ. Однако можно использовать и однократно аминированную полимочевину с высокой молекулярной массой. Также алкилены с концевыми аминогруппами и простые алкиламины с высокой молекулярной массой включены в объем данного изобретения, и их можно использовать по отдельности или в комбинации с вышеупомянутыми многоатомными спиртами с концевыми аминогруппами. Кроме того, можно использовать другие вещества с концевыми аминогруппами, обладающие различными молекулярными массами или различными химическими составами. Термин, начинающийся словами «высокая молекулярная масса», предназначен для включения аминов на основе простых полиэфиров, обладающих молекулярной массой, по меньшей мере, 1500.
Подходящие простые полиэфиры с концевыми аминогруппами включают, без ограничения, простые полиэфиры с первичными или вторичными концевыми аминогруппами, обладающие средней молекулярной массой более чем 1500, с функциональностью от 2 до 6, такой как от 2 до 3, и эквивалентной массой амина от 750 до 4000. Можно использовать смеси простых полиэфиров с концевыми аминогруппами. В предпочтительном варианте осуществления простые полиэфиры с концевыми аминогруппами обладают средней молекулярной массой, по меньшей мере, 2000. Эти вещества можно получить различными способами, известными в данной области.
Полезные для данного изобретения простые полиэфиры с концевыми аминогруппами могут представлять собой, например, смолы на основе простых полиэфиров, полученные из соответствующего инициатора, к которому добавляют низшие алкиленоксиды, такие как этиленоксид, пропиленоксид, бутиленоксид или их смеси с последующим аминированием получившихся в результате многоатомных спиртов с концевыми гидроксильными группами. Если используют два или несколько оксидов, они могут присутствовать в виде случайных смесей или в виде блоков одного или другого полиэфира. На стадии аминирования крайне желательно, чтобы концевые гидроксильные группы в многоатомных спиртах были в основном все вторичными гидроксильными группами для легкого аминирования. Если используют этиленоксид, желательно поместить на концы многоатомного спирта с концевыми гидроксильными группами небольшое количество высшего алкиленоксида для того, чтобы быть уверенными, что концевые гидроксильные группы в основном являются вторичными гидроксильными группами. Полученные таким образом многоатомные спирты затем подвергают восстановительному аминированию по известным методикам, таким как те, что описаны в патенте США № 3654370. Является нормальным, если стадия аминирования не полностью замещает все гидроксильные группы. Однако большая часть гидроксильных групп замещается аминогруппами. Таким образом, в одном варианте осуществления смолы на основе простых полиэфиров с концевыми аминогруппами, полезные для данного изобретения, обладают более чем примерно 80 процентами их активных водородов в виде водородов аминогрупп.
Состав смеси для соединения (1) и (2) может изменяться в пределах от 1:1 до 4:1.
Полиуретан
Композиция, содержащая полиуретан, которую можно использовать по настоящему изобретению, обычно содержит (a) соединение, содержащее изоцианат и (b) соединение, которое содержит функциональную группу, то есть группу, реакционноспособную по отношению к соединению, содержащему изоцианат, такое как соединение, содержащее активный водород. Примером соединения (b) могло бы быть соединение, содержащее функциональный гидроксил.
Подходящие изоцианатные соединения, которые можно использовать в качестве соединения (a), включают, без ограничения, те, которые перечислены в качестве соединения (1) в предыдущих абзацах.
Подходящие соединения с функциональным гидроксилом, которые можно использовать в качестве соединения (b), включают, без ограничения, полигидроксильные соединения с молекулярной массой в пределах от 62 до 299. Примеры таких полигидроксильных соединений включают, без ограничения, этиленгликоль, пропиленгликоль, триметилолпропан, 1,6-дигидроксигексан; обладающие низкой молекулярной массой сложные гидроксилсодержащие эфиры этих многоатомных спиртов и двухосновных карбоновых кислот типа тех, что приводятся в качестве примера ниже; обладающие низкой молекулярной массой продукты этоксилирования и/или пропоксилирования этих многоатомных спиртов; смеси упомянутых выше многовалентных модифицированных и немодифицированных спиртов.
Состав смеси для соединения (a) и (b) может изменяться в пределах от 1:1 до 4:1 от общего объема соединений.
Слой покрытия из вязкого геля
Слой покрытия из вязкого геля содержит (A) продукт реакции (i), по меньшей мере, одного соединения первичного амина, (ii) соединения монофункционального поверхностно-активного вещества; и (iii) соединения жидкого полибутадиена; (B) необязательно жирную кислоту и (C) необязательно реагент, вызывающий набухание.
Подходящие соединения первичного амина, которые можно использовать в качестве компонента (i) по настоящему изобретению, включают, без ограничения, первичные амины, описанные выше в отношении упоминаемого выше соединения (2). Соответственно, в некоторых вариантах осуществления в качестве соединения (i) в композиции вязкого покрытия можно использовать комбинацию JEFFAMINE T 5000 и JEFFAMINE D 230 (производства фирмы Huntsman International LLC). В отдельных вариантах осуществления первичные амины представляют собой ди- или три-функциональные полиамины, обладающие средней молекулярной массой в пределах от 148 до 5000.
Подходящие соединения, которые могли бы использоваться в качестве соединения (ii), включают, без ограничения, соединения с монофункциональным гидроксилом (моноспирты), монофункциональные амины (моноамины) или их комбинации. В отдельных вариантах осуществления эти соединения являются неионными соединениями. Примеры подходящих моноспиртов, которые можно использовать, включают SURFONIC N 31,5, 60, 95 и 150 (производства фирмы Huntsman Chemical Company), WL5000 (производства фирмы Huntsman Chemical Company) или их комбинации. Следует понимать, что некоторые соединения, используемые в качестве соединения (ii), такие как SURFONIC N 150, могут действовать как реагент, вызывающий набухание, когда он контактирует с компонентами топливного бака. Например, SURFONIC N 150 набухает, если приходит в контакт с топливом, таким как бензин или дизельное топливо. Следует также отметить, что SURFONIC N 150 может реагировать с защищающим концевым фрагментом малеинового ангидрида, если таковой присутствует, компонента (iii), который может вносить вклад в свойства гелеобразования и набухания слоя покрытия из вязкого геля и, тем самым, добавлять эффективности слою покрытия из вязкого геля для понижения количества вытекшего бензина или предотвращения вытекания бензина из топливного бака, который был пробит из мелкого огнестрельного оружия. Одним из преимуществ применения вышеупомянутых соединений с монофункциональным гидроксилом в противоположность многоатомным спиртам, обладающим большим числом функциональных гидроксильных групп, состоит в том, что вероятность наличия большого количества сшивок между различными компонентами значительно понижается, и это вносит вклад в природу вязкости слоя покрытия из вязкого геля. Например, если вещество на основе многоатомного спирта используют вместо моноспирта, тогда существует высокая вероятность того, что вещество не будет таким вязким, как вещество, которое раскрыто в настоящем изобретении, и не будет способно затекать в пробоины так быстро, как слой покрытия на основе вязкого геля по настоящему изобретению.
В дополнение к соединениям (i) и (ii) слой покрытия на основе вязкого геля по настоящему изобретению также включает (iii) соединение жидкого полибутадиена. В отдельных вариантах осуществления соединение «жидкого» полибутадиена, используемое в настоящем изобретении, обладает минимальным числом сшивок, тем самым давая возможность соединению полибутадиена оставаться в густом вязком или жидком состоянии, что противоположно сильносшитому твердому и эластичному состоянию. Подходящие соединения полибутадиена, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают полибутадиенсукцинимид, сложный полибутадиенсукцинатный эфир или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, часть соединения жидкого полибутадиена полностью или частично защищена на концах малеиновым ангидридом. То есть, по меньшей мере, часть соединений полибутадиена прореагировала с малеиновым ангидридом по методикам, хорошо известным в данной области.
В отдельных вариантах осуществления соотношение в смеси (i) и (ii) к (iii) и необязательно (B) изменяется в пределах от 1:1 до 1:4 от общего объема композиции покрытия.
Слой покрытия на основе вязкого геля может необязательно содержать (B) соединения жирной кислоты, такой как растительное масло (например, масло канола пищевой марки). В то время как соединение жирной кислоты можно использовать в количестве, лежащем в пределах от 0 вес. % до 70 вес. %, таком как от 10 вес. % до 20 вес. % от общей массы ингредиентов или компонентов, используемых в слое покрытия на основе вязкого геля, общее количество компонента (B), присутствующего в слое покрытия на основе вязкого геля, будет зависеть от разнообразных факторов, таких как используемое оборудование для распыления, а также условий процесса (например, от температуры), которые будут использованы для напыления слоя покрытия из вязкого геля. Следует отметить, что компонент (B) может внести свой вклад в способность к напылению слоя покрытия на основе вязкого геля из-за его способности понижать вязкость соединения жидкого полибутадиена. Например, в отдельных вариантах осуществления слой покрытия на основе вязкого геля, не содержащий компонента (B), может потенциально ограничивать процессы, используемые для слоя вязкого покрытия высоким давлением и более высокими температурами нанесения. В то время как растительное масло является инертным модификатором вязкости, в некоторых вариантах осуществления другие совместимые растворители, такие как алифатические и ароматические растворители, ароматические и минеральные масла, а также кетоны и сложные эфиры, можно использовать по настоящему изобретению вместо растительного масла.
Необязательно в некоторых вариантах осуществления слой покрытия на основе вязкого геля по настоящему изобретению дополнительно содержит (D) реагенты, вызывающие дополнительное набухание, которые могут вносить дополнительный вклад в способность слоев покрытия набухать при контакте с содержимым субстрата, тем самым повышая эффективность системы покрытия к предотвращению вытекания содержимого субстрата. Подходящие реагенты, вызывающие дополнительное набухание, включают, без ограничения, IMBIBER BEADS (производства фирмы Imtech). Из-за того, что компонент (D) является необязательным, в отдельных вариантах осуществления слой вязкого покрытия не содержит реагентов, вызывающих дополнительное набухание.
Способ создания системы покрытия
Каждую из раскрытых здесь композиций покрытия можно напылить на субстрат, используя оборудование, которое известно в данной области. Используемый здесь термин «субстрат» может представлять собой внутреннюю поверхность топливного бака или внешнюю поверхность топливного бака. Соответственно, топливный бак сам по себе может быть изготовлен из сплава металла, такого как сталь, из алюминия или из пластиков, таких как полипропилен или композит. Помимо этого субстрат сам по себе может быть покрыт слоем другого покрытия до нанесения на субстрат слоя внешнего покрытия.
Подходящие аппараты, известные в данной области, можно использовать для покрывания или нанесения различных композиций покрытия на субстрат. Например, пистолет-распылитель для смешения двух компонентов при низком или высоком давлении со статической смесительной камерой (производимый фирмой Graco/Glass Craft) можно использовать для нанесения композиций покрытия на субстрат. Поскольку специалисту в данной области будет известно, как работать с таким пистолетом-распылителем, то подробное описание работы оборудования не является необходимым. Однако следует понимать, что описанные выше отдельные компоненты композиций покрытия (например, компоненты, используемые для формирования слоев внешнего или внутреннего покрытия) будут исходно разделены на две стороны: сторону А и сторону В. Например, по отношению к слою покрытия на основе полимочевины или полиуретана изоцианатное соединение (1) окажется на стороне А, в то время как соединение, содержащее активный водород (2), окажется на стороне В. Эти два компонента останутся разделенными до тех пор, пока они одновременно не будут введены в и распылены из пистолета-распылителя. Как только они попадают в пистолет-распылитель, эти два компонента смешиваются и начинают подвергаться полимеризации, формируя тем самым композицию покрытия либо на основе полимочевины, либо на основе полиуретана, которую наносят на субстрат. В отношении слоя покрытия из вязкого геля в отдельных вариантах осуществления (iii) соединение жирной кислоты и (iv) соединение жидкого полибутадиена располагают со стороны A, в то время как (i) соединения первичных аминов и (ii) содержащее гидроксилы соединение поверхностно-активного вещества располагают со стороны В. Когда эти компоненты приходят в контакт друг с другом внутри пистолета-распылителя, происходит химическая реакция, которая приводит к образованию композиции покрытия из вязкого геля, которую наносят на внешний слой покрытия.
В то время как пользователь может обычно наносить слой покрытия из вязкого геля на слой внутреннего покрытия непосредственно после того, как слой внутреннего покрытия нанесли на субстрат, в некоторых вариантах осуществления пользователь может дать возможность внутреннему слою покрытия затвердеть в течение периода времени в пределах от 3 секунд до 48 часов после нанесения. Однако нанесение внешнего слоя покрытия на слой вязкого гелевого покрытия может происходить непосредственно после того, как слой вязкого гелевого покрытия нанесли на внутренний слой покрытия, или его можно наносить через несколько дней после того, как слой вязкого гелевого покрытия нанесли на слой внутреннего покрытия.
В некоторых вариантах осуществления толщина пленки в сухом состоянии для каждого из внутреннего и внешнего слоев покрытия составляла величину, по меньшей мере, 0,31 см (0,125 дюйма), такую как 0,64 см (0,25 дюйма) и выше. В некоторых вариантах осуществления толщина каждого из внутреннего и внешнего слоев покрытия может быть одинаковой или разной. Соответственно, в отдельных вариантах осуществления внутренний слой покрытия может быть или толще или тоньше, чем внешний слой покрытия. Кроме того, в отдельных вариантах осуществления толщина пленки в сухом состоянии слоя покрытия из вязкого геля после нанесения, по меньшей мере, на часть внутреннего слоя покрытия составляет величину, по меньшей мере, 0,31 см (0,125 дюйма), такую как 0,64 см (0,25 дюйма) и выше. Например, в отдельных вариантах осуществления слой вязкого покрытия обладал толщиной в пределах от 0,95 см (0,374 дюйма) до 1,27 см (0,5 дюйма).
В то время как специфические варианты осуществления изобретения были раскрыты в деталях, специалистам в данной области будет понятно, что различные модификации и альтернативы этих деталей могли быть развиты в свете общих идей данного раскрытия. Соответственно, раскрытые здесь отдельные способы реализации предназначены для того, чтобы являться только иллюстративными и не ограничивающими по отношению к объему изобретения, которое задано в полной широте прилагаемой формулой изобретения и любыми и всеми его эквивалентами. Таким образом, любые из свойств и/или элементов, перечисленные выше, можно соединить друг с другом в любой комбинации и при этом находиться в объеме данного раскрытия.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Как описано в следующем абзаце, слой покрытия из вязкого геля, который наносят на слой покрытия из полимочевины, формируют из следующей композиции:
Компонент
Масса (в граммах)
Сторона А
N4-9000 10 MA*
65,0
Соевое масло**
35,0
Сторона В
SURFONIC N 150***
91,5
JEFFAMINE T 5000****
7,0
JEFFAMINE D 230****
1,5
* Малеинизованный жидкий полибутадиен производства фирмы Synthomer Limited** Растительное масло пищевой марки*** Поверхностно-активное вещество производства фирмы Huntsman Corp.**** Амин производства фирмы Huntsman Corp.
Наружную поверхность металлического топливного бака сначала покрывали аэрозолем композиции покрытия на основе полимочевины, содержащей RIMLINE 95015 и SUPRASEC 9608 (производства фирмы Huntsman Corp.), используя устройство для распыления под высоким давлением Graco при объемном соотношении 1/1. Композицию покрытия на основе полимочевины наносили в количестве достаточном, чтобы дать слой покрытия с толщиной в сухом слое приблизительно 0,635 см (0,25 диюма). После затвердевания слоя полимочевины слой покрытия из вязкого геля, который был описан выше, наносили на слой покрытия из полимочевины в объемном соотношении 1/1, используя коммерчески доступный статический смеситель для получения слоя покрытия с толщиной приблизительно 0,95 см (0,375 дюйма). После нанесения слоя покрытия из вязкого геля второй слой вышеупомянутого слоя покрытия из полимочевины наносили поверх слоя покрытия их вязкого геля в количестве достаточном, чтобы дать слой покрытия с толщиной в сухом слое приблизительно 0,64 см (0,25 дюйма), используя описанное выше устройство для распыления под высоким давлением Graco. Конечная система покрытия, которая была сформирована из этих слоев, представляла собой трехслойную систему, которая содержала слой покрытия из вязкого геля по настоящему изобретению, расположенный между двумя слоями покрытия из полимочевины.
Покрытый топливный бак затем наполняли дизельным топливом и простреливали его несколько раз 9-мм пулями, .22-калиберными и .45-калиберными снарядами, которыми выстреливали из различного огнестрельного оружия, для того чтобы оценить самовосстанавливающееся действие системы покрытия.
.45-калиберные снаряды оставляли входные отверстия, которые имели диаметр приблизительно 1 мм на поверхности внешнего слоя покрытия из полимочевины. В ходе этого испытания либо не происходило вытекания топлива из различных входных отверстий, либо происходило вытекание небольшого количества топлива из различных отверстий, которое затем останавливалось менее чем за 60 секунд.
Входные отверстия от пуль в топливном баке сами по себе хорошо коррелируют с калибром пистолета, если сравнивать с топливным баком, у которого не было вышеупомянутой системы покрытия (например, с незащищенным топливным баком) и который простреливали тем же самым огнестрельным оружием. Более того, когда этот топливный бак простреливали, содержимое топливного бака истекало из топливного бака до тех пор, пока уровень дизельного топлива в баке не достигал места входного отверстия от пули, после чего вытекание останавливалось.
Проводили другое испытание, в котором только первый слой покрытия на основе полимочевины наносили на металлический топливный бак. В этом испытании было обнаружено, что 9 мм снаряды оставляли отверстия, имеющие диаметр приблизительно 10 мм. В противоположность испытанию, описанному выше, в этом испытании содержимое топливного бака истекало из топливного бака до тех пор, пока уровень дизельного топлива в баке не достигал места пулевого отверстия, после чего вытекание останавливалось.
Соответственно, система покрытия по настоящему изобретению обладала превосходными самовосстанавливающимися свойствами по сравнению с незащищенным топливным баком или топливным баком, который был покрыт одним слоем покрытия из полимочевины.