СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
PROTECTIVE COATING COMPOSITION

Предлагаемое изобретение относится к области полимерных составов на основе фторсодержащих полимеров, используемых для получения атмосферостойких покрытий, применяемых для защиты конструкций из алюминиевых, магниевых сплавов и сталей, а также систем покрытий для защиты от атмосферных воздействий полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Известна композиция, включающая простой полиэфирполиол, полиизоцианат и этилацетат, в качестве простого полиэфирполиола она содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 и рекомендуется в качестве защитного покрытия для дерева, бетона, стекла (патент РФ №2073053).
Однако известная композиция обладает невысокой адгезией к алюминиевым, магниевым сплавам, сталям.
Известен лакокрасочный состав с высоким сухим остатком для покрытий, содержащий смесь эпоксидного олигомера и гидроксилсодержащего олигомера, полиизоцианат, катализатор, органический растворитель и смесь диэтиленгликоля и триметилолпропана с карбоновой кислотой с содержанием гидроксильных групп 5,0-7,8%, дополнительно состав содержит пигменты (а.с. СССР №1772119).
Недостатками известного состава являются низкая адгезия к подложке и высокая вязкость, что делает ее неудобной в применении.
Известны полиуретановые покрытия на основе гидроксилсодержащего компонента и полиизоцианата (а.с. СССР № 1835420, патенты РФ №2304158, №2253662).
Однако известные покрытия обладают невысокой атмосферостойкостью.
Известна полиэфируретановая композиция для защиты оборудования от коррозии, которая содержит полиэфируретановую смолу марки Витур, полиизоцианат, кварц молотый и ксилол (патент РФ №2237696).
Недостатками известной композиции являются длительность сушки при комнатной температуре и невысокая атмосферостойкость.
Известна композиция, включающая полиуретановый термоэластопласт, эпоксидную диановую смолу, растворитель, полиэтилсилоксановую жидкость, аминный отвердитель (патент РФ №2082737).
Недостатками известной композиции являются невысокая твердость и длительная сушка покрытия до проведения испытаний (168 ч).
Известно высокоглянцевое, коррозионно-стойкое покрытие, которое содержит полимерное полиуретановое связующее, изоцианатный отвердитель и пигменты, включающие молибдат цинка, соль цинка и бензойной кислоты, фосфат цинка в определенных соотношениях (патент США №5043373).
Известное покрытие не может быть использовано для защиты изделий из ПКМ, так как имеет недостаточно высокие физико-механические свойства.
Известна эластичная композиция для покрытия, которая имеет высокую адгезию к металлическим подложкам и пластикам, высокую атмосферостойкость. Композиция включает полиэфиры, модифицированные гидроксилсодержащим полиуретаном, при этом модифицированный полиэфир получают реакцией из диолов с полиолом и кислотами, полиизоцианат в качестве сшивающего агента. Дополнительно композиция может содержать пигменты (патент США №4588787).
Известное покрытие обладает хорошей адгезией, но сушка покрытия производится при температуре выше 80°С.
Известны окрасочные системы с содержанием фторированного органосиланового полимера, которые содержат в составе пленкообразующего компонента фторированный органосилановый полимер и сшивающий агент (полиизоцианаты, меламин и его производные) (заявка WO 2005030892).
Известные покрытия обладают улучшенными грязезащитными свойствами, но имеют низкую адгезию к алюминиевым, магниевым сплавам и стали.
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является композиция для защиты металлических поверхностей следующего состава, мас.%:
Эпоксидная смола
23,0-50,0
Полиаминный отвердитель
2,3-5,0
Пластификатор
1,0-3,0
Фторполимер
5,0-12,0
Наполнитель
остальное
В качестве фторполимера используют фторопластовый лак, а в качестве эпоксидной смолы используют эпоксиперхлорвиниловую смолу (патент РФ №2239645).
Недостатками композиции-прототипа являются невысокая прочность при ударе, невысокая стойкостью к УФ (потеря блеска не менее 20%), высокое водопоглощение, низкая водостойкость, покрытие отверждается не менее 24 часов с последующей выдержкой до начала эксплуатации не менее 120 ч, а также не рекомендуется для защиты ПКМ, так как не обладает адгезией к ПКМ.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание быстроотверждаемого полимерного покрытия для защиты алюминиевых, магниевых сплавов, сталей и полимерных композиционных материалов (ПКМ), обладающего повышенной прочностью при ударе, пониженным водопоглощением, повышенной стойкостью к УФ, водостойкостью.
Для решения поставленной задачи предлагается состав для защитного покрытия, включающий фторполимер, эпоксидную смолу и отвердитель, который в качестве фторполимера содержит фторполимер с содержанием гидроксильных групп 1,3-2,5%, в качестве эпоксидной смолы - эпоксидную диановую смолу с мол. массой 900-1800 или фторэпоксидную смолу, в качестве отвердителя - полиизоцианатбиурет и дополнительно содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Фторполимер
0,9-0,95
Указанная эпоксидная смола
0,05-0,1
Полиизоцианатбиурет
0,07-0,19
γ-аминопропилтриэтоксисилан
0,01-0,04
Органический растворитель
0,5-1,0
В качестве органического растворителя состав содержит смесь ксилола и этилцеллозольва с растворителем, выбранным из группы, включающей бутилацетат, этилгликольацетат, метоксипропилацетат или их смеси.
Для дополнительного повышения стойкости к УФ состав может содержать светостабилизатор - производное бензотриазола в количестве 0,1-0,3 мас.ч.
Для повышения коррозионной стойкости в агрессивных средах для деталей из алюминиевых, магниевых сплавов, сталей, а также для придания декоративных свойств поверхностям изделий состав дополнительно может содержать пигменты в количестве 0,5-1,5 мас.ч.
Поставленная цель достигается совместным применением фторполимера, обладающего низким водопоглощением, высокой стойкостью к агрессивным средам, стойкостью к УФ и эпоксидной или фторэпоксидной смолы, обеспечивающей адгезию к подложке. Формирование лакокрасочного покрытия осуществляется таким образом, что при нанесении на подложку покрытие расслаивается, при этом эпоксидная составляющая обеспечивает адгезию покрытия к подложке и межслойную адгезию с фторполимерным внешним слоем покрытия.
Фторполимер, отверждаемый полиизоцианатным отвердителем, в сочетании с γ-аминопропилтриэтоксисиланом образует на поверхности фторполиуретановое покрытие, обладающее высокой атмосферостойкостью, физико-механическими свойствами, стойкостью к агрессивным средам.
Экспериментально удалось определить, что только предложенный количественный и качественный состав для защитного покрытия позволяет достигнуть в лакокрасочном покрытии сочетания высоких адгезионных, физико-механических, защитных свойств с высокой атмосферостойкостью (стойкостью к УФ) и низким водопоглощением, а также обеспечить стойкость к воздействию агрессивных жидкостей, ГСМ.
При изменении соотношения компонентов композиции изменяются ее теплофизические и химические характеристики, что не позволяет достичь заявляемого результата.
Для достижения технического результата в предлагаемом изобретении в качестве фторполимера использованы гидроксилсодержащие фторсодержащие полимеры, в основной цепи которых в привитой части находятся атомы фтора, например гидроксилсодержащие гомополимеры фторпроизводных этилена и его сополимеров с содержанием гидроксильных групп 1,3-2,5%. Основными представителями таких полимеров являются, например, ФПР-1, ФПР-2 по ТУ 2313-052-00203521-99 с массовой долей нелетучих веществ 30-40% или фторсодержащий лак по ТУ
2313-001-71450114-2005 с массовой долей нелетучих веществ 40%.
В качестве эпоксидной смолы могут быть использованы эпоксидные смолы предпочтительно с мол. массой 900-1800, например Э-40 по ГОСТ 51408, Э-41 по ТУ 6-10-607-78 или фторэпоксидные смолы, например ФЛК- ПА, ФЛК по
ТУ 2412-002-54226479-2002, которые представляют собой продукты взаимодействия эпоксидных диановых смол с аддуктами 2,4-толуилендиизоцианата и перфторированных спиртов с содержанием эпоксидных групп не более 12%.
В качестве отвердителя используется полиизоцианатбиурет (ТУ 6-10-1475-75). Композиция также содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан (ТУ 6-02-724-77).
В качестве светостабилизаторов наиболее предпочтительно использовать производные бензотриазола - Тинувин 1130, Беназол-П, а также Тинувин 292 - смесь бензотриазола и стабилизатора на основе стерически несвободного амина (справочник «Химические добавки к полимерам», М.: Химия, 1981 г., стр.12).
В качестве пигментов могут быть использованы диоксид титана, стронций хромовокислый, тальк, аэросил, титанат магния или их смеси.
В качестве органического растворителя могут быть использованы различные растворители, но наилучший технический результат достигается при использовании смеси ксилола (ГОСТ 9410) и этилцеллозольва (ГОСТ 8313) с растворителем, выбранным из группы, включающей бутилацетат, этилгликольацетат, метоксипропилацетат (все по ГОСТ 8981) или их смеси.
Примеры осуществления
Пример 1
В специальной емкости взвешивали требуемое количество фторсодержащего лака по ТУ 2313-001-71450114-2005 с содержанием гидроксильных групп 2,2%. Затем в эпоксидную диановую смолу Э-41 вводили γ-аминопропилтриэтоксисилан в смеси органических растворителей. Композицию перемешивали вручную или в смесителе. Затем в композицию вводили полиизоцианатбиурет, после чего композицию еще раз перемешивали с получением готового состава.
Составы в соответствии с примерами 2, 3, 4, 5 готовили аналогичным образом.
В примере 4 в состав дополнительно вводили светостабилизатор-Тинувин.
В примере 5 в состав дополнительно вводили пигменты. Композицию после перемешивания компонентов помещали в бисерную мельницу и проводили перетир в течение 0,5-2 ч до достижения степени перетира по прибору Клин не более 10-15 мкм, после чего добавляли отвердители.
В таблице 1 приведены составы по изобретению и прототипу, в таблице 2 - свойства.
Из составов, приведенных в таблице 1, были получены покрытия на подложках (ПКМ, алюминиевый сплав Д16АТ, сталь Ст10) методом пневматического распыления с толщиной 10-50 мкм. Покрытия подвергались сушке при температуре 18-35°С в течение 4-6 часов. Затем определяли следующие свойства: адгезия к подложке, эластичность при изгибе, прочность при ударе, водопоглощение, водостойкость, стойкость к воздействию топлива и масел при 20°С, стойкость к УФ. Свойства полученных покрытий приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, определенное соотношение компонентов заявляемого состава обеспечивает высокие адгезионные свойства как к металлам, так и к ПКМ - балл 1, высокие физико-механические свойства (прочность пленки при ударе по прибору У-1 не менее 5 Дж, эластичность при изгибе не более 2 мм), повышение атмосферостойкости ЛКП не менее чем в 2 раза, потеря блеска покрытия при воздействии УФ в течение 1000 ч - в 2,5-4 раза.
Сокращение времени холодной сушки состава для покрытия на основе фторполиуретановой композиции при температуре (18-20)°С в 1,5-2 раза позволит ускорить технологический процесс окраски изделия. Стойкость к воздействию топлива и масел при 20°С 80 возросла до 500 ч, при этом сохранение твердости при царапании составляет не менее 80%, нагрузка после испытаний не менее 1200 г (исходная не менее 1500 г), водопоглощение снизилось в 3-8 раз, водостойкость увеличилась в 1,5 раза.
Таблица 2
Свойства
Предлагаемый состав по примерам
Прототип
1
2
3
4
5
Адгезия, подложка Д16АТ, ст. 10, баллы:
- исходная
1
1-2
1
1-2
1
1
- после выдержки в воде 7 сут
1
1-2
1
1-2
1
1-2
Адгезия, подложка ПКМ (ВФТ-С), баллы:
- исходная
1
1
1
1
1
-
- после выдержки в воде 7 сут
1
1
1
1
1
-
Эластичность, мм
1
1
2
2
1
2
Прочность при ударе, Дж
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
3,0
Водостойкость, ч
>600
600
600
600
600
400
Стойкость к воздействию топлива и масел при 20°С, ч
500
500
500
500
>500
300
Время полного отверждения
покрытия при холодной сушке, не более, ч
4-6
4-6
4-6
4-6
4-6
24-120
Водопоглощение, %
0,5-0,7
0,5-0,8
0,3-0,5
0,5-0,8
1,25-1,3
2,5-4,0
Потеря блеска при воздействии УФ в течение 1000 ч, %
8
8
10
5
8
не менее 25
Предлагаемый состав для покрытия позволяет значительно улучшить защиту от влаги, УФ, топлив и масел, следовательно, повышается эксплуатационная, коррозионная стойкость, надежность работы деталей и агрегатов авиационной техники из ПКМ, сталей, алюминиевых и магниевых сплавов.