*

ВОДОСТОЙКАЯ ЭПОКСИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

применение

Патент Республика Беларусь

:

Номер патента:			10976
Класс(ы) патента: C09 D 163/00
Номер заявки: 20070877
Дата подачи заявки: 12.07.2007
Дата публикации: 30.08.2008

:


Заявитель(и):

Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"

Автор(ы):

Крутько Эльвира Тихоновна, Прокопчук Иван Николаевич, Жарская Тамара Александровна

Патентообладатель(и):

Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"

Суть изобретения:

Водостойкая эпоксидная композиция, включающая эпоксидную смолу Э-41р, отвердитель №4 и органический растворитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит олигоаминофенилен формулы

при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- эпоксидная смола Э-41р - 85,668 - 87,235
- отвердитель № 4 - 11,011 - 11,605
- олигоаминофенилен - 0,1 - 1,0
- органический растворитель - остальное.

Изобретение относится к области олигомерных композиционных материалов, конкретно к водостойким полимерным композициям на основе эпоксидной смолы Э-41р, которые могут быть использованы в качестве грунтовочного или защитного водостойкого покрытия в системах антикоррозионной защиты инженерных и гидротехнических установок, портовых сооружений, морской техники, эксплуатируемых во внешней среде и подвергающихся колебаниям температуры, воздействию атмосферной влаги или воды.

Лакокрасочные материалы на основе эпоксидных смол находят широкое применение в судо- и машиностроении [1], в нефтегазовой промышленности для защиты оборудования и трубопроводов, эксплуатирующихся в контакте с нефтью, нефтепродуктами, водными средами и водными электролитами. Несмотря на высокие адгезионные характеристики эпоксидных покрытий, известно, что существует возможность дальнейшего повышения их адгезионной прочности, стойкости к воде [2].

Известна водостойкая эпоксидная композиция, содержащая эпоксидный олигомер, отвердитель - полиэтиленполиамин, отличающаяся тем, что в качестве модификатора содержит бензиловый спирт или сополимер А-15м [3].

Известна водостойкая эпоксидная композиция, представляющая собой двухкомпонентную систему, состоящую из полуфабриката эмали ЭП-586 и отвердителя №5, смешиваемых перед применением. Полуфабрикат эмали представляет собой суспензию пигментов в растворе эпоксидной смолы в смеси ацетона, этилцеллозольва и ксилола в соотношении 30 : 30 : 40. Эмаль предназначена для защиты металлических изделий от эрозионно-коррозионных повреждений [4].

Наиболее близкой по составу и технической сущности к предлагаемому изобретению является водостойкая эпоксидная композиция, включающая эпоксидную смолу Э-41р, отвердитель №4 и дополнительно содержит поли(4,4,диаминодифенилоксид)пирометиллитамидокислоту [5].

Недостатками данной композиции являются её избыточное влагопоглощение, недостаточные величины адгезии и водостойкости.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение водостойкости, адгезионной прочности и тем самым долговечности формируемого покрытия из водостойкой эпоксидной композиции.

Поставленная задача достигается с помощью водостойкой эпоксидной композиции, включающей эпоксидную смолу Э-41р, отвердитель №4 и органический растворитель, отличающейся тем, что дополнительно содержит олигоаминофенилен формулы

при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- эпоксидная смола Э-41р - 85,668 - 87,235
- отвердитель № 4 - 11,011 - 11,605
- олигоаминофенилен - 0,1 - 1,0
- органический растворитель - остальное.

Сравнение предлагаемой водостойкой эпоксидной композиции с композицией прототипа показывает, что отличием предлагаемой эпоксидной композиции от известной является использование в качестве сшивающего агента отвердителя №4 - раствора полиамидной смолы в смеси органических растворителей отечественного производства в количестве 11,011 - 11,605 мас. %.

Анализ источников информации показал, что использование олигоаминофенилена для получения водостойких эпоксидных композиций не обнаружено.

Экпериментально установлено, что использование любого из компонентов предлагаемой композиции в отдельности либо попарно (олигоаминофенилен и эпоксидный олигомер, олигоаминофенилен и полиамидный олигомер, эпоксидный олигомер и полиамидный олигомер) не обеспечивает улучшения противокоррозионных свойств покрытия, формируемого из раствора вышеуказанной композиции. Эффект придания эпоксидной композиции защитных свойств, превосходящих по водостойкости, адгезионной прочности и водопоглощающей способности эпоксидную композицию прототипа, достигается только при использовании всех трёх предлагаемых компонентов в совокупности и в заявляемых соотношениях.

Очевидно, использование этих трёх компонентов позволяет в условиях отверждения формировать в системе полимера сетчатую структуру, степень структурирования которой определяется количественным соотношением компонентов при их заявляемом количественном составе. Следует отметить, что тетрамалеамидокислота помимо активных амидо- и карбоксильных функциональных групп содержит в своём составе непредельные фрагменты, которые дополнительно могут усиливать адгезионное взаимодействие формируемого покрытия с металлической поверхностью, значительно сказываясь на улучшении защитных свойств полимерного слоя [6].

В процессе отверждения предлагаемой водостойкой эпоксидной композиции, содержащей тетрамалеамидокислоту в качестве модификатора, возможно протекание ряда взаимообусловленных и конкурирующих реакций. Так, тетрамалеамидокислота может усиливать эффект сшивания эпоксидной смолы отвердителем за счёт дополнительных реакций взаимодействия амидо- и карбоксильных групп модификатора с эпокси- и гидроксильными группами эпоксидного олигомера.

В результате эти процессы обусловливают более эффективное структурирование в системе предлагаемой олигомерной композиции, формирование более плотной густо сшитой сетчатой структуры покрытия, приводя к улучшению его адгезионных свойств, повышению водо- атмосферной влагостойкости и снижению водопоглощения.

Причём реализация свойств предлагаемого водостойкого материала, превосходящего прототип по адгезии, водостойкости и водопоглощению, возможна лишь в заявленном качественном и количественном составе композиции.

Поскольку эпоксидные олигомеры взаимодействуют с аминогруппами полиамидной смолы (отвердителя) ещё на стадии формирования покрытия, они практически не участвуют в образовании адгезионной связи с металлической поверхностью защищаемого изделия. Гидроксильные же группы эпоксидного олигомера образуют гидролитические нестабильные связи покрытия с поверхностью металла. Введение в состав эпоксидной композиции олигоаминофенилена, содержащего адгезионно-активные функциональные группы -NH2 и ароматические сопряжённые фрагменты молекул олигомера, обладающие, с одной стороны, высокой адсорбционной активностью по отношению к металлам и их оксидам [6], с другой, способные к взаимодействию с эпоксидными циклами эпоксидиаминового олигомера [1, 2], приводит к существенному увеличению адгезионной прочности формируемого защитного покрытия. В условиях отверждения в системе эпоксидианового олигомера формируется сетчатая структура, густота сетки которой определяется количественным содержанием ингредиентов плёнкообразующей композиции при заявляемом количественном составе. Известно, что значительное влияние на защитные свойства покрытий оказывают процессы образования сетчатых структур, протекающие при их формировании [7].

На основании вышеизложенного можно предположить, что формирование сетчатой структуры в системе эпоксидианового полимера в случае использования отвердителя №4, модифицированного олигоаминофениленом, вероятно, происходит более эффективно, чем в композициях прототипа, не исключено при этом и ингибирующее действие на металлическую поверхноть -NH2 групп модификатора, обуславливающего антикоррозионный эффект. Следует также отметить, что олигоаминофенилен не растворяется в воде. В этой связи исключено его вымывание (диффузия) водой в процессе эксплуатации изделий, приводящее к повышению эффективности антикоррозионной защиты.

При содержании в композиции эпоксидной смолы Э-41р менее 85,668 мас. % наблюдается фазовое расслоение системы, снижение её водостойкости, более 87,235 мас. % приводит к снижению водостойкости.

Содержание в композиции олигоаминофенилена менее 0,1 мас. % не обеспечивает достаточной водостойкости и адгезионной прочности. Содержание олигоаминофенилена более 1,0 мас. % приводит к увеличению хрупкости покрытия.

Содержание в эпоксидной композиции менее 11,011 мас. % отвердителя №4 (раствора полиамидного олигомера в ксилоле) не обеспечивает достаточной влагостойкости покрытия. Содержание же данного ингредиента в количестве более 11,605 мас. % не влияет на изменение адгезионных и водозащитных свойств.

Получение водостойкой эпоксидной композиции иллюстрируется примерами конкретного исполнения.

П р и м е р 1.
Приготавливают композицию, состоящую из
85,668 мас. % эпоксидной смолы марки Э-41р (ТУ 6-10-1316-84),
11,011 мас. % отвердителя №4 - раствора полиамидной смолы в ксилоле (ТУ 6-10-1429-79 с измен. №2),
0,1 мас. % олигоаминофенилена,
органический растворитель - остальное.
Композицию перемешивают до получения однородной массы при 20°С и методом полива наносят на металлическую подложку. Отверждение покрытия проводят в термошкафу при 100°С в течение 3 - 4 ч.

В таблице представлены защитные и адгезионные свойства для данного и других примеров конкретного исполнения.

Таблица 1
Пример Показатель
Содержание олигоаминофенилена в предлагаемой композиции, мас. % Композиция прототипа [5]
0,1 0,5 1,0
Водостойкость при 100°С, ч 20 21 39,75 18,25
*** Адгезия к стали, см. не более 11 12 18 11
Адгезия к меди, см. не более 10 9 14 7
Водопоглощение при достижении равновесия, % 0,4 0,55 0,35 0,6
*** адгезия определялась методом решётчатых надрезов с обратным ударом в соответствии с ГОСТ 15140-780


Как видно из таблицы, лучшие результаты по водостойкости и водопоглощающей способности, а также адгезионной прочности получены для композиций в заявленных пределах количественного состава. Значения адгезионной прочности для предлагаемой композиции существенно превышают этот показатель для композиции прототипа (таблица). В соответствии с изменениями адгезии к металлическим субстратам изменяются и другие характеристики покрытия. Так, в сравнении с композицией прототипа предлагаемая водостойкая эпоксидная композиция обеспечивает увеличение водостойкости формируемого покрытия в 2,2 раза, адгезионной прочности в 1,6 и в 2 раза соответственно к стали и меди и понижение водопоглощения с 0,6 до 0,35 %.

Использование предлагаемого изобретения на предприятиях судо- и машиностроительной промышленности, а также в нефтеперерабатывающей отрасли позволит увеличить долговечность получаемых защитных покрытий, а следовательно, и продолжительность эжксплуатации изделий и устройств, повышая тем самым их конкурентоспособность.

Формула изобретения

Водостойкая эпоксидная композиция, включающая эпоксидную смолу Э-41р, отвердитель №4 и органический растворитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит олигоаминофенилен формулы

при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- эпоксидная смола Э-41р - 85,668 - 87,235
- отвердитель № 4 - 11,011 - 11,605
- олигоаминофенилен - 0,1 - 1,0
- органический растворитель - остальное.

Источники информации:
1. Ли Х., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. -М.: Энергия, 1973. - 416 с.
2. Чернин И.З. и др. Эпоксидные полимерные композиции. -М.: Химия, 1982. -230 с.
3. Патент России №2180907, МПК7 С09D163/02, 2002
4. ТУ 6-10-1437-79 с измен. № 1, 2.
5. Патент BY №8794 C1, 2006 (прототип).
6. Шигорин В.Г. и др. ЛКМ. -1986, № 3 -с. 31-33
7. Карякин М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий.
-М.: Химия, 1977. -240 с.

*



к оглавлению