ГРУНТОВКА ФОСФАТИРУЮЩАЯ Российский патент 1999 года по МПК C09D5/12 C09D133/04 

Изобретение относится к области лакокрасочных материалов, а именно к составам фосфатирующих грунтовок.

Известны грунтовки АК-070 и АК-069, представляющие собой суспензию пигментов в растворах акриловых смол и смеси органических растворителей с введением добавок и пластификаторов. ГОСТ 25718-83. Грунтовки АК-069 и АК-070. Технические условия с. 1.

Данные грунтовки предназначены для грунтования металлических поверхностей и совместимы со многими покрывными эмалями, такими как: перхлорвиниловые, меламинные, полиакриловые, алкидно-акриловые, масляно-стирольные, эпоксидные, мочевинные и другие.

Однако недостатком данных грунтовок является их недостаточно высокая адгезионная прочность к поверхностям различных металлов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является грунтовка фосфатирующая, состоящая из смеси компонентов: основы грунтовки и кислотного разбавителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Основа грунтовки - 80,0 - 88,9
Кислотный разбавитель - 20,0 - 11,1
ГОСТ 12707-77. Грунтовки фосфатирующие. Технические условия. с. 1-3.

Основа фосфатирующей грунтовки представляет собой суспензию пигментов и наполнителя в растворе поливинилбутираля и идитольной смолы или без нее в смеси летучих органических растворителей.

Кислотный разбавитель представляет собой спиртовой раствор ортофосфорной кислоты.

Данная грунтовка предназначена для грунтования перед нанесением лакокрасочных материалов и отличается высокой адгезионной прочностью к металлическим поверхностям из многих металлов: алюминия, меди, магния, титана и их сплавов, углеродистых и нержавеющих сталей.

Однако недостатком данной фосфатирующей грунтовки является ее низкая совместимость со многими покрывными эмалями. Поэтому при ее использовании на практике на данную фосфатирующую грунтовку наносят дополнительный слой грунтовки, совместимый с покрывными эмалями, например, грунтовку марки АК-070. Данная система грунтовочного покрытия (фосфатирующая грунтовка + грунтовка марки АК-070) отличается высокой адгезионной прочностью к металлическим поверхностям и совместимостью ко многим покрывным эмалям. Однако недостатком этой грунтовочной системы являются повышенные расход грунтовки и трудозатраты на ее нанесение, вызванные необходимостью нанесения дополнительного промежуточного слоя грунтовки марки АК-070, ее сушки и т.д.

Заявляемое техническое решение направлено на снижение себестоимости и расхода фосфатирующей грунтовки, трудозатрат на ее нанесение при сохранении высокой адгезионной прочности покрытия к металлическим поверхностям из разных металлов и совместимости ко многим покрывным эмалям.

Указанная задача решается следующим образом. В отличие от известной грунтовки фосфатирующей, состоящей из смеси компонентов: основы и кислотного разбавителя, по заявляемому техническому решению она дополнительно содержит в своем составе добавку грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-090 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кислотный разбавитель - 10,0 - 1,11
Добавка грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 - 50 -90
Основа грунтовки - Остальное
Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что оно дополнительно содержит в своем составе добавку грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кислотный разбавитель - 10,0 - 1,11
Добавка грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 - 50 - 90
Основа грунтовки - Остальное
При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что фосфатирующая грунтовка, содержащая в своем составе добавку грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069, неизвестна.

Заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня развития техники, т. к. грунтовка фосфатирующая на основе поливинилбутираля и идитольной смолы и без нее и грунтовки на основе акриловой смолы марки АК-070 или АК-069 представляют собой многокомпонентные лакокрасочные системы, смешение которых между собой не позволяет однозначно прогнозировать получаемый результат их смешения. Кроме того, для достижения положительного результата требуется проведение большого числа экспериментов, необходимых для нахождения оптимального состава заявляемой грунтовки.

Введение в фосфатирующую грунтовку перед нанесением покрытия добавки грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 в заявляемом количестве позволяет значительно повысить ее совместимость с покрывными эмалями при сохранении высокой адгезионной прочности к металлической поверхности из разных металлов. В результате этого исключается необходимость в нанесении промежуточного грунтовочного слоя, совместимого с покрывной эмалью, что приводит к значительному снижению расхода лакокрасочного материала и трудозатрат. Кроме того, понижается себестоимость заявляемой фосфатирующей грунтовки за счет замены части ее (50 - 90%) на менее дорогостоящую добавку грунтовки марок АК-070 или АК-069.

Основу фосфатирующей грунтовки и кислотный разбавитель выпускают по ГОСТ 12707-77.

Основа фосфатирующей грунтовки представляет собой суспензию пигментов и наполнителя в растворе поливинилбутираля и идитольной смолы или без нее в смеси летучих органических растворителей.

Отечественная промышленность выпускает основы фосфатирующих грунтовок двух видов: на основе поливинлбутираля (грунтовка ВЛ-02) и на основе поливинилбутираля и идитольной смолы (грунтовка ВЛ-023). Кислотный разбавитель фосфатирующей грунтовки представляет собой спиртовый раствор ортофосфорой кислоты.

Отечественная промышленность выпускает кислотный разбавитель на основе этилового, или бутилового, или изопропилового спиртов. По результатам анализа состав грунтовки ВЛ-02 следующий, мас.%:
Основа грунтовки
поливинилбутираль - 7,2; основной хромат цинка - 6,9; тальк - 1,1 изоприловый спирт - 48,7; бутиловый спирт - 16,1. Итого 80.

Кислотный разбавитель
ортофосфорная кислота - 3,6; вода - 3,2; изопропиловый спирт - 13,2. Итого 20. Всего 100.

Грунтовки марок АК-070 и АК-069 выпускаются по ГОСТ 25718-83. Данные грунтовки представляют собой суспензию пигментов в растворах акриловых смол и смеси органических растворителей с введением добавок и пластификаторов. Основа этих грунтовок акриловая смола.

По результатам анализа состав грунтовки АК-070 следующий, мас.%:
смола БМК - 7,7; смола К-421 - 1,93; стронций хромовокислый - 3,85; бутилацетат - 42; бутиловый спирт - 16; ксилол - 28,52. Итого: 100.

По результатам анализа состав грунтовки АК-069 следующий, мас.%:
смола БМК-5 - 12,63; смола АС - 3,17; стронций хромовокислый - 4,7; основной хромат цинка - 1,6; бутилацетат - 36,1; толуол - 14,45; спирт этиловый - 6,45; бутанол - 14,45; этилацетат - 6,45. Итого: 100.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения была проведена следующая работа.

По прототипу изготавливали фосфатирующую грунтовку на основе поливинилбутираля (марки ВЛ-02 ГОСТ 12707-77) путем смешивания основы грунтовки и кислотного разбавителя на основе этилового спирта в соотношении, мас.%:
основ грунтовки - 88,9; кислотный разбавитель - 11,1.

По заявляемому техническому решению изготавливали фосфатирующую грунтовку на основе поливинилбутираля (марки ВЛ-02 ГОСТ 12707-77), кислотного разбавителя на основе этилового спирта и грунтовки на акриловой основе (марки АК-070 ГОСТ 25718-83) при разных соотношениях компонентов.

Составы испытанных заявляемых грунтовок даны в табл. 1.

Полученные по прототипу и заявляемому техническому решению фосфатирующие грунтовки использовали для нанесения грунтовочного слоя покрытия методом пневмораспыления на образцы размером 100х50х1,5 мм из разных металлов: алюминия, меди, магния, титана, стали 08 КП, стали 12Х18Н10Т. На слой грунтовочного покрытия наносили двухслойное эмалевое покрытие из разных эмалей: на перхлорвиниловой основе (марки ХВ-785), на меламиновой основе (марки МЛ-12), на полиакриловой основе (марки АК-192), на основе акриловых сополимеров (марки АС-182), на масляно-стирольной основе (марки МС-17), на эпоксидной основе (марки ЭП-140) и на мочевинной основе (марки МЧ-13). Для сравнения на металлическую поверхность образцов наносили слой грунтовки на акриловой основе марки АК-070 с последующим нанесением двух слоев эмали на перхлорвиниловой основе марки ХВ-785.

По другому варианту на слой фосфатирущей грунтовки на основе поливинилбутираля марки ВЛ-02 без добавки грунтовки наносили слой грунтовки на акриловой основе марки АК-070 и два слоя эмали на перхлорвиниловой основе марки ХВ-785. По каждому варианту изготавливали по 3 образца.

В процессе выполнения данной работы определяли адгезионную прочность лакокрасочного покрытия, расход лакокрасочных материалов, трудозатраты нанесения покрытия, себестоимость заявляемой фосфатирующей грунтовки, совместимость ее с различными эмалями по стандартным методикам.

На основании результатов проведенной работы было установлено, что заявляемая фосфатирующая грунтовка отличается от грунтовки по прототипу меньшей себестоимостью - на 2,5-10%, меньшим расходом грунтовки и трудозатратами при ее нанесении на 25-40% при сохранении адгезионной прочности к металлической поверхности разных металлов на уровне грунтовки по прототипу и совместимости к различным эмалям на уровне грунтовки на основе акриловой смолы марки АК-070.

Оптимальным составом заявляемой фосфатирующей грунтовки является следующий, мас.%:
Кислотный разбавитель - 10,0 - 1,11
Добавка грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 - 50 - 90
Основа грунтовки - Остальное
Уменьшение количества добавки грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 в заявляемую грунтовку менее 50% мас. ухудшает ее совместимость с эмалями.

Увеличение количества добавки грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069 в заявляемую грунтовку более 90% мас. снижает ее адгезионную прочность к металлической поверхности.

Для изучения возможности изготовления заявляемой фосфатирующей грунтовки из различных известных основ грунтовки, кислотного разбавителя и добавки грунтовки на акриловой основе марок АК-070 или АК-069 была проведена следующая работа. Изготавливали заявляемую фосфатирующую грунтовку по разным вариантам путем сочетания различных известных основ грунтовки, кислотного разбавителя и добавок грунтовки на акриловой основе марки АК-070 или АК-069.

Полученные фосфатирующие грунтовки использовали для нанесения грунтовочного слоя покрытия методом пневмораспыления на штатных режимах на образцы размером 100х50х1,5 мм из алюминия и стали 08 КП. По каждому варианту изготавливали по 3 образца. После сушки покрытия определяли адгезию методом решетчатых надрезов. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что заявляемая грунтовка совместима с различными известными основами грунтовки, кислотного разбавителя и добавками грунтовки на акриловой основе и обеспечивает получение грунтовочного покрытия с адгезией в 1 балл.

Заявляемая фосфатирующая грунтовка внедрена в производство в октябре 1997 года на ОАО ЧМЗ и используется для нанесения грунтовочного покрытия на серийные металлические контейнеры из стали 08 КП, предназначенные для экспорта химических продуктов в США и Францию.

Используется в производстве лакокрасочных материалов. Описывается грунтовка фосфатирующая, включающая основу и разбавитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит грунтовку на основе акриловой смолы марки АК-070 или АК-069 при следующем соотношении компонентов, мас.%: кислотный разбавитель -10,0-1,11; грунтовка на основе акриловой смолы марки АК-070 или АК-069 - 50-90; основа грунтовки - остальное. Технический результат - снижение себестоимости грунтовки на 2,5-10%, расхода грунтовки и трудозатрат на ее нанесение на 25-46%. 2 табл.

Грунтовка фосфатирующая, включающая основу и кислотный разбавитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит грунтовку на основе акриловой смолы марки АК-070 или АК-069 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кислотный разбавитель - 10,0 - 1,11
Грунтовка на основе акриловой смолы марки АК-070 или АК-069 - 50 - 90
Основа грунтовки - Остальное