КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ СМОЛ, ОТВЕРЖДАЕМЫХ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ЛАКОВОГО СЛОЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ ПОЛОВ И СТЕН Российский патент 2004 года по МПК C09D133/00 C09D175/16 C09D163/10 C09D167/06 

Предмет изобретения

Настоящее изобретение относится к новым композициям на основе эмульгированных смол типа полиуретанов или других подобных материалов, отверждаемых УФ-излучением, в которые при необходимости можно без труда ввести нужные добавки и которые довольно просты в эксплуатации.

Изобретение касается также применения этих композиций - как в чистом виде, так и, в более общем случае, в сочетании с добавками - в качестве лакового слоя с целью улучшения таких свойств, как износостойкость и незагрязняемость, а также для создания покрытий полов и стен с различной степенью глянца.

Предпосылки создания изобретения

Многие покрытия полов и стен выполняются в виде полотен или плиток, получаемых с использованием самых разнообразных технологий, в частности, путем нанесения на поверхность различных материалов, например ПВХ или полусинтетических смол типа линолеума. На эти изделия наносят обычно защитные слои, в частности лаковые, с целью улучшения их эксплуатационных свойств.

Такой лак должен быть прозрачным, с тем чтобы он не закрывал нижележащую декоративную отделку, достаточно устойчивым, чтобы не происходило изменений окраски со временем, а также обладать высокой износостойкостью и устойчивостью к загрязнениям.

При его нанесении получают обычно очень тонкую пленку, с тем чтобы обеспечить сохранение рельефного рисунка, который стремятся, как правило, выполнить на готовом изделии, в частности путем химического или механического зернения.

В лак обычно вводят добавки или наполнители, обеспечивающие улучшение внешнего вида или свойств изделия.

Поскольку подобные наполнители, например, окись алюминия, имеют, как правило, высокую плотность, довольно трудно получить и сохранить гомогенную дисперсию. Учитывая, что действие таких материалов проявляется, главным образом, на поверхности, становится очевидным, что осаждение наполнителей, даже в случае с тонким лаковым слоем, нежелательно.

Было установлено, что применение смол полиуретанового типа оказывается особо полезным благодаря присущим им свойствам, в частности, благодаря их легкому и быстрому отверждению УФ-излучением.

Отверждение УФ-излучением находит все большее применение в таких областях, как нанесение покрытий на пластики, дерево и слоистые материалы, бумагу, металлы, кожу, текстиль и пр.

Кроме того, его часто применяют по отношению к краскам и клеящим веществам.

По сравнению с другими методами отверждения, УФ-отверждение обладает целым рядом преимуществ, среди которых можно упомянуть более высокую производительность, объясняемую большей скоростью и меньшей энергией, компактность оборудования и более эффективную защиту окружающей среды благодаря полному отказу от использования растворителей или резкому сокращению их количеств, а также их меньшей токсичности.

Следует, однако, иметь в виду, что применение некоторых смол сопряжено с определенными трудностями, в частности в случае введения добавок с использованием минеральных и подобных наполнителей.

Получение равномерной и устойчивой дисперсии наполнителей предполагает, как правило, необходимость использования смол с высокой молекулярной массой, а следовательно, с большой вязкостью, что требует работы при высоких температурах с целью уменьшения этой вязкости.

В настоящее время типовой состав лака на основе смолы типа полиуретана, отверждаемого УФО-излучением, включает в себя:

- олигомерную основу, определяющую конечные свойства отвержденного лака;

- монофункциональные или полифункциональные мономеры, в качестве реакционноспособных разбавителей и отверждающих агентов;

- фотоинициаторы, служащие в качестве инициаторов отверждения;

- добавки для придания покрытию особых свойств.

В качестве олигомеров используют обычно полимеры с молекулярной массой от 400 до 7000.

Низкомолекулярные олигомеры представляют собой текучие жидкости.

С высокомолекулярными олигомерами трудно работать при комнатной температуре.

Вязкость олигомеров изменяется при комнатной температуре от 10000 до 100000 сПз.

Вследствие этого приходится, как правило, прибегать к использованию мономеров, чтобы уменьшить вязкость конечного состава.

Другой способ состоит в применении значительных объемов растворителей.

В этих случаях вязкость конечного состава будет составлять порядка нескольких сотен сПз.

Следует, однако, заметить, что в отличие от олигомеров, которые считаются нетоксичными, некоторые мономеры классифицируются и маркируются, в зависимости от действующих нормативных документов, как опасные продукты. По тем же соображениям следует избегать широкого применения растворителей. Кроме того, недостаток монофункциональных мономеров состоит в существенном снижении скоростей отверждения и ухудшении рабочих характеристик.

Поэтому было предложено использовать олигомеры, модифицированные с целью придания им гидрофильных свойств, которые способны совмещаться с водной средой.

Благодаря этому исключается присутствие мономеров в композиции и достигается вязкость порядка 100 Пз при содержании сухого вещества от 30 до 40%.

Основной недостаток указанных модифицированных олигомеров заключается в их дороговизне и ограниченных возможностях их выбора.

Что же касается немодифицированных олигомеров, то поставщики рекомендуют не пользоваться водой вообще или ограничить ее содержание несколькими процентами.

Цели изобретения

Целью изобретения является устранение недостатков технических решений, соответствующих известному уровню техники, в частности, получение композиций на основе эмульгированных в водной среде смол, например полиуретанового типа, отверждаемых ультрафиолетовым излучением, без необходимости использования растворителей или модифицированных олигомеров.

Отличительные признаки изобретения

Предметом изобретения является композиция на основе эмульгированных смол, отверждаемых ультрафиолетовым излучением, включающая в себя:

- немодифицированные олигомеры в качестве основы композиции, определяющей конечные свойства отвержденного продукта;

- отверждающие агенты, состоящие из полифункциональных мономеров;

- фотоинициаторы, инициирующие полимеризцию;

- добавки для придания продукту особых свойств, такие как поверхностно-активные вещества.

Эта композиция отличается тем, что является гомогенной устойчивой эмульсией, в которой весовое процентное содержание воды в смеси воды и смолы составляет от 5 до 35%, предпочтительно от 10 до 25%.

Термин “смола” включает в себя олигомеры и указанные выше отверждающие агенты.

Преимуществом такого технического решения является отсутствие необходимости в использовании чрезвычайно летучих растворителей и монофункциональных мономеров.

Благодаря надлежащему выбору смол с учетом возможного наличия добавок данная композиция позволяет подобрать нужную вязкость, применяя соответствующее весовое соотношение воды и смолы в указанных выше пределах.

При использовании заявленной композиции в качестве лака для покрытий полов и стен с применением традиционных технологий, хорошо известных специалистам-практикам, можно при необходимости подобрать конечную вязкость композиции в зависимости от потребностей конкретного оборудования с помощью небольших количеств подходящих растворителей.

Если при работе с композициями, состоящими на 100% из полиакриловых смол, приходится сталкиваться с трудностью получения матовых поверхностей, то предлагаемые композиции не имеют этого недостатка, так как в них можно легко ввести матирующие наполнители.

Как правило, в предлагаемые композиции можно легко ввести многочисленные наполнители самой разнообразной природы.

В частности, предусмотрено использование следующих матирующих агентов и агентов, придающих прочность:

1. Матирующие агенты:

- тонкоизмельченный кремнеземный порошок;

- тонкоизмельченный матирующий агент;

- полиолефиновый воск;

- полиамидный воск;

- воск ПТФЭ (политетрафторэтиленовый).

2. Агенты, придающие прочность:

- кварц;

- диоксид кремния;

- карбид кремния;

- Аl₂О₃ (корунд);

- стеклянная дробь;

- карбид вольфрама.

Сказанное применимо к матирующим агентам, содержание которых может колебаться в пределах от 0 до 10%, а также к наполнителям, придающим прочность, и наполнителям для повышения износостойкости, содержание которых может изменяться от 0 до 30%. Указанные проценты представляют собой весовое содержание, выраженное по отношению к смоле.

Благодаря хорошей диспергируемости наполнителей, обеспечиваемой с помощью предложенных композиций, можно оптимизировать содержание компонентов без необходимости использования их избытка для того, чтобы получить требуемое количество добавок на поверхности покрываемого изделия.

Даже материалы, имеющие высокую плотность (например, окись алюминия, плотность которого составляет порядка 4), лишь незначительно осаждаются в такой композиции, причем затем их легко вернуть в эмульгированное состояние.

В качестве не имеющих ограничительного характера примеров использования немодифицированных олигомеров согласно изобретению можно назвать:

- уретанакрилат;

- эпоксиакрилат;

- сложный полиэфиракрилат;

- простой полиэфиракрилат;

- силиконакрилат.

Величины вязкости находятся в пределах от 10000 до 100000 сПз. В качестве примеров полифункциональных мономеров в качестве отверждающих агентов, можно привести:

- ГПТА (глицерилпропоксилаттриакрилат);

- ГДДА (гександиолдиакрилат);

- ТПГДА (трипропиленгликольдиакрилат);

- ТМПТА (триметилолпропантриакрилат);

- ПЭТИА (пентаэритритил три- и тетраакрилат).

Процентное содержание мономера в смеси полифункционального мономера с немодифицированным олигомером составляет вплоть до 35%.

В качестве фотоинициаторов могут быть использованы:

- альфа-гидроксикетон;

- альфа-аминокетон;

- бензилдиметилкеталь;

- бензофенон.

Эти фотоинициаторы используются в обычных пропорциях, определяемых природой применяемых олигомеров и полифункциональных мономеров.

В качестве поверхностно-активных веществ в изобретении могут использоваться любые поверхностно-активные вещества, способные эмульгировать смолы в воде для получения устойчивых эмульсий. Специалисты в данной области легко могут подобрать подходящие ПАВ. В частности, в качестве ПАВ можно использовать FC430 компании 3М, который является фторированным продуктом, кроме того можно использовать продукты, аналогичные BYK307 компании BYK CHEMIE, который является продуктом на основе силикона.

Ниже следует более детальное описание изобретения применительно к предпочтительному способу осуществления, иллюстрируемому с помощью приведенных ниже примеров и технологической схемы получения покрытия пола (см. табл.1-3).

Примеры

Содержание ингредиентов в таблице 1 представляет собой процентное весовое содержание по отношению к смоле, т.е. в единицах концентрации "на 100 частей смолы".

Способ осуществления

1:

постепенно добавляют уретанакрилат CN 965, триметилол-пропантриакрилат SR 350, поверхностно-активное вещество FC 430 и фотоинициатор 1173 Darocure, после чего перемешивают с использованием аппарата DISPERMAT CV со скоростью вращения 1000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют воду при скорости вращения 4000 об/мин в течение 15 мин.

2:

постепенно добавляют эпоксиакрилат CN 104, триметилол-пропантриакрилат SR 350, поверхностно-активное вещество FC 430 и фотоинициатор 1173 Darocure, после чего перемешивают с использованием аппарата DISPERMAT CV со скоростью вращения 1000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют воду при скорости вращения 4000 об/мин в течение 15 мин.

3:

постепенно добавляют уретанакрилат CN 965, триметилол-пропантриакрилат SR 350, поверхностно-активное вещество FC 430 и фотоинициатор 1173 Darocure, после чего перемешивают с использованием аппарата DISPERMAT CV со скоростью вращения 1000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют матирующий агент ОК412 и Аl₂О₃ - агент, придающий прочность, затем гомогенизируют при скорости вращения 2000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют воду при скорости вращения 4000 об/мин в течение 15 мин.

4:

постепенно добавляют эпоксиакрилат CN 104, триметилол-пропантриакрилат SR 350, поверхностно-активное вещество FC 430 и фотоинициатор 1173 Darocure, после чего перемешивают с использованием аппарата DISPERMAT CV со скоростью вращения 1000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют матирующий агент ОК 412 и Аl₂О₃ - агент, придающий прочность, затем гомогенизируют при скорости вращения 2000 об/мин в течение 10 мин;

- постепенно добавляют воду при скорости вращения 4000 об/мин в течение 15 мин.

Композиции примеров 5-7 готовили так же, как композиции примеров 1-4, с тем отличием, что в качестве ингредиентов брали другие олигомеры и в примерах 6 и 7 - другое ПАВ.

В таблицу 3 сведены сравнительные свойства, с одной стороны, технических решений, соответствующих известному уровню техники, а конкретнее полиуретана со 100%-ным содержанием сухого вещества и водного полиуретана с 40%-ным содержанием сухого вещества, а с другой стороны - эмульгированного полиуретана согласно изобретению.

Изобретение относится к композиции на основе эмульгированных смол, отверждаемых ультрафиолетовым излучением, которая включает в себя: немодифицированные олигомеры в качестве основы композиции, определяющей конечные свойства отвержденного продукта; отверждающие агенты, состоящие из полифункциональных мономеров; фотоинициаторы, инициирующие полимеризацию; добавки для придания продукту особых свойств. Предлагаемая композиция отличается тем, что она представляет собой гомогенную устойчивую эмульсию, в которой весовое процентное содержание воды в смеси воды и смолы составляет от 5 до 35%. 8 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция на основе эмульгированных смол, отверждаемых ультрафиолетовым излучением, включающая в себя олигомеры в качестве основы композиции, определяющей конечные свойства отвержденного продукта; отверждающие агенты, состоящие из полифункциональных мономеров; фотоинициаторы, инициирующие полимеризацию; добавки для придания продукту особых свойств, такие как поверхностно-активные вещества, отличающаяся тем, что указанные олигомеры представляют собой немодифицированные олигомеры, выбранные из группы, состоящей из уретанакрилата, эпоксиакрилата, сложного полиэфиракрилата, простого полиэфиракрилата и силиконакрилата, несовместимые с водой, а композиция является гомогенной устойчивой эмульсией, в которой весовое процентное содержание воды в смеси воды и смолы составляет от 5 до 35%.2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что весовое процентное содержание воды в смеси воды и смолы составляет от 10 до 25%.3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит наполнители.4. Композиция по п.3, отличающаяся тем, что она содержит матирующие наполнители, весовое содержание которых по отношению к смоле составляет от 0 до 10%.5. Композиция по п.3 или 4, отличающаяся тем, что она содержит наполнители, придающие прочность, и наполнители для повышения износостойкости, весовое содержание которых по отношению к смоле составляет от 0 до 30%.6. Композиция по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что полифункциональный мономер, действующий в качестве отверждающего агента, выбран из группы, включающей одно или несколько следующих соединений: глицерилпропоксилаттриакрилат; гександиолдиакрилат; трипропиленгликольдиакрилат; триметилолпропантриакрилат; пентаэритритил три- и тетраакрилат.7. Композиция по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что весовое процентное содержание мономера в смеси полифункционального мономера и немодифицированного олигомера составляет вплоть до 35%.8. Композиция по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что фотоинициатор выбран из группы, включающей одно или несколько следующих соединений: альфа-гидроксикетон; альфа-аминокетон; бензилдиметилкеталь; бензофенон.9. Композиция по любому из пп.1-8 для создания лакового слоя для покрытий полов и стен.