СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2010 года по МПК C09D163/02 

Изобретение относится к составам для получения защитных покрытий на основе эпоксидных смол, предназначенных для защиты деталей и элементов конструкций из алюминиевых сплавов и сталей от абразивного износа при истирании во время эксплуатации изделий.

Одним из важнейших вопросов, стоящим перед современным материаловедением, является обеспечение надежной защиты конструкционных материалов: алюминиевых сплавов и сталей, а также полимерных конструкционных материалов, которые в процессе эксплуатации подвергаются внешним воздействиям, приводящим к изнашиванию поверхности материалов, активизации процессов старения и снижению конструкционной прочности.

Известно износостойкое покрытие для передних кромок профилей лопаток, которое включает: эпоксидный полимер, модифицированный силоксанами, аминный отвердитель Epicure 3164, твердые частицы (оксиды, бориды, нитриды металлов) (патент США №6706405).

Известное покрытие является недостаточно эластичным, имеет невысокую адгезию к анодированным алюминиевым сплавам.

Известно износостойкое защитное покрытие на основе эпоксидного олигомера, модифицированного полисилоксаном, содержащее в качестве наполнителя мелкодисперсный порошок алюминия и стали (патент США №5904959).

Однако это покрытие имеет недостаточно высокую эластичность и невысокую адгезию к полимерным композиционным материалам.

Известно абразивостойкое покрытие для защиты металлических поверхностей автотранспорта, которое содержит феноксисмолу, полимерный пластификатор, электропроводные карбиды металлов или боридные пигменты (патент Германии №10249332).

К недостаткам такого покрытия следует отнести низкую адгезию к анодированным алюминиевым сплавам и полимерным композиционным материалам, а также хрупкость покрытия.

Известна композиция для получения полимерного защитного барьерного износоустойчивого покрытия на различных поверхностях, включающая эпоксидную диановую смолу, дибутилфталат или алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1, отвердитель полиэтиленполиамин, а также пластинчатый наполнитель в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, а также при необходимости аэросил и органический растворитель (патент РФ №2306325).

Известное покрытие имеет значительную толщину, обладает невысокой адгезией к алюминиевым сплавам и недостаточно высокой эластичностью.

Известна композиция покрытия для защиты металлических поверхностей в условиях абразивного износа. Композиция содержит эпоксидную смолу, полиаминный отвердитель, пластификатор (триэтиленгликоль или дибутилфталат), фторполимер и наполнитель, который представляет собой смесь маршалита, или корунда, или шамотной глины и порошка графита (патент РФ №2239645).

Недостатками указанного покрытия являются невысокие физико-механические свойства, в связи с чем требуется применение внешнего армирующего слоя ленточного наполнителя, значительная толщина покрытия (2-5) мм, а также сложная и трудоемкая технология его нанесения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым за прототип, является состав для защитного покрытия, включающий, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола с молекулярной массой 1000-3500 100

Модификатор (низкомолекулярный эпоксиуретановый или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук) 3,0-50,0 Отвердитель аминного типа - полиамидная смола или кремнийорганический амин 15,0-50,0 Нитевидные кристаллы оксида цинка или нитрида бора 7,0-50,0 Органический растворитель - смесь ксилола, ацетона и бутилацетата или смесь ацетона, ксилола и этилцеллозольва 140,0-400,0

Состав дополнительно может содержать пигменты в количестве 10-30 мас.ч. и ингибиторы коррозии в количестве 10-40 мас.ч. (патент РФ №2290421).

Указанный состав для покрытия предназначен для защиты конструкций из алюминиевых сплавов и различных сталей, а также полимерных композиционных материалов от воздействия факторов внешней среды при эрозионном воздействии. Покрытие обладает высокой адгезией к металлам и полимерным композиционным материалам, высокими физико-механическими свойствами, устойчивостью к газоабразивной и газокапельной эрозии в условиях воздействия динамических нагрузок, высокой водостойкостью и защитными свойствами. Обладая высокой стойкостью к газоабразивной и газокапельной эрозии в условиях воздействия динамических нагрузок, обусловленной эффектом армирования эпоксикаучуковой полимерной системы нитевидными кристаллами оксида цинка или нитрида бора, указанное покрытие недостаточно устойчиво к истиранию. Используемые в покрытии высокомодульные наполнители обеспечивают эффект армирования полимерной матрицы, однако их пространственная структура и физико-механические характеристики способствуют повышению коэффициента трения поверхности покрытия, что приводит к повышению его износа при истирании.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание состава для защитного покрытия, износостойкого при истирании, обладающего высокой твердостью, эластичностью, влагостойкостью, устойчивостью к перепадам температур до 150°С при сохранении адгезии к алюминиевым сплавам, различным сталям, полимерным композиционным материалам и прочности при ударе на уровне прототипа.

Для решения поставленной технической задачи предложен состав защитного покрытия, включающий эпоксидную диановую смолу, отвердитель аминного типа, модификатор, наполнитель и органический растворитель, который в качестве модификатора содержит низкомолекулярный эпоксиуретановый, полисульфидный или бутадиенакрилонитрильный каучук, в качестве наполнителя - мелкодисперсный квазикристаллический металлический наполнитель системы Al-Cu-Fe и микроармирующий наполнитель волокнистой или пластинчатой формы, выбранный из группы, включающей природные или искусственные силикаты магния, алюминия или кальция, пылевидный кварц или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола 100,0 Отвердитель аминного типа 10,0-50,0 Модификатор 5,0-40,0 Указанный квазикристаллический налолнитель 50,0-150,0 Указанный микроармирующий наполнитель 20,0-100,0 Органический растворитель 200,0-420,0

В качестве отвердителя аминного типа состав содержит полиамидную смолу или кремнийорганический амин или их смесь.

Для обеспечения требуемых декоративных и оптических характеристик состав дополнительно содержит матирующие добавки в количестве 15,0-35,0 мас.ч.

Для придания покрытию цвета состав дополнительно содержит пигменты в количестве 5,0-40,0 мас.ч.

Наилучший технический результат заявляемого изобретения достигается при использовании в предлагаемом составе эпоксидных смол с молекулярной массой 800-1600 и массовой долей эпоксидных групп от 6,5% до 12,0%, например, марок Э-41, Э-44, Э-49 (ТУ 6-09-3513-86, ТУ 6-10-607-78, ГОСТ 20824-81, ГОСТ 10587-84, ТУ 6-10-1347-75).

В качестве отвердителя в составе используется продукт конденсации димеризованных жирных кислот растительных (льняное, соевое) масел с полиэтиленполиамином, например, полиамидная смола ПО-200 (ТУ 2224-092-05034239-96, ТУ 6-10-1279-77) или аминосодержащее этоксипроизводное соединение кремния (кремнийорганический амин) - γ-аминопропилтриэтоксисилан АГМ-9 (ТУ 6-02-724-77) или продукт конденсации γ-аминопропилтриэтоксисилана - АСОТ-2 (ТУ 6-02-1250-83), а также их смесь.

Используемый в составе для защитного износостойкого покрытия квазикристаллический наполнитель системы Al-Cu-Fe дисперсностью от 10 до 40 микрон получают путем обработки смеси порошков алюминия, меди и железа в шаровой мельнице, нагрева смеси до 800°С в атмосфере аргона и выдержки в течение 10-20 мин с последующим измельчением. Указанный квазикристаллический наполнитель в силу своих структурных и механических особенностей (высокая твердость при низкой абразивной способности) существенно повышает износостойкость покрытий при истирании за счет уменьшения коэффициента трения окрашенной поверхности.

В качестве органического растворителя состав содержит смесь ксилола, ацетона или бутилацетата или смесь ацетона, ксилола и этилцеллозольва.

Для повышения устойчивости к перепаду температур предлагаемый состав содержит микроармирующие наполнители волокнистой (игольчатой) или пластинчатой формы: природные или искусственные силикаты магния, алюминия или кальция, например тальк, микробарит, волластонит, слюда молотая и др. (ГОСТ 21235-78, ГОСТ 879-79, ГОСТ 19284-79,ГОСТ 855-74), а также пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82), например марок КП-1 или КП-2, а также их смесь.

Для обеспечения требуемых декоративных и оптических характеристик предлагаемый состав может содержать матирующие добавки, в частности на основе мелкодисперсного диоксида кремния, например аэросил (ГОСТ 14922-77).

Для придания покрытию цвета состав дополнительно содержит различные пигменты, например диоксид титана, углерод технический, голубой фталоцианиновый, пигмент желтый светопрочный и др. (ГОСТ 9808-84, ГОСТ 22699-77, ТУ 6-14-195-77, ТУ 6-14-408-76).

Заявляемый состав для покрытия, предназначенного для защиты алюминиевых сплавов и сталей, может применяться в системе с различными грунтовочными покрытиями, содержащими ингибиторы коррозии.

Примеры осуществления

Пример 1

Состав для получения износостойкого покрытия готовили следующим образом: к 100 мас.ч. эпоксидной смолы Э-41 добавляли органические растворители - 60 мас.ч. ацетона, 60 мас.ч. бутилацетата и 80 мас.ч. ксилола и растворяли при перемешивании при комнатной температуре до полного растворения смолы. После этого в полученный раствор вводили 50 мас.ч. квазикристаллического наполнителя и диспергировали до получения необходимой степени дисперсности. Перед применением состава в полученный полуфабрикат вводили 45 мас.ч. отвердителя ПО-200, перемешивали и наносили на защищаемую поверхность.

Технология получения составов по примерам 2-5 аналогична примеру 1. Пигменты вводили одновременно с микроармирующими наполнителями, диспергировали до получения необходимой степени дисперсности, затем вводили квазикристаллический наполнитель и диспергировали. Составы по примерам 1-5 приведены в таблице 1.

Из составов, приведенных в примерах 1-5, были получены покрытия толщиной 70-100 мкм на образцах алюминиевого сплава Д16АТ АнОксхр, стали и стеклопластика. Определены время высыхания покрытия, адгезионная прочность при отрыве, твердость покрытия, прочность при растяжении (эластичность) и прочность при ударе в исходном состоянии и после воздействия влажности и температуры 150°С, износостойкость при истирании, оптические характеристики. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Как видно из данных, приведенных в таблице 2, применение состава по изобретению позволяет получить износостойкое покрытие с высокими адгезионными, физико-механическими и декоративными свойствами для окраски изделий из алюминиевых сплавов, стали, а также полимерных композиционных материалов, которые могут эксплуатироваться при перепаде температур от -60°С до +150°С и могут быть использованы для защиты деталей и элементов конструкций из алюминиевых сплавов и сталей от абразивного износа при истирании при эксплуатации изделий, в том числе в качестве декоративных покрытий для окраски внутренних поверхностей кабины, панелей приборов и других деталей. По сравнению с прототипом износостойкость заявляемого покрытия выше в 1,4-1,8 раз, твердость - в 1,5-2 раза, блеск - в 4-9 раз. Применение предлагаемого состава защитного износостойкого покрытия повышает эксплуатационную стойкость элементов конструкций и ресурс эксплуатации деталей.

Таблица 1 Наименование компонентов Составы по примерам, мас.ч. Прототип 1 2 3 4 5   Смола эпоксидная Э-41 100,0 100,0 - - 100,0 100,0 Смола эпоксидная Э-44 - - 100,0 100,0 - - Квазикристаллический наполнитель системы Al-Cu-Fe 50,0 100,0 60,0 150,0 70,0   Нитевидные кристаллы оксида цинка - - - - - 50,0 Пылевидный кварц КП-1 или КП-2 - 30,0 - - - - Тальк - - 30,0 - - - Микробарит - - - - 100,0 - Слюда молотая - - - 20,0 - - Волластонит - - 30,0 - - - Аэросил А-175 - 20,0 15,0 35,0 -   Пигменты:   Диоксид титана (рутил) - 40,0 - - 15,0 15,0 Углерод технический - - 15,0 - 2,0 2,0 Пигмент голубой фталоцианиновый - - - 5,0 - - Отвердитель:             Низкомолекулярный полиамид ПО-200 45,0 36,0 - - 40,0 50,0 γ-аминопропилтриэтоксисилан АГМ-9 - 15,0 10,0 - - - АСОТ-2 - - - 50,0 - - Модификатор:   Эпоксиуретановый каучук ПЭФ-3А - 40,0 - - - - Бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук СКН-26-1,25 - - 5,0 - - 20,0 Полисульфидный каучук тиокол марки 1 - - - 35,0 - - Органический растворитель:   Ацетон 60,0 90,0 80,0 120,0 90,0 50,0 Ксилол 80,0 120,0 100,0 180,0 110,0 100,0 Бутилацетат 60,0 - - - 90,0 100,0 Этилцеллозольв - 90,0 80,0 120,0 - -

Таблица 2 Показатели свойств Примеры по изобретению Прототип 1 2 3 4 5   Износостойкость по ISO 7784-2 (индекс Табера) 35 28 34 32 36 50 Адгезионная прочность (σ_адг) при отрыве, кг/см² (ISO 4624)   а) к алюминиевому сплаву 68,6 69,8 62,4 65,9 67,4 64,2 в) к стеклопластику 69,7 69,3 68,5 65,4 61,7 62,2 Твердость покрытия, мм (ISO 6441) 0,06 0,07 0,08 0,05 0,06 0,12 Прочность пленки при ударе в исходном состоянии, см (ГОСТ 4765-73) 50 50 50 50 50 50 Прочность пленки при растяжении (эластичность) в исходном состоянии, мм (ОСТ 6-10-411-77) 5,9 5,5 6,3 5,5 6,1 5,5 Прочность пленки при ударе после искусственного старения при температурах (-60…+100)°С с увлажнением в течение 10 циклов 50 50 50 50 50 50 Прочность пленки при растяжении после искусственного старения при температурах (-60…+150)°С с увлажнением в течение 10 циклов, мм (ОСТ 6-10-411-77) 5,8 5,5 6,0 5,5 6,2 4,4 Блеск покрытия в исходном состоянии, усл.ед. (ISO 2813) 24,0 15,1 12,0 6,6 10,5 65,9 Блеск покрытия после искусственного старения при температурах (-60…+100)°С, усл.ед. (ISO 2813) 22,9 14,0 11,4 6,3 10,2 64,5

Изобретение относится к составам для получения защитных полимерных покрытий на основе эпоксидных смол, предназначенных для защиты деталей и элементов конструкций из алюминиевых сплавов и сталей от абразивного износа при истирании во время эксплуатации изделий. Состав защитного покрытия включает (мас.ч.): эпоксидную диановую смолу - 100,0, отвердитель аминного типа 10,0-50,0, модификатор-низкомолекулярный эпоксиуретановый, полисульфидный или бутадиенакрилонитрильный каучук в количестве 5,0-40,0 мас.ч., наполнитель - мелкодисперсный квазикристаллический металлический наполнитель системы Al-Cu-Fe, микроармирующий наполнитель волокнистой или пластинчатой формы, выбранный из группы, включающей природные или искусственные силикаты магния, алюминия или кальция, пылевидный кварц или их смесь в количестве 20,0-100,0 мас.ч. и органический растворитель 200,0-420,0. В качестве отвердителя аминного типа состав содержит полиамидную смолу или кремнийорганический амин или их смесь. Состав может дополнительно содержать матирующие добавки в количестве 15,0-35,0 мас.ч. и пигменты в количестве 5,0-40,0 мас.ч. Технический результат - повышение твердости, эластичности, влагостойкости, устойчивости покрытия к перепадам температур до 150°С при сохранении высокого уровня адгезии к алюминиевым сплавам, различным сталям, полимерным композиционным материалам и прочности при ударе. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для защитного покрытия, включающий эпоксидную диановую смолу, отвердитель аминного типа, модификатор, наполнитель и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве модификатора он содержит низкомолекулярный эпоксиуретановый, полисульфидный или бутадиенакрилонитрильный каучук, в качестве наполнителя - мелкодисперсный квазикристаллический металлический наполнитель системы Al-Cu-Fe и микроармирующий наполнитель волокнистой или пластинчатой формы, выбранный из группы, включающей природные или искусственные силикаты магния, алюминия или кальция, пылевидный кварц или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола 100,0 Отвердитель аминного типа 10,0-50,0 Модификатор 5,0-40,0 Указанный квазикристаллический наполнитель 50,0-150,0 Указанный микроармирующий наполнитель 20,0-100,0 Органический растворитель 200,0-420,0

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве отвердителя аминного типа он содержит полиамидную смолу, или кремнийорганический амин, или их смесь.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит матирующие добавки в количестве 15,0-35,0 мас.ч.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пигменты в количестве 5,0-40,0 мас.ч.