КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2010 года по МПК C09D127/16 C09D127/18 C08L27/16 C08L27/18 

Описание патента на изобретение RU2405799C2

Область использования

Группа изобретений относится к коррозионностойкой и электропроводящей композициии для нанесения покрытия и способу нанесения покрытия, которые могут найти применение в производстве конструкционных коррозионностойких и электропроводящих углерод-полимерных нанокомпозитных материалов. Возможно использование композиции в топливных элементах с протонпроводящей мембраной, электрохимических устройствах для получения различных газов, прежде всего водорода, который обладает повышенной коррозионной активностью по отношению ко многим металлам. Также данные композиции возможно использовать для снятия электростатического заряда с металлических изделий.

Предшествующий уровень техники.

В патенте RU 2318851 раскрывается лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлических конструкций с большим сроком эксплуатации, содержащий электропроводное пленкообразующее (электропроводный полиэтилен) и углеродные нанотрубки от 10 до 80% объема лакокрасочного материала, увеличивающие электропроводность и стойкость к агрессивной среде, и механическую прочность конструкции.

Данный материал получают путем нагрева электропроводящих пленкообразующих веществ до температуры плавления, последующего добавления в них углеродных нанотрубок и тщательного перемешивания полученной смеси. Затем полученный материал наносят на зачищенную и обезжиренную поверхность защищаемого объекта.

К недостаткам данного известного изобретения можно отнести существенную дороговизну нанотрубок.

Наиболее близкая электропроводящая композиция для нанесения покрытия и способ нанесения покрытия раскрываются в патенте на изобретение US 4547311.

В соответствии с данным патентом композиция содержит: (а) дисперсию сажи или смеси сажи и графита в органическом растворителе, выбранном из группы, состоящей из низших спиртов и низших кетонов и (б) раствор полимера, выбранного из группы, состоящей из фторэластомеров, уретановых эластомеров и сополимеров тетрафторэтилена сажи или смеси сажи с графитом к полимеру составляет от 0.1:1 до 1,5:1, вязкость состава выше чем вязкость дисперсии (а) и раствора (В), где вязкость дисперсии (а) составляет от 100 до 5000 СР и вязкость раствора (б) - от 1000 до 5000 ф.

Способ получения покрытия с использованием данной композиции включает ее получение путем формирования смеси сажи или смеси сажи и графита в органическом растворителе, выбранном из группы, состоящей из низших спиртов и низших кетонов в концентрации от 5 до 15% по весу с получением дисперсии, вязкость которой составляет примерно от 100 до 5000 СП, растворение полимера, выбранного из группы, состоящей из фторэластомеров, уретановых эластомеров и сополимеров тетрафторэтилена и винилиденфторида в органическом растворителе для формирования полимерного раствора, вязкость которого примерно 1000 до 5000 СП, смешивание с дисперсией раствора полимера для получения однородной смеси из электропроводных материалов в полимерном растворе, нанесение композиции при помощи лопатки на защищаемую поверхность и сушку покрытия. Электропроводность покрытия составляет от 14 до 50 См/см.

К недостаткам данного технического решения можно отнести то, что получаемое покрытие не обладает достаточной коррозионной стойкостью, прочностью и газопроницаемостью.

Раскрытие изобретение.

Задачей изобретения является устранение всех присущих известным техническим решениям недостатков.

Поставленная задача решается коррозионностойкой и электропроводящей композицией для нанесения покрытий, содержащей графит и фторполимер, и дополнительно содержащей ацетон, в качестве графита содержащей пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве фторполимера - фторполимер марки Ф42 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироуплотненный терморасширенный графит 10-55 Фторполимер Ф42 70-25 Ацетон Остальное

В частных воплощениях данного изобретения поставленная задача также решается тем, что пироуплотненный терморасширенный графит содержит 4-5% пироуглерода от массы терморасширенного графита.

Поставленная задача также решается способом нанесения покрытия, включающим приготовление коррозионностойкой и электропроводящей композиции, ее нанесение на основу и сушку, в соответствии с которым приготавливают раскрытую выше коррозионностойкую и электропроводящую композицию путем смешивания размолотого пироуплотненного терморасширенного графита с фторполимером Ф42 и ацетоном, а после сушки проводят горячее прессование при температуре, равной или превышающей температуру плавления упомянутого фторполимера.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В процессе термобарической обработки пресс-порошка, состоящего из смеси углеродного наполнителя - терморасширенного графита (ТРГ) и полимерного связующего - фторполимера марки Ф42, проводимой при температурах, равной или превышающей температуру плавления данного сополимера, при повышенном давлении происходит взаимодействие активных атомов углерода, находящихся на боковых границах пачек графеновых слоев, формирующих структуру ТРГ с атомами фтора С - F связей сополимера. В результате такой обработки достигается наиболее равномерное распределение полимерного связующего в углеродной матрице, а также их взаимодействие с образованием углерод-полимерного композита, что и обуславливает физико-химические свойства получаемого покрытия.

Для приготовления композиции для покрытия в качестве углеродного наполнителя используется ТРГ, полученный путем термической деструкции гидролизованных соединений внедрения в графит с азотной кислотой. Пиролитическое уплотнение ТРГ проводят для уменьшения микропористости углеродного наполнителя с целью обеспечения лучших показателей электропроводности, прочности и газопроницаемости. Оптимальным является содержание пиролитического графита в пределах 4-5 мас.% от массы ТРГ. Пределы содержания пироуплотненного ТРГ в интервале 10-70 мас.% в материале позволяют достичь увеличения комплекса характеристик: электропроводности, коррозионной стойкости, газопроницаемости и механической прочности.

Низкая насыпная плотность непиролизованного ТРГ (до 0,1 г/литр) вызывает ряд затруднений при работе с ним, поэтому для осуществления изобретения ТРГ используют в виде дробленой графитовой фольги (ДГФ), полученной прессованием ТРГ без использования какого-либо связующего и последующим дроблением. ДГФ обладает всеми характеристиками исходного терморасширенного графита.

Использование фторполимера марки Ф42 объясняется, в числе прочего, следующими его преимуществами перед другими полимерами: достаточно высокая температура плавления, термостойкость в широком интервале температур, химическая инертность, низкая газопроницаемость (особенно по водороду), термопластичность и гидрофобность, а также способность растворяться в целом раде доступных растворителей, что позволяет получать материал, используя растворы полимера.

Примеры конкретного выполнения.

Пример

В качестве компонентов коррозионностойкой и электропроводящей композиции использовали отходы производства графитовой фольги (обрезь) в соответствии с ТУ 5728-001-17172478-97, сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида марки Ф42 по ГОСТ 25428-82, ацетон по ГОСТ 2603-79.

Кусочки фольги из терморасширенного графита подвергали пиролитическому насыщению углеродом до его содержания от 4 до 5 мас.% от массы графита в установке импульсного типа (метан, давление 6 кПа, Т=1060°С).

Затем полученную фольгу измельчали до фракции 60-100 мкм и проводили ее смешивание с сополимером тетрафторэтилена и винилиденфторида марки Ф42 и ацетоном.

Полученную композицию кистью наносили на предварительно подготовленную стальную основу. Получали покрытие толщиной 0,1 -0,4 мм. Покрытие высушивали для удаления ацетона, а затем образцы с нанесенной композицией подвергали прессованию при 250°С и давлении 100 атм.

В таблице 1 приведены состав композиции и свойства покрытия на ее основе. Как следует из приведенных в таблице данных, покрытие обладает хорошей электропроводностью, сопоставимой с электропроводностью покрытия в соответствии с патентом US 4547311, улучшенной коррозионной стойкостью, прочностью на изгиб и газопроницаемостью.

Похожие патенты RU2405799C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕРОДНЫЕ ВОЛОКНА И ТКАНИ 2013
  • Панков Владимир Петрович
  • Жидков Владимир Евдокимович
  • Ковалев Вячеслав Данилович
  • Коломыцев Петр Тимофеевич
  • Панков Денис Владимирович
  • Баженов Анатолий Вячеславович
  • Соловьев Вячеслав Александрович
  • Скребцова Юлия Викторовна
  • Руднев Олег Леонидович
  • Шаталов Анатолий Иванович
RU2511146C1
Способ модификации поверхностного слоя гибких графитовых листов, используемых в качестве токосъемных пластин проточных редокс-батарей 2019
  • Конев Дмитрий Владимирович
  • Воротынцев Михаил Алексеевич
  • Локтионов Павел Андреевич
  • Гончарова Ольга Андреевна
  • Антипов Анатолий Евгеньевич
  • Пичугов Роман Дмитриевич
  • Петров Михаил Михайлович
RU2726083C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕРОДНЫЕ ВОЛОКНА И ТКАНИ 2020
  • Панков Владимир Петрович
  • Ковалев Вячеслав Данилович
  • Панков Денис Владимирович
  • Румянцев Сергей Васильевич
  • Медведев Валерий Иванович
  • Баженов Анатолий Вячеславович
  • Табырца Владимир Иванович
RU2757827C1
КОМПОЗИЦИЯ И МНОГОСЛОЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ 2019
  • Судзуки, Юуки
  • Симоока, Тосихару
  • Кувадзима, Йосико
  • Хидака, Томоя
  • Ямадзаки, Сигеаки
RU2768740C1
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ 1993
  • Володин Владимир Павлович
  • Лайус Людвиг Августович
  • Фишман Леонид Евгеньевич
RU2061713C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛЕ 2006
RU2331660C2
АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2006
RU2323240C2
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2015
  • Ханов Алмаз Муллаянович
  • Нестеров Александр Александрович
  • Макарова Луиза Евгеньевна
  • Матыгуллина Елена Вячеславовна
  • Москалев Владимир Алексеевич
  • Вахрушева Юлия Николаевна
  • Ведерникова Кристина Алексеевна
RU2579115C1
КОМПЛЕКСНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ НИТЬ 1999
  • Офицерьян Р.В.
  • Барынин В.А.
  • Скиба А.О.
  • Бескин Б.Л.
RU2161664C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФЕНОВЫХ СТРУКТУР 2013
  • Гусейнов Ширин Латиф Оглы
  • Федоров Станислав Георгиевич
  • Тузов Александр Юрьевич
  • Стороженко Павел Аркадьевич
  • Драчев Александр Иванович
  • Кисин Александр Вадимович
RU2530084C2

Реферат патента 2010 года КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

Группа изобретений относится к области конструкционных коррозионностойких и электропроводящих материалов для применения в производстве изделий, обладающих как коррозионной стойкостью, так и высокой электропроводностью, в том числе и в качестве покрытий изделий. Композиция содержит компоненты, мас.%: пироуплотненный терморасширенный графит 10-55 (содержание пироуглерода от массы графита 4-5%), фторполимер Ф42, ацетон - остальное. Раскрывается способ нанесения покрытия. Композиция обеспечивает улучшение электропроводящих свойств, коррозионной стойкости и прочности получаемых с использованием композиции изделий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 405 799 C2

1. Коррозионно-стойкая и электропроводящая композиция для нанесения покрытий, содержащая графит и фторполимер, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ацетон, в качестве графита содержит пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве фторполимера - фторполимер марки Ф42 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пироуплотненный терморасширенный графит 10-55 Фторполимер Ф42 70-25 Ацетон Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что пироуплотненный терморасширенный графит содержит 4-5% пироуглерода от массы терморасширенного графита.

3. Способ нанесения покрытия, включающий приготовление коррозионно-стойкой и электропроводящей композиции, ее нанесение на основу и сушку, отличающийся тем, что приготавливают коррозионно-стойкую и электропроводящую композицию в соответствии с любым из п.1 или 2 путем смешивания размолотого пироуплотненного терморасширенного графита с фторполимером Ф42 и ацетоном, а после сушки проводят горячее прессование при температуре, равной или превышающей температуру плавления упомянутого фторполимера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2405799C2

RU 2006107494 А, 20.09.2007
US 4547311 A, 15.10.1985
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОРАСЩЕПЛЕННОГО ГРАФИТА 1997
  • Исаев Олег Юрьевич
  • Смирнов Дмитрий Вениаминович
  • Лепихин Валерий Петрович
  • Захаров Игорь Витальевич
RU2118942C1
Способ получения некоррозионно-активного термически расширенного графита 1991
  • Пустовалов Юрий Пантелеевич
  • Маслов Владимир Александрович
SU1813711A1
ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ ЛАКОКРАСОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ 2006
  • Меркулов Сергей Семенович
  • Новиков Александр Борисович
  • Ройтман Борис Игоревич
RU2318851C2
SU 1066208 A1, 23.01.1993
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ 1993
  • Володин Владимир Павлович
  • Лайус Людвиг Августович
  • Фишман Леонид Евгеньевич
RU2061713C1
ФТОРОПЛАСТОВЫЙ ЛАК ДЛЯ ПОКРЫТИЙ 2005
  • Лукьянов Владимир Васильевич
  • Ашихмин Сергей Николаевич
  • Бушков Дмитрий Юрьевич
  • Михеев Сергей Георгиевич
  • Ашихмина Светлана Ивановна
RU2287000C1
US 3249559 A, 03.05.1966.

RU 2 405 799 C2

Авторы

Архангельский Игорь Валентинович

Поликарпова Ксения Игоревна

Тарасов Андрей Валерьевич

Авдеев Виктор Васильевич

Сорокина Наталья Евгеньевна

Шорникова Ольга Николаевна

Даты

2010-12-10Публикация

2008-08-13Подача