СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2014 года по МПК C09D175/04 C09D175/08 

Заявляемая композиция относится к строительным материалам и может применяться для огне- и антикоррозионной защиты бетонных, металлических и деревянных поверхностей, используемых в химически агрессивных средах, а также для улучшения физико-механических и эксплуатационных показателей обрабатываемой поверхности.

Наиболее распространенными композициями для получения самозатухающих и огнестойких покрытий являются композиции на основе кремнийорганических смол, а также композиции, содержащие галогенпроизводные. Благодаря содержанию большого процента кремния, а также специфического строения макромолекулы кремнийорганических полимеров, покрытия на их основе способны выдерживать воздействие открытого пламени. Галогенпроизводные под воздействием пламени стремятся к быстрому самозатуханию.

В патенте RU 2460756 описана трудногорючая полимерная композиция для производства изделий методом экструзии, литья под давлением, прессованием. Композиция состоит из полимерной основы - полиэтилена высокого давления, декабромдифенилоксида, малеинового ангидрида, трехокиси сурьмы, гидроксида магния, модифицированного органосиланами и модификатора пластмасс Пента-1006. Эффект самозатухания изделий из такого компаунда достигается за счет использования антипирена декабромдифенилоксида совместно с трехокисью сурьмы, а добавление гидроксида магния, модифицированного органосиланами повышает термостойкость композиции до 200°С.

Декабромдифенилоксид - галогенпроизводное - известный антипирен. Другой предполагаемый антипирен в рассматриваемой композиции - гидроксиды металлов. Так как композицию предполагается перерабатывать методом экструзии/литья под давлением/прессованием, в данном случае использование гидроксидов металлов нежелательно вследствие резкого увеличения вязкости расплава и возникновения возможных проблем с переработкой.

Применение гидроксида магния, модифицированного органосиланами, направлено на повышение термостойкости расплава при переработке.

Недостатками данной композиции является использование декабромдифенилоксида с трехокисью сурьмы. Данные компоненты дорогостоящие. Использование сурьмы в больших количествах неблагоприятно для здоровья человека. Декабромдифенилоксид возможно заменить другими антипиренами, например, гидроксидами металлов, входящих в гальваношлам.

В патенте RU 2095386 описывается рецептура для получения огнезащитного покрытия на основе полимерного связующего (например, кремнийорганического), окисленного графита, высокодисперсного гидрофобного порошка, адгезионной добавки, кремнийорганической жидкости, разбавителя. Композиция предназначена для защиты любых типов поверхностей от коррозии и температурно-теплового воздействия. Горение материала, покрытого данным составом, в пламени газовой горелки отсутствует.

Основным недостатком данного покрытия является сложность получения покрытия с заданными свойствами: основной защитный слой наносится поверх предварительно нанесенного и отвержденного первого слоя. Для придания гидрофобности используется предварительно гидрофобизированный парами кремнийорганического соединения или парафина природный минерал в виде порошка с частицами мелких фракций. Другим недостатком данной композиции для покрытий является возможное резкое понижение адгезии покрытия к подложке (в результатах испытаний не оговорено) вследствие использования большого количества кремнийсодержащих веществ и парафина.

В патенте RU 2137793 описан состав композиции на основе полифенилсилоксановой смолы с добавлением акрилатного сополимера, алюминиевой пудры, реологической добавки - бетонита и органического растворителя. Данная композиция предназначена для получения термостойкого покрытия для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах и в условиях агрессивной коррозионной среды. Покрытие обладает хорошей термостойкостью (до 8 ч при 400°С), высокой ударной прочностью.

Одним из главных недостатков описанной композиции является ее дороговизна, а также использование большого количества добавок, нарушающих целостность и монолитность покрытия и, как следствие, уменьшающих устойчивость покрытия не только к действию агрессивных сред, но и, в том числе, ветряной эрозии. Другой недостаток рассматриваемой композиции - низкая твердость. При воздействии абразивных нагрузок покрытие будет быстро истираться и изнашиваться. Кроме того, покрытия с содержанием большого количества кремнийорганических смол требуют специальных условий отверждения, например, отверждение при высоких температурах. Данные условия затрудняют широкое применение рассматриваемой композиции. Несмотря на хорошую термостойкость данное покрытие полностью сгорает при воздействии на него пламени и не является самозатухающимся.

В патенте RU 2215013 (прототип) описывается состав для получения покрытий на основе полиуретана: смесь олигооксиалкиленполиолов, изоцианата (4,4'-дифенилметандиизоцианата или полиизоцианата), монофункционального спирта и катализатора. Известно, что полиуретановые покрытия на основе полиизоцианатов и 4,4'-дифенилметандиизоцианата обладают высокими рабочими физико-механическими характеристиками, хорошей адгезией к различным типам поверхностей. Недостатком состава является хорошая горючесть; высокая влагопронициаемость.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, является сокращение времени трения за счет самозатухания полимерной композиции без ухудшения эксплуатационных свойств твердости, адгезии, уменьшение влагопроницаемости пленки. В данном предлагаемом изобретении предлагается решение другой технической задачи - безопасная утилизация гальваношлама.

Поставленная задача решается за счет композиции, состоящей из полиуретанового предполимера. полиметилфенпленсилоксана, гальваношлама и пигмента в следующих соотношениях, масс.ч.: полиуретановый предполимер 100, полиметелифенилсилоксан 10-60, гальваношлам 20-50, пигмент 0,01-5.

Для получения покрытия используется полиуретановый предполимер (IIУ) с содержанием NCO - групп 19-20%. Предполимер может быть получен на основе полиизоцианата, гексаметилендиизоцианата, 4,4'-дифепилметандиизоцианата и всех их изомеров, а также на основе простых полиэфиров - смеси Лапрола с молекулярной массой 1500-0000 и Лапрола 402.

Использование тонкоизмельченного гальваношлама как антипирена предполагает удешевление композиции с сохранением эффекта самозатухания отвержденного продукта. Используется гальваношлам машиностроительного предприятия, образующийся при реагентной очистке сточных вод гальванического цеха. В состав гальваношлама входят гидроксиды металлов: Zn(OH)₂, Ni(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃, Ca(OH)₂, оксиды металлов CaO, SiO_2. Гальваношлам перед использованием просушивается при Т=130⁰С и подвергается тонкому помолу на шаровой мельнице. Полученный наполнитель имеет степень перетира не более 40 мкм (по ГОСТ 6589-74).

В качестве пигмента используется любой минеральный пигмент, например двуокись титана марки Р-02 (ГОСТ 9808-84).

Доставление полиметилфенилсилоксана позволяет получить более гомогенизированную композицию с равномерным распределением гальваношлама по толщине покрытия. Предполагается, что полиметлфениленлоксан повысит термостойкость oтвержденного покрытия, уменьшит влагопроницаемость пленки покрытия, увеличит термостойкость покрытия.

При содержании полиметилфенилсилоксана менее 10 масс.ч. покрытие имеет высокую влагопроницаемость: 0,09 г/ч*мм*м². При проникновении влаги внутрь покрытия происходит изменение структуры и типов химических связей, способствующих получению покрытия с хорошими эксплуатационными свойствами. При содержании полиметилфенилсилоксана более чем 60 масс.ч. не наблюдается никаких изменений физико-механических и теплофизических свойств покрытия. Соответственно, для достижения большего экономического эффекта добавлять большее чем 60 масс.ч. компонента не целесообразно.

При содержании гальваношлама в композиции более 50 масс.ч. наблюдается ухудшение гидроизоляционных свойств покрытия, уменьшение адгезии покрытия к подложке и резкое увеличение вязкости композиции. При введении менее 20 масс.ч. также снижается адгезия к подложке, увеличивается возможность возникновения технологического брака, утилизируется меньшее количество шлама.

Введение в композицию более 5 масс.ч. минерального пигмента не приводит к получению насыщенной окраски покрытия, при этом возможны нежелательные химические реакции. Однако, количество вводимого пигмента является частным случаем, так как зависит только от желания потребителя.

Оценки и доказательства преимуществ заявляемого изобретения основаны на измерении эксплуатационных и технологических показателей составов с одинаковым содержанием полиуретанового предполимера как матрицы и разным содержанием полиметилфенилсилоксана и гальваношлама (на 100 масс.ч. полиуретанового предполимера использовалось от 10 до 60 масс.ч. полиметилфенилсилоксана и от 20 до 50 масс.ч. гальваношлама).

Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом: в полиуретановый предполимер добавляют полиметилфенилсилоксан, тщательно перемешивают. В зависимости от области применения, заданного декоративного эффекта и интенсивности окраски поверхности в композицию добавляют пигмент. Затем постепенно добавляют гальваношлам при постоянном перемешивании состава. Время гелеобразования состава 1 час.

Перед нанесением покрытия обрабатываемую поверхность тщательно очищают механическим и химическим путем с помощью пескоструйной обработки, зашкуривания, обезжиривания. Приготовленный состав наносят напылением с помощью пистолета с большим диаметром сопла, кистью, шпателем, валиком или методом налива. Рекомендуется проводить работы либо в помещении, либо в сухую погоду. Состав отверждается при температуре не ниже +5...+7°С, но не выше +30°С.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

1. В 100 масс.ч. полиуретанового предполимера вводят 10 масс.ч. полиметилфенилсилоксана и 1 масс.ч. пигмента. При постоянном перемешивании вводят 20 масс.ч. гальваношлама. В частном случае, содержание пигмента может содержать 0,01-5 масс.ч.

2. В 100 масс.ч. полиуретанового предполимера вводят 25 масс.ч. полиметилфенилсилоксанана и 1 масс.ч. пигмента. При постоянном перемешивании вводят 50 масс.ч. гальваношлама. В частном случае, содержание пигмента может содержать 0,01-5 масс.ч.

3. В 100 масс.ч. полиуретанового предполимера вводят 30 масс.ч. полиметилфенилсилоксана и 2 масс.ч. пигмента. При постоянном перемешивании вводят 40 масс.ч. гальваношлама. В частном случае, содержание пигмента может содержать 0,01-5 масс.ч.

4. В 100 масс.ч. полиуретанового предполимера вводят 45 масс.ч. полиметилфенилсилоксана и 2 масс.ч. пигмента. При постоянном перемешивании вводят 25 масс.ч. гальваношлама. В частном случае, содержание пигмента может содержать 0,01-5 масс.ч.

5. В 100 масс.ч. полиуретанового предполимера вводят 60 масс.ч. полиметилфенилсилоксана и 3 масс.ч. пигмента. При постоянном перемешивании вводят 35 масс.ч. гальваношлама. В частном случае, содержание пигмента может содержать 0,01-5 масс.ч.

Свойства материалов, полученных с использованием известной и предлагаемой композиции, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Свойство Композиция Прототип Предлагаемая по примеру   1 2 3 4 5 1. Твердость пленки по маятниковому прибору, усл. ед.,
ГОСТ 5233-89 0,55 0,57 0,73 0,53 0,53 0,58 2. Прочность пленки при ударе, см,
ГОСТ 4765-73 - 49 49 45 42 50,5 3. Время горения после прекращения
воздействия пламени, с - 8 5 6 8 7 4. Адгезия на стальных подложках, баллы,
ГОСТ 15140-78 2 2 2 2 2 2 5. Влагопроницаемость,
г/ч*мм*м² 0,09 0,08 0,07 0,07 0,065 0,06

Композиции на полиуретановой основе с добавлением гальваношлама и полиметилфенилсилоксана, предназначенные для получения защитных строительных покрытий, являются самозатухающими. В случае возгорания покрытия его время горения незначительно. В атмосферу не успевает выделиться большое количество продуктов горения полиуретана. За счет использования гальваношлама повышаются физико-механические характеристики покрытия (например, твердость пленки).

Изобретение относится к строительным материалам и может применяться для огне- и антикоррозионной защиты бетонных, металлических и деревянных поверхностей, используемых в химически агрессивных средах, а также для улучшения физико-механических и эксплуатационных показателей обрабатываемой поверхности. Состав для получения защитных покрытий содержит в мас.ч.: полиуретановый предполимер 100, полиметилфенилсилоксан 10-60, тонкоизмельченный гальваношлам 20-50, пигмент 0,01-5. Техническим результатом использования данной композиции является монолитное наполненное гальваношламом покрытие, способное проникать вглубь защищаемой поверхности, обладающее высокой адгезией к поверхности, пониженной влагопроницаемостью, эффектом самозатухания. Покрытие является самозатухающим после воздействия на него открытого пламени (горение до 8 секунд). Использование гальваношлама приводит к повышению твердости отвержденного покрытия. 1 табл., 5 пр.

Состав для получения покрытий на основе полиуретанового предполимера, отличающийся тем, что дополнительно содержит полиметилфенилсилоксан, тонкоизмельченный гальванический шлам и пигмент при следующих соотношениях компонентов мас.ч.:
Полиуретановый предполимер 100 Полиметилфенилсилоксан 10-60 Гальваношлам 20-50 Пигмент 0,01-5