Полиуретановая композиция для покрытий Российский патент 2022 года по МПК C09D175/08 C08K3/105 

Изобретение относится к составам пленкообразующих полиуретановых композиций и может быть использовано для получения защитного покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.

Известна полиуретановая композиция для защитных покрытий, включающая полиол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, амин и растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, в качестве амина - трибутиламин, в качестве растворителя - этилацетат и бутилацетат, дополнительно содержит октоат олова и/или дибутилдилаурат олова, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 100-200 трибутиламин 0,1-0,3 этилацетат 30-70 бутилацетат 30-70 октоат олова и/или 0,2-0,6 дибутилдилаурат олова 0,2-0,4,

см. RU Патент 2162478, МПК C09D 175/08 (2006.01), 2001.

Недостатком данной композиции является длительное время отверждения покрытия, низкий предел прочности пленочного материала при растяжении, наличие в составе композиции дорогостоящего дибутилдилаурата олова.

Известна полиуретановая композиция для покрытий, включающая полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, этилацетат, бутилацетат, толуол, концентрированную соляную кислоту и дополнительно содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 80-95 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 100-200 этилацетат 35-40 бутилацетат 30-40 толуол 20-35 концентрированная соляная кислота 0,05-0,1 этиленгликоль 5-20,

см. RU Патент 2304158, C09D 175/08 (2006.01), C08G 18/65 (2006.01), C08L 75/08 (2006.01), 2007.

Недостатком данной композиции является длительное время отверждения покрытия.

Известна полиуретановая композиция для покрытий, включающая полиол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, в качестве растворителя - ацетон, дополнительно содержит дибутилдилаурат олова и дифенилолпропан, при следующем соотношении компонентов мас. ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 65-70 дибутилдилаурат олова 0,1-0,2 дифенилолпропан 70-30 ацетон 125,

см. RU Патент 2393189, C09D 175/08 (2006.01), C08G 18/65 (2006.01), C08G 18/32 (2006.01), C08G 18/24 (2006.01), 2010.

Недостатком данной композиции является низкая твердость покрытия, низкий предел прочности при растяжении, наличие в составе композиции дорогостоящего дибутилдилаурата олова.

Известна полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, орто-фосфорную кислоту, растворитель - смесь толуола с ацетоном и этилацетатом, композиция дополнительно содержит фталевый ангидрид или пиромеллитовый диангидрид, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 90-140 триэтаноламин 1,2-5 орто-фосфорная кислота 5-15 толуол 79-123 ацетон 33-52 этилацетат 15-24 фталевый ангидрид 2,5-15 или пиромеллитовый диангидрид 3,6-11,

см. RU Патент №2737743, C08G 18/48 (2006.01), C08G 18/18 (2006.01), C08G 18/28 (2006.01), C08G 18/76 (2006.01), C08L 75/04 (2006.01), C08L 75/08 (2006.01), C09D 175/04 (2006.01), C09D 175/08 (2006.01), 2020.

Недостатком указанной композиции является длительное время отверждения покрытия и низкий предел прочности пленочного материала при растяжении.

Известна полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, в качестве полиольной составляющей композиция содержит блок-сополимер оксида этилена и оксида пропилена с молекулярной массой 2000-6000, 1-10% гидроксильных групп которого замещена на калий-алкоголятные, в качестве растворителя содержит этилацетат, композиция дополнительно содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан, хлорид двухвалентного металла CuCl₂, CoCl₂, MgCl₂, NiCl₂, CaCl₂, в качестве дополнительных растворителей содержит толуол и ацетон, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

указанный блок-сополимер оксида этилена и оксида пропилена с молекулярной массой 2500-6000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоционата 115-125 γ-аминопропилтриэтоксисилан 1 этилацетат 95 толуол 200 ацетон 30 хлорид двухвалентного металла 0,1,

см. RU Патент 2626358, МПК C09D 175/08 (2006.01), 2017.

Недостатками данной композиции являются длительное время отверждения покрытия, низкая твердость покрытия, наличие в составе композиции повышенного количества растворителя, что приводит к ухудшению экологии окружающей среды.

Наиболее близкой по технической сущности является полиуретановая композиция для защитных покрытий, содержащая полиол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, амин и органический растворитель, в качестве полиола она содержит полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, в качестве амина содержит триэтаноламин, дополнительно содержит орто-фосфорную кислоту, а в качестве растворителя содержит смесь толуола, ацетона и этилацетата, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 105-130 триэтаноламин 2,25 орто-фосфорная кислота 3-6 толуол 66-172 ацетон 28-72 этилацетат 13-35,

см. RU Патент №2690116, C09D 175/08 (2006.01), C08L 75/08 (2006.01), C08K 3/32 (2006.01), 2019.

Недостатками полиуретановой композиции являются длительное время отверждения защитного покрытия на ее основе, низкие предел прочности при растяжении и адгезия покрытия на отрыв.

Технической проблемой является длительное время отверждения защитного покрытия на основе полиуретановой композиции, а также недостаточные предел прочности при растяжении и адгезия покрытия на отрыв.

Техническая проблема уменьшение времени отверждения защитного покрытия на основе полиуретановой композиции, увеличение предела прочности при растяжении и адгезии покрытия на отрыв решается тем, что полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, орто-фосфорную кислоту, растворитель - смесь толуола, ацетона и этилацетата, согласно изобретению композиция дополнительно содержит хлорид меди (II), при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 105-145 триэтаноламин 1,2-5 орто-фосфорная кислота 5-10 толуол 90-125 ацетон 35-50 этилацетат 15-25 хлорид меди (II) 0,05-0,25.

Решение технической задачи позволяет снизить время отверждения защитного покрытия на основе заявляемой полиуретановой композиции до 1 часа, увеличить предел прочности при растяжении на 40% и адгезию покрытия на отрыв на 28%.

Характеристика веществ, используемых в композиции:

- полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 производство ОАО «Нижнекамскнефтехим», Россия;

- полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Wannate РМ-200, производство Wanhua-Borsodchem, Китай;

- орто-фосфорная кислота по ГОСТ 6552-80;

- триэтаноламин, производство ПАО «Казаньоргсинтез», Россия;

- толуол по ГОСТ 5789-78;

- ацетон по ГОСТ 2603-79;

- этилацетат по ГОСТ 8981-78;

- хлорид меди (II) - CuCl₂⋅2H₂O, ГОСТ 4167-74;

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения:

Пример 1 по прототипу.

Получение полиуретановой композиции для защитных покрытий.

На первой стадии готовят полиольную составляющую, содержащую амин, путем смешения указанных исходных компонентов при температуре 85°С в течение 120 минут, мас. ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 триэтаноламин 2,25 орто-фосфорная кислота 6.

Затем в полиольную составляющую добавляют смесь растворителей - толуола, ацетона и этилацетата, мас. ч.:

этилацетат 30 толуол 158 ацетон 66

тщательно перемешивают до образования однородной массы.

Перед нанесением на поверхность к полиольной составляющей добавляют полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата в мас. ч.:

полиизоцианат на основе 4,4'- дифенилметандиизоцианата 108.

Перемешивают до образования однородной массы и наносят на рабочую поверхность.

Пример 2 по заявляемому объекту.

Получение полиуретановой композиции для защитных покрытий.

На первой стадии готовят полиольную составляющую, путем смешения указанных исходных компонентов при температуре 90°С в течение 180 минут, в мас. ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 триэтаноламин 2,5 орто-фосфорная кислота 10 хлорид меди (II) 0,05.

Затем в полиольную составляющую добавляют смесь растворителей - толуола, ацетона и этилацетата, в мас. ч.:

толуол 95 ацетон 35 этилацетат 15.

Тщательно перемешивают до образования однородной массы.

Перед нанесением на поверхность к полиольной составляющей добавляют полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, мас. ч.:

полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 105.

Компоненты полиуретановой композиции перемешивают до образования однородной массы и наносят на рабочую поверхность.

Примеры 3-10 аналогичны примеру 2.

На основе заявленной полиуретановой композиции для защитных покрытий получают пленку путем заливки раствора полиуретановой композиции в чашку Петри, после улетучивания растворителя и отверждения пленочный материал отделяют от стеклянной поверхности и проводят испытания.

Состав заявленной полиуретановой композиции и по прототипу и свойства защитного покрытия по примерам 1-9 приведены в таблице 1 и в таблице 2.

Физико-механические показатели защитного покрытия: предел прочности пленки при растяжении и модуль упругости определяют в соответствии с ГОСТ 11262-80 на образцах типа 1 на разрывной машине Inspekt mini, при температуре испытания 20±2°С.

Значение адгезии на отрыв покрытия измеряют с использованием прибора ПСО-10МГ4С, предназначенного для контроля прочности сцепления керамической плитки, фактурных покрытий, штукатурки, защитных и лакокрасочных покрытий с основанием, методом нормального отрыва стальных дисков (пластин) по ГОСТ 28089, 28574, 31356.

Адгезия защитного покрытия, полученного на основе полиуретановой композиции, определяют методом решетчатых надрезов в соответствии с ГОСТ 15140-78.

Время высыхания композиции определяют по отсутствию прилипания листа бумаги к пленке, образовавшейся после нанесения композиции на стальную пластинку, ГОСТ 19003-73.

Прочность при ударе защитного покрытия определяют на стальной пластине на приборе У-1А согласно ГОСТ 4763-73.

Прочность защитного покрытия при изгибе определяют путем сгибания пластины из жести с нанесенным на нее покрытием вокруг цилиндрического стержня определенного диаметра, согласно ГОСТ 52740-2007.

Относительную твердость покрытия (в уд. ед.) определяют по маятниковому прибору марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-89.

Равновесную степень набухания пленки определяют по массе жидкости (воды, бензина, нефти или трансформаторного масла), поглощенной пленкой, согласно ГОСТ 7516.

Как видно из примеров конкретного выполнения, защитное покрытие на основе заявляемой полиуретановой композиции имеют время отверждения покрытия до 1 часа против 9 часов по прототипу, предел прочности пленочного материала при растяжении 72-77 МПа против 55 МПа по прототипу, адгезия покрытия на отрыв 5,8-6,3 МПа против 4,8 по прототипу, при этом прочность покрытия при изгибе и при ударе, модуль упругости пленки, также равновесная степень набухания в различных средах имеют показатели на уровне прототипа.

Таким образом, заявленная полиуретановая композиция позволяет повысить предел прочности пленки при растяжении до 40%, адгезия покрытия на отрыв повысить до 28% и снизить время отверждения покрытия до 1 часа.

Изобретение может быть использовано для получения защитного покрытия для дерева, бетона, стекла или металла. Полиуретановая композиция для защитных покрытий содержит полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, ортофосфорную кислоту, смесь растворителей и хлорид меди (II). Технический результат изобретения заключается в снижении времени отверждения покрытия, а также улучшении его адгезии и прочности. 2 табл., 10 пр.

Полиуретановая композиция для защитных покрытий, содержащая полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, триэтаноламин, ортофосфорную кислоту, растворитель - смесь толуола, ацетона и этилацетата, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит хлорид меди (II) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000 100 полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата 131-145 триэтаноламин 2,5-5 ортофосфорная кислота 6,5-10 толуол 90-115 ацетон 35-50 этилацетат 15-25 хлорид меди (II) 0,12-0,25