Патент на изобретение №2290421

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2290421 (13) C1
(51) МПК

C09D5/08 (2006.01)
C09D163/02 (2006.01)
C09D109/02 (2006.01)
C09D175/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.12.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2005124341/04, 01.08.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

01.08.2005

(46) Опубликовано: 27.12.2006

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 94036652 A1, 20.07.1996. Х.ЛИ, К.НЕВИЛЛ “Справочное руководство по эпоксидным смолам”, изд-во “Энергия”, Москва, 1973, с.227. RU 2140950 С1, 10.11.1999. SU 1758055 A1, 30.08.1992. RU 2180907 C2, 27.03.2002. JP 57030721 A, 19.02.1982.

Адрес для переписки:

105005, Москва, ул. Радио, 17, ФГУП “ВИАМ”

(72) Автор(ы):

Кузнецова Вера Аркадьевна (RU),
Кузнецов Георгий Владимирович (RU),
Кондрашов Эдуард Константинович (RU),
Владимирский Виктор Николаевич (RU),
Иванникова Нина Николаевна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов” (ФГУП “ВИАМ”) (RU)

(54) СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к получению составов, предназначенных для защиты конструкций из алюминиевых сплавов, различных сталей, а также полимерных композиционных материалов, включая углепластики, от воздействия факторов внешней среды (влага, эрозионное воздействие, динамические нагрузки) при температурах эксплуатации в пределах от -60°С до +150°С. Состав включает следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 100,0 связующего, 15,0-50,0 отвердителя аминного типа, 3,0-50,0 модификатора, 7,0-50,0 наполнителя, 140,0-400,0 органического растворителя. В качестве связующего состав содержит эпоксидной диановой смолы или смеси эпоксидных диановых смол с молекулярной массой 1000-3500. В качестве модификатора – низкомолекулярный эпоксиуретановый или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук. В качестве наполнителя – нитевидные кристаллы оксида цинка или нитрида бора. Дополнительно состав может содержать пигменты и ингибиторы коррозии. Изобретение позволяет повысить водостойкость и стойкость к воздействию динамических нагрузок и скоростного воздушного потока, содержащего частицы песка и капли дождя. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области составов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров, предназначенных для защиты конструкций из алюминиевых сплавов, различных сталей, а также полимерных композиционных материалов, включая углепластики, от воздействия факторов внешней среды (влага, эрозионное воздействие, динамические нагрузки) при температурах эксплуатации от -60°С до +150°С.

Одним из перспективных направлений современного материаловедения является создание высокоэффективных защитных покрытий, обеспечивающих длительную работоспособность элементов конструкций в условиях воздействия коррозионной среды, динамических нагрузок, скоростного воздушного потока, содержащего частицы песка, капли дождя, которые в процессе эксплуатации изделий и элементов конструкций способствуют разрушению и отслаиванию покрытий.

Известна композиция на основе органического связующего, например, эпоксидного или акрилового, содержащая прозрачный минеральный наполнитель – оксид алюминия в количестве (40-80)%, с размером частиц от 10 до 40 мкм. Вышеуказанная композиция обладает высокой твердостью и износостойкостью (патент Франции №2556735).

Существенным недостатком указанной композиции является ее жесткость, наличие высоких внутренних напряжений, которые при воздействии динамических нагрузок снижают адгезию покрытия к защищаемой поверхности и способствуют разрушению покрытия.

Известна композиция на основе полиэфиров и полиуретанвинилдиоксана, которая обладает высокой адгезией к алюминию, полимерным материалам, водостойкостью, стойкостью к удару (патент США №6300457).

Это покрытие обладает недостаточной устойчивостью к газоабразивной и газокапельной эрозии, низкой водостойкостью.

Известен состав для износостойкого покрытия, который представляет собой смесь продуктов гидролиза и продуктов конденсации эпоксифункционального силана, функциональных соединений карбоновой кислоты, металлооксидного коллоида и коллоидного кремнезема (патент США №6324097).

Это покрытие обладает высокими физико-механическими свойствами, износостойкостью, адгезией к металлическим поверхностям. Существенным недостатком этого покрытия является низкая адгезия к углепластику, недостаточно высокая влагостойкость.

Известен состав для покрытий, включающий эпоксидную диановую смолу, алкилфеноламинную смолу Октофор, низкомолекулярный бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук, полиоксипропиленоксид и наполнитель, отверждаемый аминным отвердителем (патент РФ №2059675).

Этот состав имеет высокую жизнеспособность при хранении, высокую адгезию к металлическим поверхностям, водостойкость.

Указанное покрытие имеет существенный недостаток – невысокую адгезию к полимерным композиционным материалам, особенно к углепластику, а следовательно, и низкую устойчивость к газоабразивной и газокапельной эрозии.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым за прототип, является композиция для защиты металлических, бетонных и деревянных поверхностей следующего состава, мас.%:

Смола эпоксидная диановая – 12-20
Бутадиен-нитрильный каучук – 8-14
Терпеновая смола, пластифицированная
изоборниловым эфиром в соотношении (1:1,6÷3,0) – 13-17
Наполнитель – 20-37
Отвердитель аминного типа – 2,4-4,0
Органический растворитель – до 100

(патент РФ №2043379).

Это покрытие имеет высокие физико-механические свойства (прочность к удару, эластичность), адгезию к металлическим поверхностям, коррозионную стойкость. Однако это покрытие имеет недостаточно высокую водостойкость и низкую стойкость к эрозионному воздействию и к воздействию динамических нагрузок.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание состава для коррозионностойкого защитного покрытия на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с повышенной водостойкостью и высокой стойкостью к воздействию динамических нагрузок и скоростного воздушного потока, содержащего частицы песка и капли дождя, для защиты конструкций из алюминиевых сплавов и сталей, а также угле- и стеклопластиков.

Для решения поставленной технической задачи предложен состав для защитного покрытия, включающий связующее – эпоксидную диановую смолу, модификатор, отвердитель аминного типа, наполнитель и органический растворитель, который в качестве связующего содержит эпоксидную диановую смолу или смесь эпоксидных диановых смол с молекулярной массой 1000-3500, в качестве модификатора – низкомолекулярный эпоксиуретановый каучук или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук, а в качестве наполнителя – нитевидные кристаллы оксида цинка или нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Указанное связующее – 100,0
Указанный модификатор – 3,0-50,0
Отвердитель аминного типа – 15,0-50,0
Нитевидные кристаллы оксида цинка
или нитрида бора – 7,0-50,0
Органический растворитель – 140,0-400,0

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

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

Для придания цвета покрытию в состав вводят пигменты (диоксид титана, оксид хрома и др.) в количестве 10,0-30,0 мас.ч., для повышения защитных антикоррозионных свойств покрытия в состав могут быть введены ингибиторы коррозии (фосфат хрома, хромат стронция, хромат бария и др.) в количестве 10,0-40,0 мас.ч.

В качестве связующего в предлагаемом изобретении могут быть использованы различные эпоксидные диановые смолы с молекулярной массой 1000-3500 и массовой долей эпоксидных групп от 2,5 до 12,0% марок Э-41, Э-44, Э-49, Э-05К (ТУ6-10-1316-78, ТУ6-10-1347-75, ТУ6-10-606-84, ТУ 301-10-1423-91) или их смеси.

Применяемые в качестве модификатора низкомолекулярный эпоксиуретановый каучук ПЭФ-3А с концевыми эпоксидными группами (ТУ 6-10-034-66-80) или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук с молекулярной массой от 20000 до 30000 (ТУ 6-00-05807983-160-95), благодаря наличию реакционноспособных функциональных групп, взаимодействуют как с эпоксидным связующим, так и с отвердителем. В результате образуется надмолекулярная структура, где в жесткой эпоксидной полимерной матрице присутствуют эластичные включения каучука, способствующие перераспределению и диссипации механических напряжений, возникающих при внешних воздействиях. Такая структура характеризуется низкой склонностью к трещинообразованию, т.е. повышенной стойкостью к динамическим и эрозионным воздействиям.

В качестве отвердителя в композиции используют аминосодержащее этоксипроизводное соединение кремния (кремнийорганический амин)--аминопропилтриэтоксисилан АГМ-9 (ТУ 6-02-724-77), 1-аминогексаметилен-6-аминометилен-триэтоксисилан АГМ-3 (ТУ 6-02-586-86), или продукт конденсации -аминопропилтриэтоксисилана АСОТ-2 (ТУ 6-02-1250-83). Применяемый отвердитель АГМ-9 взаимодействует не только с основным пленкообразующим, но также повышает адгезию к поверхности угле- и стеклопластиков.

В предлагаемой композиции в качестве отвердителя также может быть использована низкомолекулярная полиамидная смола с молекулярной массой от 2200 до 2800, например, марок ПО-200 или ПО-300 (ТУ6-10-1279-78, ТУ 6-10-1108-76).

Введение наполнителя существенно влияет на свойства отвержденных покрытий. Примененные в составе для защитного покрытия мелкодисперсные высокомодульные наполнители – нитевидные кристаллы оксида цинка (ТУ 6-00-5808009-235-89) или нитрида бора (ТУ 2036-7-7-91), в силу их морфологических особенностей, повышают динамическую прочность, перераспределяют механические напряжения и противодействуют процессу разрушения при динамическом воздействии.

Приведенный состав обладает высокой адгезионной прочностью к защищаемой поверхности алюминиевых сплавов, различных сталей, полимерных композиционных материалов, в том числе углепластиков, а также механической прочностью, стойкостью к газоабразивной и газокапельной эрозии, влагостойкостью, динамической устойчивостью и коррозионной стойкостью.

Состав защитного покрытия, применяемый для защиты металлов, может применяться в системе с различными грунтовочными покрытиями, содержащими ингибиторы коррозии.

Примеры осуществления изобретения приведены в таблице 1.

Технология приготовления защитного состава (примеры 1-4) заключается в следующем: эпоксидную смолу или смесь смол растворяли в смеси растворителей, например, ацетон, бутилацетат и ксилол или смеси растворителей ацетон, этилцеллозольв и ксилол, вводили наполнитель (нитевидные кристаллы оксида цинка или нитрида бора) и диспергировали на бисерной мельнице до степени перетира 25-30 мкм. Перед применением в состав вводили модификатор и отвердитель, перемешивали и доводили до рабочей вязкости.

Составы, приведенные в примерах 5, 6, готовят аналогично предыдущим примерам, но при диспергировании вводят пигменты для придания необходимого цвета покрытию.

Составы, приведенные в примерах 7, 8, готовят аналогично предыдущим примерам, но вместо пигментов вводят ингибиторы коррозии.

Из составов, приведенных в примерах (1-8), были получены методом пневматического распыления покрытия толщиной 150-170 мкм на образцах алюминиевого сплава Д-1Т, углепластика, стеклопластика и стали Ст3. Режим отверждения покрытия – 2-3 ч при 150-170°С. Определены адгезионная прочность при отрыве, водонабухаемость, устойчивость к газоабразивной и газокапельной эрозии, прочность при ударе, эластичность при растяжении, долговечность покрытий при циклическом растяжении, защитные свойства на алюминиевом сплаве и стали при испытании в камере солевого тумана.

Полученные результаты приведены в таблице 2.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый состав по сравнению с прототипом обладает повышенной на 50% адгезией к алюминиевым сплавам и повышенной в 2,5 раза адгезией к угле- и стеклопластикам, пониженной в 2,5-3 раза водонабухаемостью и значительно превосходит его по эрозионной стойкости и стойкости к действию динамических нагрузок.

Таблица 1
Наименование компонентов Состав по примерам Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
Смола эпоксидная Э-41 с мол. массой 1000 100 70 100 100 100
Смола эпоксидная Э-49 с мол. массой 2500 100 30 100 100
Смола эпоксидная ЭД-20 12
Бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук СКН-26-1,25 17 3 20
Эпоксидно-уретановый каучук ПЭФ-ЗА 12 50 50 40 30
Бутадиеннитрильный каучук СКН-18-1А 8
Терпеновая смола, пластифицированная изоборниловым эфиром 13
Нитевидные кристаллы ZnO 7 30 50 25 15 15
Нитевидные кристаллы BN 20 20
Диоксид титана (рутил) 20 10
Оксид хрома 30 15
Хромат стронция 10 30
Фосфат хрома 20
Пудра алюминиевая 5
Полиэтиленполиамин 4
-аминопропилтриэтоксисилан АГМ-9 15 35 25 20
1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан АГМ-3 20
Продукт конденсации -аминопропилтриэтоксисилана АСОТ-2 50
Низкомолекулярный полиамид ПО-200 50 30
Толуол 23,1
Ацетон 50 70 50 30 140 50 100 100 20
Ксилол 60 100 100 50 140 100 100 100
Бутилацетат 155 100 60 120 50
Этилцеллозольв 60 50 50

Таблица 2
Сравнительные свойства покрытий
Показатели свойств Предлагаемый состав по примерам Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
Толщина покрытия, мкм 150 160 150 150 160 170 160 150 180
Адгезионная прочность (адг), МПа,
а) к алюминиевому сплаву 68,6 71,6 65,5 66,1 59,5 61,4 59,8 61,3 43,56
б) к углепластику 53,5 55,1 56,6 54,9 55,1 56,8 20,8
в) к стеклопластику 59,9 66,3 66,5 59,4 58,7 62,1 22,1
Водонабухаемость после 100 ч испытаний при температуре 20°С, %
а) на углепластике 2,1 1,95 1,99 2,6 1,88 2,1 2,2 2,15 6,3
б) на алюминиевом сплаве 1,95 1,89 1,86 2,01 1,75 1,97 2,12 2,07 4,8
Интенсивность газокапельной эрозии, нм/г при температуре 20°С 26,5 18,3 22,3 25,4 22,3 29,6 28,3 31,5 350,3
Скорость эрозии при каплеударном воздействии, при угле соударения 30 градусов, мкм/с 0,24 0,18 0,22 0,21 0,25 0,23 0,29 0,31 10,1
Долговечность покрытия при циклическом растяжении, циклы 2930 2110 2600 2940 2850 2940 2450 2440 30
Прочность к удару в исходном состоянии, Дж 50 50 50 50 50 50 50 50 50
Прочность к удару после искусственного старения при температурах (-60…+150)°С в течение 10 циклов 50 50 50 50 50 50 50 50 30

Продолжение таблицы 2
Показатели свойств Предлагаемый состав по примерам Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
Эластичность покрытия при растяжении в исходном состоянии 5,6 5,7 5,5 5,7 5,6 5,4 5,4 5,3 4,5
Эластичность покрытия при растяжении после искусственного старения при температурах (-60…+150)°С в течение 10 циклов 4,4 4,5 4,4 4,7 4,3 4,2 4,3 4,5 2,5
Коррозионная стойкость покрытий после испытаний в камере солевого тумана в течение 6 месяцев
– на алюминиевом сплаве Д-1 Т коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет Мелкая сыпь по всей поверхности
– на стали Ст3 коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет коррозии нет Мелкая сыпь по всей поверхности, 3 точки коррозии

Формула изобретения

1. Состав для защитного покрытия, включающий связующее – эпоксидную диановую смолу, модификатор, отвердитель аминного типа, наполнитель и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве связующего он содержит эпоксидную диановую смолу или смесь эпоксидных диановых смол с молекулярной массой 1000-3500, а в качестве модификатора – низкомолекулярный эпоксиуретановый или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук, а в качестве наполнителя – нитевидные кристаллы оксида цинка или нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Указанное связующее 100,0
Указанный модификатор 3,0-50
Отвердитель аминного типа 15,0-50,0
Нитевидные кристаллы оксида цинка
или нитрида бора 7,0-50,0
Органический растворитель 140,0-400,0

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

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя он содержит смесь ксилола, ацетона и бутилацетата или смесь ацетона, ксилола и этилцеллозольва.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пигменты в количестве 10-30 мас.ч.

5. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ингибиторы коррозии в количестве 10-40 мас.ч.

Categories: BD_2290000-2290999