CZ27683U1 - Vodivý nátěrový systém, spodní vodivý primer a třívrstvá disipativní podlahová kompozice - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti průmyslových podlahových systémů, konkrétně vodivého nátěrového systému, spodního vodivého primeru a třívrstvé disipativní podlahové kompozice pro odvod elektrostatického výboje.

Dosavadní stav techniky

V průmyslové praxi je využíván vícevrstvý podlahový systém pro zajištění ochrany proti elektrostatickému výboji, kdy minimálně dvě poslední vrstvy slouží zejména k odvodu elektrostatického náboje z povrchu podlahy. Systém je založen na konceptu kombinace vodivého základního nátěru, primeru a nášlapné samonivelační stěrky. Obě vrstvy jsou aditivovány vodivými plnivy na bázi uhlíkových materiálů. Dokument JP 2005097512 popisuje podlahový systém, kde do spodní vodivé vrstvy jsou přidány vodivé grafitové částice, kde uhlíkové nanotrubky jsou použity jako nový vysoce vodivý materiál. Dokumenty KR 2000047277 a US 6294603 popisují použití oxidů kovů jako vodivých plniv. Z dokumentu KR 1210228 je známé použití polyamidových pryskyřic obsahujících vodivá plniva ve formě kovových vláken a prach v kombinaci s vodivými pryskyřicemi.

Do horní nášlapné vrstvy jsou přidávána uhlíková vlákna, která zajišťují rychlý odvod náboje do spodní vodivé vrstvy, přičemž povrchový odpor nášlapné vrstvy je vysoký až 10^ΙθΩ. Odpor celého systému se pohybuje v jednotkách 10⁷až 10⁹ Ω.

Dokument CN 103835478 popisuje konstrukci podlahy s antistatickými vlastnostmi, kde podlaha sestává z vrstvy pro vyrovnání podlahy, isolační vrstvy, vodivé měděné mřížky napojené na uzemňovací body a vrchní antistatické vrstvy. Dokument CN 103790361 popisuje vložení vodivé hliníkové fólie pod vrchní vrstvu epoxidového nátěru. Složitější řešení popisují dokumenty CN 103790353 a CN 103790348. Na vyrovnávací vrstvu je natažen vodivý primer, následuje vodivá měděná fólie, antistatická mezivrstva na bázi epoxidových pryskyřic a nakonec vodivý nátěr.

Použití vodivých polymerů pro antistatické účely je řešeno od začátku jejich výzkumu. Například výzkum disperzí PEDOT/PSS byl řešen s ohledem na jejich použití pro antistatické vrstvy, např. v DE 3813589, nebo s ohledem na použití pro kinofilmy, např. v DE 4211459. Firmy Bayer, Agfa a HC Starek pak ve svých patentových dokumentech řeší způsob nanášení této disperze na různé povrchy materiálů, přičemž vždy je řešena otázka aplikace vlastní disperze PEDOT. Dokument CN 102731947 popisuje použití vodivých polymerů do leštících past, nejedná se však o permanentní aplikaci.

Pro disipativní nátěrové systémy určené pro prostory se zvýšenými nároky na účinnost odvodu náboje vzniklého v důsledku působení elektrostatické elektřiny platí přísné technické podmínky. Nejzávažnější problém představují nátěrové systémy určené k ošetření podlah a všech nášlapných ploch. U těchto nátěrů musí být splněna podmínka permanentního povrchového i objemového odporu v jednotkách min. ΙΟ⁶ Ω. Při vyšším odporu již odvod náboje není dostatečně účinný. Současně musí tento nátěr vydržet vysoké nároky kladené na odolnost vrstvy vůči mechanickému a případně chemickému poškození. Těmto nárokům vyhovují nátěry na bázi epoxidových pryskyřic, které se však na druhou stranu vyznačují velmi nízkou účinností odvodu náboje.

Úkolem technického řešení je vytvoření vodivého nátěrového systému pro disipativní podlahové kompozice, který by byl založen na bázi směsi epoxidové pryskyřice s vodivým plnivem, a který by se vyznačoval zvýšenou účinností odvodu elektrostatického náboje.

-1 CZ 27683 Ul

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen vytvořením vodivého polymemího nátěrového systému podle předloženého technického řešení. Vodivý nátěrový systém pro disipativní podlahové kompozice, je vytvořen zejména pro spodní vodivý primer třívrstvé disipativní podlahové kompozice. Spodní vodivý primer tvoří spodní vodivou vrstvu podlahové kompozice. Na spodním vodivém primeru je uspořádána kovová mřížka a na ní homí nášlapná vodivá vrstva, na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem. Dalším možným technickým řešením je i opačné umístění kovové mřížky a vodivého primem, kde na kovové mřížce je umístěn spodní vodivý primer a na něm homí nášlapná vodivá vrstva, na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem Podstata technického řešení spočívá vtom, že pryskyřičná složka je emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice a vodné disperze vodivého polymeru PEDOT/PSS.

Nízkomolekulámí epoxidová pryskyřice je na bázi bisfenolu A a/nebo na bázi směsi bisfenolu A a F a je modifikována alespoň jedním reaktivním ředidlem ze skupiny: butandiol diglycidyl ether, hexandiol diglycidyl ether, monoglycidyl ether Cl2-14. Vodivým plnivem jsou látky na bázi uhlíku - grafit, aktivní uhlí, uhlíkové nanostruktury, grafen, bez povrchové úpravy vodivými polymery. Nebo plnivo ze skupiny: písek, silika, silikagel grafit, aktivní uhlí, saze, skleněná drť, porcelánová drť, mikročástice TiO₂, polypropylenová a polyesterová stříž, které je povrchově upravené vrstvou vodivého polymeru.

Předmětem technického řešení také je spodní vodivý primer disipativní podlahové kompozice, zejména třívrstvé disipativní podlahové kompozice a třívrstvá disipativní podlahová kompozice, kde na spodním vodivém primem je uspořádána kovová mřížka a na ní homí nášlapná vodivá vrstva, na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem nebo kde na kovové mřížce je umístěn spodní vodivý primer a na něm homí nášlapná vodivá vrstva, na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem. Podstata spodního vodivého primem spočívá vtom, že pryskyřičná složka je vytvořena z emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice ve vodné disperzi vodivého polymeru PEDOT/PSS a ztvrdidla.

Tvrdidlo je směs aminických tvrdidel rozpustných ve vodě na bázi polyaminů, modifikovaných aminových aduktů, alifatických a cykloalifatických aminů, polamidů a polyamidoaminů.

Velmi účinný systém odvodu náboje lze připravit ve směsi s vodivými polymery na bázi PEDOT/PSS. Jedná se o vnitřně dopovaný vodivý polymer, který za optimálních podmínek poskytuje tenké filmy, které mají povrchový odpor menší než ΙΟ² Ω. PEDOT/PSS se standardně vyrábí jako vodná disperze o obsahu ca 1 % sušiny. Připravit směs s epoxidovou pryskyřicí vyžaduje z pohledu vysokého naředění disperze vodivého polymeru vodou speciální přístup. Důležitou podmínkou je pak také nutnost docílit takové úrovně perkolačního prahu, aby bylo docíleno dostatečně nízkého povrchového odporu.

Zabudování vodivých polymerů typu PEDOT poly(3,4-ethylendioxythiofen) do systému epoxidových pryskyřic je velmi složité vzhledem k nízké koncentraci PEDOT v disperzi a z tohoto důvodu je řešeno velmi omezeně, např. pro antikorozní nátěrové systémy.

Pro účely přípravy emulze epoxidové pryskyřice byla navržena nízkomolekulámí epoxidová pryskyřice, kterou je možno ředit vodou. Emulgace se provádí v disolveru při pH 6 až 8 za přídavku odpěňovače a smáčedla. Takto připravená emulze se před aplikací smísí s tvrdidlem, a v definovaném časovém intervalu se aplikuje na zvolený povrch. Po jeho vytvrdnutí je obdržen vodivý primer, na který se položí měděná mřížka a na tu je pak aplikována nášlapná epoxidová pryskyřice s relativně vysokým povrchovým odporem, která zajistí rychlý odvod náboje směrem ke spodním vysoce vodivým vrstvám. Celá kompozice vykazuje odpor 10⁶ Ω dle měření založeném na příslušných parametrech.

Pro formulaci emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice a vodné disperze vodivého polymeru PEDOT/PSS se s výhodou využívá nízkomolekuláních epoxidových pryskyřic na bázi bisfenolu A, směsi bisfenolu A a F, modifikované reaktivními ředidly (např. butandiol diglycidyl

-2CZ 27683 Ul ether, hexandiol diglycidyl ether, monoglycidyl ether Cl2-14. Jako tvrdidlo se pro tyto účely používá směs aminických tvrdidel použitelných pro aplikace ve vodou ředitelných systémech. Jedná se o celou škálu látek s obsahem primárních, sekundárních a případně terciálních aminů, nej častěji na bázi polyaminů, modifikovaných aminových aduktů, alifatických a cykloalifatických aminů, polyamidů a polyamidoaminů.

Pro zvýšení disipativní účinnosti vodivého epoxidového primeru se s výhodou přidává vodivé plnivo, které je povrchově praveno pomocí in šitu polymerace PEDOT. Jako nosné plnivo, které je povrchově upravováno in šitu polymerací PEDOT se s výhodou využívají plniva, která jsou v oblasti výroby nátěrových hmot běžně používaná: písek, skleněná i porcelánová drť, aktivní uhlí, grafit, saze, silikagel, silika, pigmentové částice TiO₂, polypropylenová a polyesterová stříž. Povrchový odpor připraveného primeru klesne po přídavku vodivého plniva o dva až tři řády.

Výhody technického řešení spočívají v nízkých hodnotách permanentního povrchového i objemového odporu vodivého nátěrového systému, spodního vodivého primeru a třívrstvé disipativní podlahové kompozice, při zachování vysoké mechanické odolnosti podlahové kompozice vytvořené podle technického řešení.

Objasnění výkresu

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 třívrstvou podlahovou kompozici na podkladu s kovovou vodivou mřížkou uloženou na spodním primeru a obr. 2 třívrstvou podlahovou kompozici na podkladu s kovovou vodivou mřížkou uloženou pod spodním primerem.

Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána, I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

A. Příprava vodivého plniva

Příklad Al Postup přípravy vodivého plniva na bázi písku g písku o průměru 0,1 až 0,3 mm bylo smícháno s polymeračním premixem sestávajícím z 60 g 40 %ního roztoku tosylátu železitého v butanolu, 2 g imidazolu, 4 g 3,4-ethylendioxothiofenu a 40 g butanolu. Přebytek butanolu byl odpařen ve vakuové sušárně a pak při teplotě 180 °C po dobu 20 minut proběhla polymerace. Písek byl proprán vodou a usušen. Povrchový odpor takto připraveného plniva se pohyboval v rozmezí 5.10⁴ Ω až 1.10⁵ Ω.

Příklad A2 Postup přípravy vodivého plniva na bázi skleněné drti

Repro příkladu Al, pouze místo písku bylo přidáno 50 g skleněné drti. Povrchový odpor takto připraveného plniva se pohyboval v rozmezí 7.10⁵ Ω až 1.10⁶ Ω.

Přiklad A3 Postup přípravy vodivého plniva na bázi aktivního uhlí

Směs 400 ml vody, 50 g aktivního uhlí, lig 3,4-ethylendioxothiofenu a 30 ml ethanolu se míchá po dobu 60 minut. Pak je přidána směs 21 g persíranu sodného a 0,1 g hexahydrátu chloridu železitého. Směs se vyhřeje na 35 °C a míchá po dobu 16 hodin. Pak se obsah baňky odfiltruje, filtrační koláč se promyje vodou a usuší. Povrchový odpor takto připraveného plniva se pohyboval v rozmezí 3.10³ Ω až 6.10³ Ω.

Příklad A4 Postup přípravy vodivého plniva na bázi polyesterové střiže

-3CZ 27683 Ul g střiže bylo ponořeno do směsi 240 g 40 % ního roztoku tosylátu železitého v butanolu, 8 g imidazolu, 160 g butanolu a 9 g 3,4-ethylendioxothiofenu. Směs byla řádně zamíchána, střiž byla vyjmuta a odmáčknuta na laboratorním íulláru - 25 % odmačk. Příze pak byla vložena do laboratorní pece vyhřáté na 180 °C po dobu 20 minut. Příze byla vyprána v proudu vody a usušena.

Povrchový odpor takto připraveného plniva se pohyboval v rozmezí 5.10⁴ Ω až 6.10⁵ Ω.

B. Příprava vodivé epoxidové pryskyřice

Příklad Bl až B3 Příprava vodivé epoxidové pryskyřice bez přídavku vodivých plniv

Vodná disperze PEDOT/PSS obsahující 1 % sušiny byla zneutralizovaná přídavkem diethanolaminu na pH 7,0 až 8,0. Takto připravená disperze byla použita pro následnou přípravu složky A ío epoxidové pryskyřice. V poměru 60:40 až 75:25 byla v disolveru smíchána neutralizovaná disperze PEDOT/PSS a nízkomolekulámí pryskyřice na bázi bisfenolu A/F a reaktivních rozpouštědel. Směs pak byla při otáčkách 1 000 až 3 000 ot/min emulgována s využitím tzv. „donut efektu“. Emulgace probíhá za normálních laboratorních podmínek. Po ukončení emulgace je možno regulovat konzistenci emulze pomocí neionogenní hydrofobní záhustky pro emulzní sys15 témy. Takto připravená emulze je polotovarem dlouhodobě stabilním. Před aplikací se smíchá v hmotnostním poměru 100:32 (závisí na obsahu ep. pryskyřice) se složkou B (vodou ředitelným tvrdidlem) a aplikuje se na zvolený, vhodně připravený, povrch. Po vytvrdnutí se pak kruhovou sondou měří povrchový odpor dle normy ČSN EN 61340-5-3. Výsledky jsou znázorněny v následující tabulce.

Příklad č.	Poměr PEDOT/PSS a epoxidové pryskyřice	Povrchový odpor [Ω]
B1	60:40	5Ť05
B2	70:30	2Ί09
B3	75:25	ΤΪ03

Příklad B4 až B8 Příprava vodivé epoxidové pryskyřice s přídavkem vodivých pojiv

Emulze složky A připravená dle příkladu Bl až B3 byla smíchána s vybraným vodivým pojivém. Na 1 kg celkové formulace bylo přidáno 100 až 200 g plniva za stálého míchání pod disolverem při otáčkách v rozsahu 1 000-3 500 ot/min. Takto připravená emulze se vyznačuje dlouhodobou stabilitou. Před aplikací se smíchá v poměru 100:26,5 hm. dílů se složkou B (aminickým tvrdidlem) a aplikuje se na zvolený povrch. Po vytvrdnutí se pak kruhovou sondou měří povrchový odpor dle normy ČSN EN 61340-5-3. Výsledky jsou znázorněny v následující tabulce:

Příklad č.	Vodivé plnivo	Povrchový odpor [Ω]
B4	Aktivní uhlí s in sítu PEDOT	310* (20% plniva) 3105(10 % plniva)
B5	Aktivní uhlí	1 104 (20% plniva) 1105(10 % plniva)
B6	Silikagel s in sítu PEDOT	110'
B7	Skleněná drť s in sítu PEDOT	340®
B8	Písek s in sítu PEDOT	110'

C. Příprava vodivého nátěrového systému pro disipativní podlahové kompozice

Realizace podlahového systému s disipativní podlahovou kompozicí 1 se skládá z několika technologických kroků. Samotnou realizaci podlahového systému je možné rozdělit do dvou fází, kdy v první fázi probíhá příprava podkladového materiálu, tak aby byla zajištěna dostatečná kvalita

-4CZ 27683 Ul podkladu 2 pro následnou pokládku disipativní podlahové kompozice I. Podklad je tvořený např. betonovou podlahou s nivelační stěrkou. Tato fáze sestává se standardních postupů zahrnujících čištění povrchu a mechanického odstranění nerovností podkladu 2. Následuje tmelení a penetrace. Postup úprav je nutno uzpůsobit konkrétnímu stavu podkladu 2. V některých případech lze některé kroky vynechat nebo je naopak nutné je vícekrát zopakovat. Technologická přestávka pro pokládku následující vrstvy se dle klimatických podmínek pohybuje zpravidla v rozsahu 12 až 24 hodin.

Příklad Cl Třívrstvá podlahová kompozice - příklad uskutečnění znázorněný na obr. 1

Epoxidová pryskyřice tvořící spodní vodivý primer 5 připravená podle postupu B4 byla nanesena ío na podklad 2 o rozměru 5x4 m upravený dle výše popsaného postupu v tloušťce 50 μτη pomocí válečku, spotřeba 200 až 350 g/m². Vrstva spodního vodivého primerů 5 byla během 24 hodin za laboratorní teploty vytvrzena. Pak byly na povrch umístěny měděné pásky tvořící kovovou mřížku 4 v rozestupu 50 cm a vzájemně propojeny. Pásky kovové mřížky 4 byly napojeny na svodová místa připojená k zemnícímu prvku rozvaděče. Následně byla aplikována nášlapná vo15 divá vrstva 3 v tloušťce 1 až 3 mm s využitím standardních aplikačních pomůcek (stěrky, zubová hladítka, rakle, speciální válečky s ostny). Jedná se o systém na bázi epoxidové pryskyřice, ve kterém jsou jako plnivo použita uhlíková vlákna. Nášlapná vodivá vrstva 3 byla pochůzná po 24 hodinách, plné vytvrzení nastává po 7 dnech, kdy nášlapná vodivá vrstva 3 dosahuje optimální mechanické a chemické odolnosti (platí pro vytvrzení při teplotě 20 °C). Odpor vrstvy měřeno mezi nášlapnou vodivou vrstvou 3 a svodem činil 1,3.10⁶ Ω.

Příklad Cl Třívrstvá disipativní podlahová kompozice - příklad uskutečnění znázorněný na obr. 2

Reprodukce příkladu 1 jen s tím rozdílem, že kovová mřížka 4 je umístěna jako první, na ní byla nanesena epoxidová pryskyřice tvořící spodní vodivý primer 5 připravená podle postupu B4 a po jejím vytvrzení nášlapná vodivá vrstva 3 v tloušťce 1 až 3 mm. Odpor nášlapné vodivé vrstvy 3 měřeno mezi nášlapnou vodivou vrstvou 3 a svodem činil 7,8.10⁶ Ω.

Průmyslová využitelnost

Vodivý nátěrový systém pro disipativní podlahové kompozice dle technického řešení lze využít pro výrobu podlah a podlahových systémů v laboratořích a průmyslových provozech.

Claims (9)

1. 30 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Vodivý nátěrový systém pro disipativní podlahové kompozice, zejména pro vytvoření spodního vodivého primerů (5) třívrstvé disipativní podlahové kompozice (1), kde na spodním vodivém primerů (5) je uspořádána kovová mřížka (4) a na ní homí nášlapná vodivá vrstva (3), na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem, nebo kde na kovové mřížce (4) je

   35 umístěn spodní vodivý primer (5) a na něm homí nášlapná vodivá vrstva (3), na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem, vyznačující se tím, že pryskyřičná složka je emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice na bázi bisfenolu A a/nebo na bázi směsi bisfenolu A a F a vodné disperze vodivého polymeru PEDOT/PSS.
2. 2. Vodivý nátěrový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že nízkomoleku40 lámí epoxidová pryskyřice je modifikována alespoň jedním reaktivním ředidlem ze skupiny:

   butandiol diglycidyl ether, hexandiol diglycidyl ether, monoglycidylether Cl2-14.

   -5CZ 27683 Ul
3. 3. Vodivý nátěrový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodivým plnivem jsou látky na bázi uhlíku - grafit, aktivní uhlí, uhlíkové nanostruktury, grafen, bez povrchové úpravy vodivými polymery.
4. 4. Vodivý nátěrový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodivé plnivo 5 je plnivo povrchově upravené vrstvou vodivého polymeru.
5. 5. Vodivý nátěrový systém podle některého z nároků 1, 2 a 4, vyznačující se tím, že vodivé plnivo je ze skupiny: písek, silika, silikagel grafit, aktivní uhlí, saze, skleněná drť, porcelánová drť, mikročástice TiO₂, polypropylenová a polyesterová stříž.
6. 6. Spodní vodivý primer (5) disipativní podlahové kompozice, zejména třívrstvé disipativní io podlahové kompozice (1), kde na spodním vodivém primerů (5) je uspořádána kovová mřížka (4) a na ní horní nášlapná vodivá vrstva (3), na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem nebo kde na kovové mřížce (4) je umístěn spodní vodivý primer (5) a na něm horní nášlapná vodivá vrstva (3), na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem, vyznačující se tím, že pryskyřičná složka je vytvořena z emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice

   15 ve vodné disperzi vodivého polymeru PEDOT/PSS a ztvrdidla.
7. 7. Spodní vodivý primer podle nároku 6, vyznačující se tím, že tvrdidlo je směs aminických tvrdidel rozpustných ve vodě na bázi polyaminů, modifikovaných aminových aduktů, alifatických a cykloalifatických aminů, polamidů a polyamidoaminů.
8. 8. Třívrstvá disipativní podlahová kompozice (1), kde na spodním vodivém primerů (5) je 20 uspořádána kovová mřížka (4) a na ní horní nášlapná vodivá vrstva (3), přičemž spodní vodivá vrstva (5) je vytvořena na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem nebo kde na kovové mřížce (4) je umístěn spodní vodivý primer (5) a na něm horní nášlapná vodivá vrstva (3), na bázi pryskyřičné složky ve směsi s vodivým plnivem, vyznačující se tím, že pryskyřičná složka je vytvořena z emulze nízkomolekulámí epoxidové pryskyřice ve vodné

   25 disperzi vodivého polymeru PEDOT/PSS působením tvrdidla.
9. 9. Třívrstvá disipativní podlahová kompozice podle nároku 8, vyznačující se tím, že tvrdidlo je směs aminických tvrdidel rozpustných ve vodě na bázi polyaminů, modifikovaných aminových aduktů, alifatických a cykloalifatických aminů, polamidů a polyamidoaminů.