EA025683B1 - Отверждение влагоотверждаемого покрытия при низкой влажности - Google Patents

Abstract

Изобретение направлено на композицию влагоотверждаемого покрытия, отверждаемого при низкой влажности, которая включает в себя влагоотверждаемый связующий компонент, который включает в себя влагоотверждаемый связующий материал и по меньшей мере один органический растворитель; и увлажняющий компонент, который включает в себя медленно испаряющийся летучий увлажнитель; причем указанный увлажнитель присутствует в количестве, достаточном, чтобы увеличить скорость затвердевания покрытия и обеспечить затвердевшее покрытие, имеющее приемлемые механические и косметические свойства, при относительной влажности 50% или ниже; данное изобретение также предлагает способ отверждения композиций влагоотверждаемого покрытия в условиях низкой влажности.

Description

Область техники данного изобретения касается влагоотверждаемых защитных покрытий и, в частности, цинксодержащих алкилсиликатных (цинксиликатных) покрытий. Более конкретно, она касается нанесения и отверждения влагоотверждаемых, например цинксиликатных, покрытий при условиях относительно низкой влажности.

Уровень техники

Влагоотверждаемые покрытия используются для различных применений, чтобы обеспечивать защиту подложек. Например, композиции цинковых покрытий с силикатным связующим использовали для защиты стальных поверхностей от ржавчины. Цинковые композиции также использовали в керамических покрытиях, которые применимы в качестве высокотемпературных покрывающих систем. Такие цинковые композиции обычно существуют в форме цинксиликатных покрытий на основе растворителя, которые могут быть использованы, например, в качестве грунтового покрытия для металлов.

Цинксиликатные покрытия на основе растворителя обычно создают хорошую устойчивость к дождю в пределах 30 мин от нанесения и хорошую защиту от коррозии металла. Однако цинксиликатные покрытия могут формировать мягкие, хрупкие покрытия или склонные к отслаиванию, когда затвердевают в условиях низкой влажности. Сообщалось, что такие покрытия, затвердевшие при 40% относительной влажности и 25°С, вряд ли достигают удовлетворительного отверждения и могут оставаться мягкими и хрупкими даже после продолжительного отверждения. Другие покрытия, которые являются влагоотверждаемыми по своей химии, также имеют проблемы с неспособностью к затвердеванию в условиях низкой влажности.

Чтобы избежать таких проблем при затвердевании, обычной практикой в промышленных покрытиях является распылять отчасти влажные покрытия, например цинксиликатные покрытия, с водой, если влажность во время нанесения является низкой, или для составов, где предварительное нанесение воды не может быть сделано, ожидать, пока условия влажности не станут приемлемыми для надлежащего отверждения покрытия.

Соответственно, существует необходимость в достижении удовлетворительного отверждения влагоотверждаемых покрытий, например цинксиликатных покрытий на основе растворителя, в условиях низкой влажности, одновременно избегая проблем, обсуждаемых выше.

Краткое изложение существа изобретения

Было обнаружено, что влагоотверждаемое при низкой влажности покрытие, например отверждаемое при низкой влажности цинксиликатное покрытие, может быть достигнуто, избегая вышеуказанных проблем, путем включения определенных медленно испаряющихся, летучих увлажнителей (или гигроскопических материалов) в покрывающую систему. Увлажнитель присутствует в количестве, достаточном, чтобы увеличить скорость отверждения покрытия и обеспечить приемлемые механические и косметические свойства затвердевшего покрытия в условиях низкой влажности. В одном варианте осуществления медленно испаряющийся летучий увлажнитель выбирают из диметилсульфоксида (ДМСО), простых моноэфиров диэтиленгликоля, пропилеккарбоната и их смесей. В предпочтительном варианте осуществления медленно испаряющимся летучим увлажнителем является ДМСО.

В одном аспекте раскрыта композиция влагоотверждаемого покрытия, отверждаемого при низкой влажности, содержащая:

a) влагоотверждаемый связующий компонент, который содержит: ί) материал на основе алкилсиликата и ίί) по меньшей мере один органический растворитель, и

b) увлажняющий компонент, который содержит медленно испаряющийся летучий увлажнитель, выбранный из группы, состоящей из диметилсульфоксида (ДМСО), моноэфиров диэтиленгликоля, пропиленкарбоната и их смесей, при этом увлажнитель присутствует в количестве от 1 до 8 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента, и

c) цинковый компонент.

В другом аспекте раскрыта композиция, которая является двухкомпонентной композицией цинксиликатного покрытия, где материал на основе алкилсиликата является промежуточным продуктом гидролиза алкилсиликата, представляющий собой продукт реакции алкилсиликата и по меньшей мере одного смешивающегося с водой спиртового растворителя, причем органический растворитель является простым эфиром гликоля или спиртовым растворителем, и присутствуют в количестве от 1 до 15 мас.%, в расчете на общую массу цинксиликатного покрытия, причем цинковый компонент выбран из группы, состоящей из порошка цинка, оксида цинка или их смесей.

В другом аспекте раскрыта композиция в которой увлажнитель является диметилсульфоксидом (ДМСО).

В другом аспекте раскрыта композиция, которая содержит воду в количестве до 4 мас.% в расчете на композицию покрытия.

В другом аспекте раскрыта композиция, в которой увлажнитель присутствует в количестве от 2 до 7 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента.

В другом аспекте раскрыта композиция, в которой увлажнитель присутствует в количестве от 3 до 6

- 1 025683 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента.

В еще одном аспекте раскрыт способ отверждения композиции влагоотверждаемого покрытия в условиях низкой влажности, где композиция влагоотверждаемого покрытия является двухкомпонентной композицией цинксиликатного покрытия, содержащей алкилсиликатный связующий компонент и цинковый компонент, включающий этапы, на которых:

a) обеспечивают алкилсиликатный связующий компонент,

b) добавляют медленно испаряющийся летучий увлажнитель, выбранный из группы, состоящей из диметилсульфоксида (ДМСО), моноэфиров диэтиленгликоля, пропиленкарбоната и их смесей, к алкилсиликатному связующему компоненту в количестве от 1 до 8 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажнителя, и

c) перемешивают полученную в результате композицию, содержащую увлажнитель, для обеспечения композиции покрытия, отверждаемого при низкой влажности;

ά) добавляют цинковый компонент к покрытию, отверждаемому при низкой влажности, с этапа с); е) наносят полученную на этапе с) композицию покрытия, отверждаемого при низкой влажности, на подложку и

ί) выполняют отверждение композиции покрытия, отверждаемого при низкой влажности, на подложке в условиях относительной влажности, составляющей 50% или меньше.

В другом аспекте увлажнителем является ДМСО.

В другом аспекте увлажнитель присутствует в количестве от 2 до 7 мас.% в расчете на композицию покрытия, отверждаемого при низкой влажности на этапе (с).

Дополнительные задачи, преимущества и новые признаки будут видны специалистам в данной области техники при изучении последующего описания.

Подробное описание изобретения

Покрытия, затвердевающие при низкой влажности, например цинксиликатные покрытия, затвердевающие при низкой влажности, включают в себя медленно испаряющийся летучий увлажнитель в количестве, достаточном, чтобы увеличить скорость отверждения покрытия и обеспечить приемлемые механические и косметические свойства для покрытия, затвердевшего в условиях низкой влажности. Выражение медленно испаряющийся летучий увлажнитель означает, что скорость испарения увлажнителя равна или меньше, чем скорость отверждения влагоотверждаемого связующего при надлежащей высокой влажности, т.е. при относительной влажности, когда связующее затвердевает без увлажнителя, и что указанный увлажнитель позволяет влагоотверждаемому покрытию затвердевать ниже указанной относительной влажности и дает затвердевшее покрытие, имеющее приемлемые механические и косметические свойства, при затвердевании в таких условиях. Выражение приемлемые механические и косметические свойства означает, что данное покрытие удовлетворяет минимальным промышленным стандартам для сушки специально предназначенного покрытия или превышают их, когда его тестируют согласно стандартному тесту сушки ΆδΤΜ Ό1640 и Ό5895; имеет прочность на отрыв по меньшей мере 4 МПа (580 фунт/кв.дюйм), когда тестируют согласно ΑδΤΜ Ό451.1; для цинксиликатных покрытий достигает величины по меньшей мере 4 за 24 ч отверждения при окружающей температуре (т.е. приблизительно 2025°С) для испытания на истирание с растворителем согласно ΑδΤΜ Ό4752; для других влагоотверждаемых покрытий достигает величины по меньшей мере 4 за 24 ч отверждения при окружающей температуре (т.е. приблизительно 20-25°С) для испытания на истирание с растворителем согласно ΑδΤΜ Ό4752, а также удовлетворяет минимальным промышленным косметическим стандартам для специально предназначенного покрытия, например минимальный уровень глянца для определенных верхних покрытий.

В одном варианте осуществления данного изобретения цинксиликатное покрытие, затвердевающее при низкой влажности, представляет собой двухкомпонентное покрытие, полученное смешением алкилсиликатного компонента (компонент А) с цинковым компонентом (компонент В).

В одном варианте осуществления компонент А готовят следующим образом: сначала образуют промежуточный продукт гидролиза алкилсиликата по реакции алкилсиликата по меньшей мере с одним смешивающимся с водой спиртовым растворителем в присутствии кислоты, способной вызывать реакцию алкилсиликата с данным спиртовым растворителем(ями), с образованием промежуточного продукта гидролиза. В одном варианте осуществления алкилсиликат является этилсиликатом. В одном варианте осуществления смешивающийся с водой спиртфункциональный растворитель может быть выбран из монобутилового эфира этиленгликоля (ЭБ растворитель), монопропилового эфира этиленгликоля (ЭП растворитель) или их комбинации. В одном варианте осуществления кислоту выбирают из серной или соляной кислоты. В одном варианте осуществления реагенты для гидролиза возможно включают в себя воду для реакции с алкилсиликатом, чтобы улучшить формирование нанесенной пленки и скорость отверждения конечного покрытия. Промежуточный продукт гидролиза может затем смешиваться с увлажнителем, например ДМСО, образуя компонент А покрытия.

Необязательные составляющие компонента А могут включать этилцеллюлозу для регулировки расплывания вместе с подходящими растворителями для растворения этилцеллюлозы; реологические добавки, например касторовый воск или органическую глину (например, бентонитовую органическую глину) для регулировки расплывания и расслоения, если необходимо; наполняющие минеральные пигмен- 2 025683 ты, например глину, полевой шпат или тальк; и цветные пигменты, например желтый или красный оксид железа. В одном варианте осуществления растворители, подходящие для растворения этилцеллюлозы, могут быть выбраны из этилбензола, ксилола и их смесей.

В одном варианте осуществления, когда включают этилцеллюлозу, этилцеллюлоза может растворяться в растворителе(ях), и достаточное количество промежуточного продукта гидролиза может смешиваться с растворенной этилцеллюлозой с образованием высокоскоростной диспергирующей воронки, чтобы диспергировать другие необязательные компоненты, перечисленные выше. Остальной промежуточный продукт гидролиза может затем добавляться после диспергирования необязательных компонентов. В одном варианте осуществления затем добавляют подходящий растворитель для перемешивания и перемешивают с другими компонентами перед добавлением увлажнителя в качестве конечной составляющей компонента А. В одном варианте осуществления указанный растворитель для перемешивания представляет собой растворитель - простой эфир гликоля или спиртовой растворитель, способный увеличивать скорость отверждения данного промежуточного соединения. В одном варианте осуществления растворитель - простой эфир гликоля или спиртовой растворитель - представляет собой монометиловый эфир пропиленгликоля (ПМ растворитель). В одном варианте осуществления небольшая часть растворителя для перемешивания может добавляться к этилцеллюлозе вместе с другими растворителями, используемыми для растворения этилцеллюлозы, а остаток растворителя для перемешивания может добавляться, как описано выше.

В вариантах осуществления данного изобретения алкилсиликат, например этилсиликат, присутствует в количестве от приблизительно 5 до приблизительно 25, или от приблизительно 7 до приблизительно 23, или от приблизительно 9 до приблизительно 21 мас.%; смешивающийся с водой спиртфункциональный растворитель присутствует в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 15, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 12, или от приблизительно 2 до приблизительно 10 мас.%; вода присутствует в количестве от 0 до приблизительно 3, или от 0 до приблизительно 2,5, или от 0 до приблизительно 2 мас.% в расчете на полную массу цинксиликатного покрытия. Кислота может присутствовать в каталитическом количестве, чтобы ускорять реакцию присутствующего алкилсиликата, воды и спиртового растворителя.

В вариантах осуществления данного изобретения этилцеллюлоза присутствует в количестве от 0 до приблизительно 2, или от 0 до приблизительно 1,5, или от 0 до приблизительно 1 мас.%; растворитель(ли) для растворения этилцеллюлозы присутствует в количестве от 0 до приблизительно 15, или от 0 до приблизительно 12, или от 0 до приблизительно 10 мас.%; реологические добавки присутствуют в количестве от 0 до приблизительно 3, или от 0 до приблизительно 2,5, или 0 до приблизительно 2 мас.%; наполняющие минеральные пигменты присутствуют в количестве от 0 до приблизительно 30, или от 0 до приблизительно 28, или от 0 до приблизительно 26 мас.%; цветные пигменты присутствуют в количестве от 0 до приблизительно 0,9, или от 0 до приблизительно 0,7, или от 0 до приблизительно 0,5 мас.%; и растворитель для перемешивания присутствует в количестве от 0 до приблизительно 15, или от 0 до приблизительно 12, или от 0 до приблизительно 10 мас.% в расчете на все цинксиликатное покрытие (т.е. и компонент А, и компонент В). Увлажнитель присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 8 мас.%, или от приблизительно 2 до приблизительно 7 мас.%, или от приблизительно 3 до приблизительно 6 мас.%, или от приблизительно 4 до приблизительно 5 мас.% в расчете на связующий компонент (компонент А) с включенным увлажнителем.

В одном варианте осуществления компонент В включает металлический цинковый порошок, имеющий средний размер частиц 5-8 мкм. В одном варианте осуществления цинковый порошок присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 25 до приблизительно 75, или от приблизительно 30 до приблизительно 70, или от приблизительно 35 до приблизительно 68 мас.% в расчете на все цинксиликатное покрытие.

В одном варианте осуществления данного изобретения промежуточный продукт гидролиза образуется, по существу, в отсутствие медленно испаряющегося летучего увлажнителя. Выражение по существу отсутствие означает, что, если присутствует, увлажнитель существует в количестве, недостаточном, чтобы позволить покрытию затвердевать и иметь приемлемые механические и косметические свойства в указанных условиях низкой относительной влажности (ОВ), например при 50% ОВ или при 40% ОВ или ниже. В одном варианте осуществления промежуточный продукт гидролиза образуется в отсутствие увлажнителя.

Было обнаружено, что когда ДМСО добавляют к компоненту А в количестве больше чем 8 мас.% в расчете на компонент А с увлажнителем, наблюдается появление растрескивания массы и потеря адгезии, когда ОВ составляет >30% во время отверждения. Также когда используют больше чем 8% ДМСО в компоненте А, нанесенные грунтовочные пленки остаются более пористыми, что обнаруживается путем быстрого впитывания воды в затвердевшую пленку (а не образование наплыва), пока избыток ДМСО остается присутствующим, и в виде большего видимого объема твердых веществ, когда избыток ДМСО испаряется, по сравнению со случаем, когда используют 8% ДМСО. Считается, что избыток ДМСО дает больше пустот в грунтовочной пленке после испарения, чем в случае, когда используют 8% ДМСО или меньше. Также в других испытанных влагоотверждаемых покрытиях наблюдали, что больше чем 8%

- 3 025683

ДМСО или связующего вызывает помутнение и потерю глянца верхнего покрытия.

В вариантах осуществления данного изобретения затвердевающее при низкой влажности цинксиликатное покрытие достигает хорошего отверждения и хороших свойств конечного (затвердевшего) покрытия при влажности ниже 50% ОВ или ниже 45% ОВ или ниже 40% ОВ или меньшей ОВ, например 10% ОВ или ниже.

Примеры

Следующие примеры были выполнены, чтобы проиллюстрировать некоторые варианты осуществления композиций и способов согласно данному изобретению.

Эксперименты для цинксиликатных композиций выполняли, используя составы с 1п1сг/те 22, ΟΗΛ285 (от 1п1егпаМопа1 ΡαίηΙ) в качестве составляющей компонента А цинксиликатного покрытия, и 1п1сг/1пе 22, ΟΗΛ027 (от 1п1егпайопа1 ΡαίηΙ) в качестве составляющей компонента В. К компоненту А добавляли различные количества ДМСО и воды, как показано в таблицах ниже.

Влияние добавления ДМСО и воды и влажности на отверждение.

Влияние добавления ДМСО и воды на отверждение покрывающей системы (описанной выше) при 25°С и 20% ОВ определяли согласно ΑδΤΜ Ό4752 (для истирания с МЭК). Также замечали, что влажность возрастала до 33-35% ОВ, когда дверца камеры была открыта при указанных временах тестирования. Результаты для разных количеств ДМСО и воды в мас.%, от компонента А, показаны в табл. 1 ниже.

Таблица 1

Влияние ДМСО и воды при 20% ОВ

Время	3 ч	5 ч	7 ч	22 ч
ШЬеггДпс 22 (ОНА285/ОНА027)	0	0 +	1	3
+4% ДМСО	3+	3 + /4	3 + /4	4/4 +
+4% воды	0 +	2 +	3	3/3 +
+ 4% ДМСО+4% воды	3	3 + /4	4	4

Обзор табл. 1 свидетельствует, что добавление ДМСО улучшает отверждение цинксиликатной покрывающей системы при 25°С и 20% ОВ по сравнению с цинксиликатной системой без ДМСО и добавлением только воды.

Влияние добавления ДМСО и воды на отверждение покрывающей системы (описанной выше) при 5°С и 20% ОВ и при 25°С и 10% ОВ определяли согласно ΑδΤΜ Ό4752. Условия в камере временно меняли на 25°С и 0% ОВ перед открытием дверцы во время испытания, чтобы избежать конденсации на панелях, что может влиять на результаты. Более высокую влажность также вводили, чтобы определить, могли ли образцы, которые медленно затвердевали при низкой ОВ (за указанное время), затвердевать потом при большей влажности. Результаты для разных количеств ДМСО и воды в расчете на мас.% компонента А показаны в табл. 2 и 3 ниже.

Таблица 2

Влияние ДМСО и воды при 5°С и 20% ОВ

Время	19 ч	48 ч	+15,5 ч при 25°С/50% ОВ
1пЬеГ21пС 22 (0НА285/0НА027)	0	2	С,
+ 4% воды	1	4	с
+ 4% ДМСО+4% воды	2 +	4	с,
+ 4% ДМСО	3	4 +	с(
+4% ДМСО+4% воды	3 +	5	с,
+ 3% ДМСО+1% воды	2 +	3	3 + /4
+ 3% ДМСО+3% воды	3	3 +	3 + /4

Таблица 3

Влияние ДМСО и воды при 25°С и 10% ОВ

В	ремя	6 ч	19 ч	+5 ч при 24°С/44% ОВ
ΙηΕβΓζίηο 22	(ОНА285/ОНА027)	0	1	3
+1% ДМСО	0 +	2	4
+1% ДМСО+1%	водь;	1	2 +	4 + /5
+1% ДМСО+4%	воды	2	3 + /3	5
+4% ДМСО	2 +	3 +	5
+4% ДМСО+4%	воды	2 + /3	4 +	5

Обзор табл. 2 и 3 свидетельствует, что ДМСО в достаточных количествах улучшает отверждение покрытия и что количество воды в комбинации с ДМСО не оказывает существенного влияния на отверждение. Также покрытие обычно продолжало затвердевать после того, как ОВ увеличивали после теста с низкой ОВ.

Claims (9)

1. Композиция влагоотверждаемого покрытия, отверждаемого при низкой влажности, содержащая:

a) влагоотверждаемый связующий компонент, который содержит: ί) материал на основе алкилсиликата и ίί) по меньшей мере один органический растворитель, и

b) увлажняющий компонент, который содержит медленно испаряющийся летучий увлажнитель, выбранный из группы, состоящей из диметилсульфоксида (ДМСО), моноэфиров диэтиленгликоля, пропиленкарбоната и их смесей, при этом увлажнитель присутствует в количестве от 1 до 8 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента, и

c) цинковый компонент.

2. Композиция покрытия по п.1, причем композиция является двухкомпонентной композицией цинксиликатного покрытия, где материал на основе алкилсиликата является промежуточным продуктом гидролиза алкилсиликата, представляющим собой продукт реакции алкилсиликата и по меньшей мере одного смешивающегося с водой спиртового растворителя, причем органический растворитель является простым эфиром гликоля или спиртовым растворителем, и присутствует в количестве от 1 до 15 мас.% в расчете на общую массу цинксиликатного покрытия, причем цинковый компонент выбран из группы, состоящей из порошка цинка, оксида цинка или их смесей.

3. Композиция покрытия по п.1 или 2, причем увлажнитель является диметилсульфоксидом (ДМСО).

4. Композиция покрытия по любому из пп.1-3, причем композиция содержит воду в количестве до 4 мас.% в расчете на композицию покрытия.

5. Композиция покрытия по любому из пп.1-4, причем увлажнитель присутствует в количестве от 2 до 7 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента.

6. Композиция покрытия по любому из пп.1-5, причем увлажнитель присутствует в количестве от 3 до 6 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажняющего компонента.

7. Способ отверждения композиции влагоотверждаемого покрытия в условиях низкой влажности, где композиция влагоотверждаемого покрытия является двухкомпонентной композицией цинксиликатного покрытия, содержащей алкилсиликатный связующий компонент и цинковый компонент, включающий этапы, на которых:

a) обеспечивают алкилсиликатный связующий компонент;

b) добавляют медленно испаряющийся летучий увлажнитель, выбранный из группы, состоящей из диметилсульфоксида (ДМСО), моноэфиров диэтиленгликоля, пропиленкарбоната и их смесей, к алкилсиликатному связующему компоненту в количестве от 1 до 8 мас.% в расчете на общую массу связующего компонента и увлажнителя;

c) перемешивают полученную в результате композицию, содержащую увлажнитель, для обеспечения композиции покрытия, отверждаемого при низкой влажности;

й) добавляют цинковый компонент к покрытию, отверждаемому при низкой влажности, с этапа с); е) наносят полученную на этапе с) композицию покрытия, отверждаемого при низкой влажности, на подложку и

ί) выполняют отверждение композиции покрытия, отверждаемого при низкой влажности, на подложке в условиях относительной влажности, составляющей 50% или меньше.

8. Способ по п.7, причем увлажнителем является ДМСО.

9. Способ по п.7, в котором увлажнитель присутствует в количестве от 2 до 7 мас.% в расчете на композицию покрытия, отверждаемого при низкой влажности на этапе с).