RU2790264C2

RU2790264C2 - Polyurethane protective coating

Info

Publication number: RU2790264C2
Application number: RU2020143998A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Нелюб; Максим Андреевич Орлов; Александр Николаевич Калинников; Иван Павлович Сторожук; Алексей Сергеевич Бородулин; Вячеслав Владимирович Богачёв; Ирина Александровна Поликарпова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СЕВЕРМАШ" (ООО "СЕВЕРМАШ")
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2023-02-15

Abstract

FIELD: material processing.

SUBSTANCE: present invention relates to protective coating based on polyurethane, namely to protective coatings applied to increase a service life of steel products and products of carbon fiber, when operating under extreme conditions. Protective coating is a two-component polyurethane system including components A and B. The component A of the polyurethane system consists of prepolymer based on polyester and toluene diisocyanate, and technical carbon, which is fine-dispersed powder, moisture content in which is no more than 3% of the weight. The component B consists of an amine hardener of urethane polymers, liquid low-molecular polyethylene glycol, and diethyl toluene diamine. Components A and B are mixed by quantitative transfer of the component B to the component A at a ratio of 1:5. Protective coating is applied to the surface by a spraying method.

EFFECT: obtained protective coatings allow for an increase in a service life of steel products and products of carbon fiber, as well as increase in convenience of application to obtain coating uniform by thickness; protective coatings have Shore A hardness of 80, tensile strength of 30 MPa, and elongation at break of 500%, in addition, when diluted with a solvent, the composition does not lose properties, and it can be applied by a sprayer.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к защитному покрытию на основе полиуретана, а именно к защитным покрытиям, наносимым с целью увеличения срока службы стальных изделий и изделий из углепластика при работе в экстремальных условиях.The invention relates to a protective coating based on polyurethane, and in particular to protective coatings applied to increase the service life of steel products and carbon fiber products when working in extreme conditions.

Уровень техникиState of the art

Настоящее изобретение относится к защитным составам, наносимым для повышения эксплуатационных свойств изделий из углепластика и стальных изделий.The present invention relates to protective compositions applied to improve the performance of carbon fiber products and steel products.

Из уровня техники известно техническое решение по патенту №RU 2435813 «Полимерная композиция для получения защитно-декоративных покрытий», правообладатель - ООО «Новые технологии». Изобретение относится к составам влагоотверждаемых 1К-полиуретановых композиций, предназначенных для получения защитно-декоративных (антикоррозионных или гидроизоляционных) покрытий на изделиях, конструкциях и сооружениях из металла, бетона, железобетона, эксплуатирующихся в водных средах, воздушных средах с высокой концентрацией агрессивных паров, а также в среде нефтесодержащих эмульсий и растворов. Полимерная композиция для получения защитно-декоративных покрытий содержит полиуретановый лак, полученный на основе полиоксипропилентриола с молекулярной массой 4500-5000 у.е. и полиизоцианата на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, содержащего 45-65 мас.% нелетучего остатка и 7,0-11,0 мас.% изоцианатных групп, и цветообразующий компонент, в качестве которого используют атмосферостойкие меламино-формальдегидные эмали МЛ с пониженной температурой сушки (группа 1 по ГОСТ 9825-73). Технический результат - создание отверждаемой влагой воздуха одноупаковочной полиуретановой композиции, обеспечивающей получение защитно-декоративных полимерных покрытий, обладающих повышенной атмосферостойкостью и более высоким уровнем физико-механических показателей, а также расширение ассортимента доступных цветообразующих компонентов для полиуретановых композиций.From the prior art, a technical solution is known according to patent No. RU 2435813 "Polymer composition for obtaining protective and decorative coatings", the copyright holder is New Technologies LLC. The invention relates to compositions of moisture-curing 1K-polyurethane compositions intended for obtaining protective and decorative (anti-corrosion or waterproofing) coatings on products, structures and structures made of metal, concrete, reinforced concrete, operated in aqueous media, air media with a high concentration of aggressive vapors, as well as in the environment of oil-containing emulsions and solutions. The polymer composition for obtaining protective and decorative coatings contains a polyurethane varnish obtained on the basis of polyoxypropylenetriol with a molecular weight of 4500-5000 c.u. and a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate containing 45-65 wt.% non-volatile residue and 7.0-11.0 wt.% isocyanate groups, and a color-forming component, which is used as weather-resistant melamine-formaldehyde enamels ML with reduced drying temperature (group 1 according to GOST 9825-73). EFFECT: creation of a single-package polyurethane composition cured by air moisture, providing protective and decorative polymer coatings with increased weather resistance and a higher level of physical and mechanical properties, as well as expanding the range of available color-forming components for polyurethane compositions.

ФГБОУ ВО «ВолГТУ» предложено техническое решение, раскрытое в патенте №RU 2649645 «Композиция для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий». Изобретение относится к композиции для формирования защитно-декоративного слоя на поверхности оснований, получаемых из резиновой крошки и связующего уретанового типа, которые могут быть использованы в строительстве при формировании эластичных спортивных площадок и кровельных покрытий. Композиция содержит 100-240 мас.ч. растворителя этилацетата, 4-16 мас.ч. полиизоцианата Desmodur 44V20L, 3-7 мас.ч. глицерина, 0.5 мас.ч. дибутилдилаурата олова и 2 мас.ч. ирганокса, а в качестве основы композиция содержит 100 мас.ч. уретанового каучука СКУ-8Тб и/или СКУ-8А. Использование данной композиции позволяет повысить физико-механические показатели материала поверхностного слоя, его озоностойкость и стойкость к термоокислительной деструкции.FGBOU VO "VolGTU" proposed a technical solution disclosed in patent No. RU 2649645 "Composition for the formation of the surface layer of polyurethane coatings". The invention relates to a composition for forming a protective and decorative layer on the surface of bases obtained from crumb rubber and a urethane-type binder, which can be used in construction when forming elastic sports grounds and roofing. The composition contains 100-240 wt.h. ethyl acetate solvent, 4-16 wt.h. polyisocyanate Desmodur 44V20L, 3-7 wt.h. glycerin, 0.5 wt.h. tin dibutyl dilaurate and 2 wt.h. irganoksa, and as a base, the composition contains 100 wt.h. urethane rubber SKU-8Tb and/or SKU-8A. The use of this composition makes it possible to increase the physical and mechanical properties of the surface layer material, its ozone resistance and resistance to thermal oxidative degradation.

Похожим техническим изобретением является патент №RU 2737743 «Полиуретановая композиция для защитных покрытий», правообладатель - ФГБОУ ВО «КНИТУ». Изобретение относится к полиуретановой композиции для получения защитных покрытий и может быть использовано для защиты металлических, бетонных, железобетонных, деревянных поверхностей строительных конструкций от коррозии и интенсивного воздействия различных агрессивных сред. Полиуретановая композиция для защитных покрытий содержит 100 мас.ч. полиоксипропиленгликоля с молекулярной массой 1000, 90-140 мас.ч. полиизоцианата на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, 1,2-5 мас.ч. триэтаноламина, 5-15 мас.ч. ортофосфорной кислоты, растворитель смесь толуола с ацетоном и этилацетатом и дополнительно содержит 2,5-15 мас.ч. фталевого ангидрида или 3,6-11 мас.ч. пиромеллитового диангидрида. Изобретение позволяет повысить твердость полиуретанового защитного покрытия на 30% и термостойкость на 22%.A similar technical invention is patent No. RU 2737743 "Polyurethane composition for protective coatings", the copyright holder is FGBOU VO "KNRTU". The invention relates to a polyurethane composition for producing protective coatings and can be used to protect metal, concrete, reinforced concrete, wooden surfaces of building structures from corrosion and intense exposure to various aggressive environments. Polyurethane composition for protective coatings contains 100 wt.h. polyoxypropylene glycol with a molecular weight of 1000, 90-140 wt.h. polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1.2-5 wt.h. triethanolamine, 5-15 wt.h. phosphoric acid, the solvent is a mixture of toluene with acetone and ethyl acetate and additionally contains 2.5-15 wt.h. phthalic anhydride or 3.6-11 wt.h. pyromellitic dianhydride. EFFECT: invention makes it possible to increase the hardness of the polyurethane protective coating by 30% and the heat resistance by 22%.

Компания Dow Global Technologies LLC (ДАУ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ ЭлЭлСи) является обладателем нескольких патентов в данной области как на территории Российской Федерации, так и за рубежом. За аналог заявленного изобретения примем патент данной компании №RU 2664546 «Напыляемое защитное покрытие на основе полиуретана», в котором представлено техническое решение, относящееся к напыляемой реакционной системе на основе полиуретана для формирования защитного покрытия в промышленных контейнерах. Реакционная система содержит первый компонент и второй компонент, причем продукт реакции первого компонента и второго компонента имеет предел прочности при растяжении по меньшей мере 1500 фунт/кв. дюйм (10,34 МПа) и относительное удлинение при разрыве в процентах по меньшей мере 400. Первый компонент представляет собой продукт реакции полиольного компонента и изоцианатного компонента, где полиольный компонент включает первый бутиленоксид-пропиленоксидный сополимер-полиол, имеющий содержание полиоксибутилена по меньшей мере 50 мас.%, из расчета на общую массу первого бутиленоксид-пропиленоксидного сополимер-полиола, а изоцианатный компонент включает по меньшей мере один полиизоцианат, причем вязкость первого компонента составляет меньше чем 1500 сП при 25°С. Второй компонент содержит второй бутиленоксид-пропиленоксидный сополимер-полиол, имеющий содержание полиоксибутилена по меньшей мере 50 мас.%, из расчета на общую массу второго бутиленоксид-пропиленоксидного сополимер-полиола, причем вязкость второго компонента составляет меньше чем 1500 сП при 25°С. При этом разница между вязкостями первого компонента и второго компонента в пределах температурного интервала от 60 до 80°С составляет от -150 до 150 сП, и по меньшей мере один компонент, выбранный из группы полиольного компонента и второго компонента, включает содержащий первичный гидроксил полиол. Также предложено защитное покрытие, сформированное из указанной реакционной системы. Технический результат - получение напыляемой рецептуры, проявляющей высокую реакционную способность при напылении на поверхность большого промышленного контейнера с формированием защитного покрытия, имеющего предел прочности при растяжении по меньшей мере 1500 фунт/кв. дюйм (10,34 МПа) и относительное удлинение при разрыве в процентах по меньшей мере 400, что придает контейнеру устойчивость к химическим воздействиям, например, стойкость к действию кислот.Dow Global Technologies LLC (DAU GLOBAL TECHNOLOGIES LLSI) is the owner of several patents in this area both in the Russian Federation and abroad. As an analogue of the claimed invention, we will take the patent of this company No. RU 2664546 "Sprayed protective coating based on polyurethane", which presents a technical solution related to a sprayed reaction system based on polyurethane for forming a protective coating in industrial containers. The reaction system comprises a first component and a second component, wherein the reaction product of the first component and the second component has a tensile strength of at least 1500 psi. inch (10.34 MPa) and a percentage elongation at break of at least 400. The first component is the reaction product of a polyol component and an isocyanate component, where the polyol component includes a first butylene oxide-propylene oxide copolymer polyol having a polyoxybutylene content of at least 50 wt.%, based on the total weight of the first butylene oxide-propylene oxide copolymer polyol, and the isocyanate component includes at least one polyisocyanate, and the viscosity of the first component is less than 1500 centipoise at 25°C. The second component contains a second butylene oxide-propylene oxide copolymer polyol having a polyoxybutylene content of at least 50 wt.%, based on the total weight of the second butylene oxide-propylene oxide copolymer polyol, and the viscosity of the second component is less than 1500 centipoise at 25°C. At the same time, the difference between the viscosities of the first component and the second component within the temperature range from 60 to 80°C is from -150 to 150 centipoise, and at least one component selected from the group of the polyol component and the second component includes a primary hydroxyl-containing polyol. A protective coating formed from said reaction system is also proposed. EFFECT: obtaining a spray formulation exhibiting high reactivity when sprayed onto the surface of a large industrial container with the formation of a protective coating having a tensile strength of at least 1500 psi. inch (10.34 MPa) and elongation at break percentage of at least 400, which gives the container chemical resistance, such as acid resistance.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Изобретение представляет собой защитное покрытие, представляющее собой двухкомпонентную полиуретановую систему типа А+Б, разбавляемую органическим растворителем перед напылением с помощью пульверизатора.The invention is a protective coating, which is a two-component polyurethane system of type A + B, diluted with an organic solvent before spraying with a spray gun.

Характеристики защитного напыляемого состава:Characteristics of the protective spray composition:

Защитное покрытие состоит из двух компонентов А и Б. Компонент А состоит из преполимера, представляющего собой твердую белую массу и переходящий в прозрачную жидкость при температуре выше +30°С, вязкость которой составляет 6,5±2 Па⋅с, и содержание NCO - 6.0±0.3% от массы, и технического углерода, представляющего собой мелкодисперсный порошок черного цвета и содержание влаги в котором не более 3% от массы. Компонент Б состоит из отвердителя уретановых преполимеров, представляющего собой порошок от желтого до желто-серого цвета и имеющего температуру плавления +103°С, жидкого низкомолекулярного полиэтиленгликоля, массовая доля воды которого не более 0,5% от массы, потеря массы при сушке которого составляет не более 3% от массы, и жидкого отвердителя эпоксидных смол, представляющего собой прозрачную жидкость желтоватого цвета и температурой плавления -15°С. В готовом составе компоненты А и Б имеют соотношение 5:1, и в целях нанесения методом напыления с помощью пульверизатора разбавляются растворителем.The protective coating consists of two components A and B. Component A consists of a prepolymer, which is a solid white mass and turns into a transparent liquid at temperatures above +30°C, the viscosity of which is 6.5±2 Pa⋅s, and the NCO content is - 6.0 ± 0.3% by weight, and technical carbon, which is a fine black powder and the moisture content of which is not more than 3% by weight. Component B consists of a urethane prepolymer hardener, which is a powder from yellow to yellow-gray in color and has a melting point of +103 ° C, liquid low molecular weight polyethylene glycol, the mass fraction of water of which is not more than 0.5% of the mass, the weight loss upon drying of which is not more than 3% by weight, and a liquid epoxy resin hardener, which is a transparent yellowish liquid with a melting point of -15°C. In the finished composition, components A and B have a ratio of 5: 1, and for the purpose of spraying with a spray gun, they are diluted with a solvent.

Технический результат заключается в увеличении срока эксплуатации стальных изделий и изделий из углепластика при нанесении защитного состава, а также в повышении удобства нанесения для получения равномерного по толщине покрытия.The technical result is to increase the service life of steel products and products made of carbon fiber when applying a protective composition, as well as to increase the ease of application to obtain a coating that is uniform in thickness.

Технический результат достигается тем, что заявленное напыляемое защитное покрытие представляет собой отвержденный резиноподобный материал с повышенной прочностью, твердость которого по Шор А составляет 80, прочность которого при разрыве - 30 МПа и удлинение при разрыве - 500%, а также тем, что при разбавлении растворителем состав не теряет свойств и может наноситься пульверизатором.The technical result is achieved by the fact that the claimed sprayed protective coating is a hardened rubber-like material with increased strength, the hardness of which according to Shore A is 80, the strength of which at break is 30 MPa and the elongation at break is 500%, and also by the fact that when diluted with a solvent the composition does not lose its properties and can be applied with a spray gun.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Двухкомпонентный защитный состав может быть получен и использован следующим образом. В качестве реактивов могут использоваться любые, известные специалистам данной области вещества, имеющие указанные характеристики.A two-component protective composition can be obtained and used as follows. As reagents, any substances known to those skilled in the art having the indicated characteristics can be used.

Компонент А получают перемешиванием в течение 15 минут 831,3 г преполимера на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата (ТДИ), представляющий собой твердую белую массу и переходящий в прозрачную жидкость при температуре выше +30°С, вязкость которой составляет 6,5±2 Па⋅с, и содержание NCO - 6.0±0.3% от массы, заранее разогретого в течение 7 часов при температуре 50-60°С, и 1,7 г технического углерода, представляющего собой мелкодисперсный порошок черного цвета с содержанием влаги не более 3 мас.%, при этом придерживаясь частоты перемешивания - 60 об/мин. После чего полученный продукт плотно закрывают крышкой и держат в термошкафу или термокамере при 50-60°С до начала смешивания с компонентом Б.Component A is obtained by stirring for 15 minutes 831.3 g of a prepolymer based on polyether and toluene diisocyanate (TDI), which is a solid white mass and turns into a transparent liquid at a temperature above +30 ° C, the viscosity of which is 6.5 ± 2 Pa ⋅s, and the content of NCO - 6.0 ± 0.3% by weight, preheated for 7 hours at a temperature of 50-60 ° C, and 1.7 g of carbon black, which is a fine black powder with a moisture content of not more than 3 wt. %, while adhering to the mixing frequency - 60 rpm. After that, the resulting product is tightly closed with a lid and kept in an oven or heat chamber at 50-60°C until mixing with component B.

Компонент Б получают перемешиванием с помощью стеклянной или металлической палочки 116,9 г аминного отвердителя преполимера, представляющего собой гранулы от желтого до желто-серого цвета с температурой плавления 103°С и массовой долей воды не более 0,35 мас.%, 48,4 г жидкого низкомолекулярный полиэтиленгликоль с массовой долей воды не более 0,5 мас.%, и потерей массы при сушке не более 3 мас.%, и 1,7 г жидкого отвердителя эпоксидных смол (диэтилтолуолдиамин), представляющего собой прозрачную жидкость желтоватого цвета с температурой плавления -15°С, до однородной массы. После чего помещают в термошкаф с температурой 155°С на 25-30 минут. После прогрева массы до 145-155°С нижний слой аминного отвердителя преполимера плавится, и образуется двухслойная жидкая система. Содержимое емкости тщательно перемешивают в течение 15 мин (частоты перемешивания - 60об/мин) до получения однородного раствора желто-коричневого цвета, плотно закрывают крышку и переносят в термошкаф или термокамеру с температурой 50-60°С.Component B is obtained by mixing with a glass or metal rod 116.9 g of an amine prepolymer hardener, which is granules from yellow to yellow-gray in color with a melting point of 103 ° C and a mass fraction of water of not more than 0.35 wt.%, 48.4 g of liquid low molecular weight polyethylene glycol with a mass fraction of water of not more than 0.5 wt.%, and a weight loss upon drying of not more than 3 wt.%, and 1.7 g of liquid epoxy resin hardener (diethyltoluene diamine), which is a transparent yellowish liquid with a temperature melting -15°C, until homogeneous. Then they are placed in an oven with a temperature of 155°C for 25-30 minutes. After heating the mass to 145-155°C, the lower layer of the amine hardener of the prepolymer melts and a two-layer liquid system is formed. The contents of the container are thoroughly mixed for 15 minutes (stirring frequency - 60 rpm) until a homogeneous yellow-brown solution is obtained, the lid is tightly closed and transferred to a heating cabinet or a heating chamber with a temperature of 50-60°C.

Смешивают компоненты А и Б при температуре 50-60°С путем количественного переноса компонента Б в емкость с компонентом А. Смесь компонентов А и Б тщательно перемешивают 20 мин до получения теплого однородного раствора. Придерживаться частоты перемешивания 60 об/мин.Components A and B are mixed at a temperature of 50-60°C by quantitative transfer of component B into a container with component A. The mixture of components A and B is thoroughly mixed for 20 minutes until a warm homogeneous solution is obtained. Adhere to a mixing frequency of 60 rpm.

Для снижения вязкости защитного состава под распыление пневматическим распылителем смеси А+Б добавляют растворитель, например Р4, в требуемом соотношении. Для изделий из углепластика, например, соотношение 1:1, для стальных изделий - 3:1. В результате получают готовый к распылению раствор реакционной смеси. Время жизни такого раствора составляет не менее 1,5 часов в зависимости от температуры окружающей среды, при большем времени выдержки раствор желируется и уже не подлежит распылению.To reduce the viscosity of the protective composition, a solvent, for example P4, is added in the required ratio for spraying mixtures A + B with a pneumatic sprayer. For carbon fiber products, for example, the ratio is 1:1, for steel products - 3:1. The result is a solution of the reaction mixture ready for spraying. The life time of such a solution is at least 1.5 hours, depending on the ambient temperature, with a longer exposure time, the solution gels and is no longer subject to spraying.

Claims

Protective coating, which is a two-component polyurethane system of type A + B, characterized in that component A consists of a prepolymer based on polyether and toluene diisocyanate, which is a white solid mass that turns into a transparent liquid at temperatures above +30 ° C, the viscosity of which is 6.5 ± 2 Pa⋅s and the content of NCO - 6.0 ± 0.3% by weight, and carbon black, which is a fine black powder and the moisture content in which is not more than 3% by weight, and component B consists of a urethane prepolymer hardener, which is an amine hardener for urethane polymers, namely a powder from yellow to yellow-gray in color, and having a melting point of +103 ° C, liquid low molecular weight polyethylene glycol, the mass fraction of water of which is not more than 0.5% by weight, the weight loss during drying of which is not more than 3% by weight, and a liquid epoxy resin hardener, which is diethyltoluene diamine and is a a yellowish crustacean liquid with a melting point of -15°C, mixed by quantitative transfer of component B to component A in a ratio of 1:5 and further diluted with a solvent, applied to the surface by spraying.