Композиція для покриття

Изобретение относится к полимерным покрытиям на основе эпоксидно-фенольных композиций, которые могут быть использованы для покрытий по жести, алюминию и другим металлам, используемым при изготовлении цельноштампованной консервной тары. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является композиция для покрытий [1], включающая эпоксидиановую смолу, бутоксилированную фенолформальдегидную смолу, алкидно-эпоксидную смолу, ортофосфорную кислоту и органический растворитель. Известная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Покрытия на основе этой композиции имеют недостаточно высокую коррозионную стойкость, а также характеризуются недостаточной эластичностью и адгезией к металлу, что приводит к значительному экономическому ущербу из-за высокого процента брака при изготовлении цельноштампованной консервной тары. Объясняется это тем, что в известной композиции происходит самосшивание фенольного компонента - бутоксилированной фенолформальдегидной смолы, а взаимодействие его с эпоксидным компонентом эпоксидиановой смолой является недостаточным для обеспечения высоких физико-механических свойств покрытия. Из-за частичного разделения фенольного и эпоксидного компонентов на две отдельные фазы в матрице покрытия в процессе поликонденсации снижается его коррозионная стойкость. Недостаточно полная совместимость указанных компонентов в процессе поликонденсации обуславливает также недостаточно высокую эластичность полученного покрытия и его низкую адгезию к металлу после стерилизации. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования композиции для покрытий, в которой путем использования исходных компонентов в новом соотношении обеспечивается увеличение совместимости эпоксидного и фенольного компонентов композиции и за счет этого достигается повышение коррозионной стойкости покрытия, его эластичности и адгезии к металлу. Поставленная задача решается тем, что в известной композиции для покрытий, включающей эпоксидиановую смолу, бутоксилированную фенолформальдегидную смолу, алкидноэпоксидную смолу, ортофосфорную кислоту и органический растворитель, согласно предлагаемому изобретению, новым является то, что в качестве эпоксидиановой смолы композиция содержит смесь эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 при их соотношении 1 : (0,1 - 1), а в качестве органического растворителя - смесь полярного растворителя с ароматическим растворителем в соотношении 1 : (0,5 - 1,2) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существуе т следующая причинно-следственная связь. Использование в качестве эпоксидиановой смолы смеси эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 при их заявляемом соотношении обеспечивает более широкое молекулярно-массовое распределение эпоксидного компонента, что обуславливает повышение его совместимости с фенольним компонентом композиции при поликонденсации и препятствует и х разделению на две отдельные фазы в матрице покрытия. Это приводит к снижению внутренних напряжений в покрытии и, следовательно, обеспечивает повышение его коррозионной стойкости, эластичности и адгезии к металлической поверхности. Использование в качестве органического растворителя смеси полярного растворителя с ароматическим растворителем в заявляемом соотношении также обеспечивает повышение совместимости эпоксидного и фенольного компонентов, что приводит к увеличению доли реакции фенольного компонента с эпоксидным по отношению к реакции самосшивания фенольного компонента. Следовательно, предотвращается процесс разделения эпоксидного и фенольного компонента при сушке покрытия на две фазы, что приводит к повышению коррозионной стойкости покрытия, его эластичности и адгезии к металлу. Заявляемое соотношение компонентов в композиции при заявляемом соотношении эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 между собой и при заявляемом соотношении полярного и ароматического растворителей между собой является оптимальным, что установлено экспериментально, и обеспечивает получение покрытий с наиболее высокими физикомеханическими свойствами: коррозионной стойкостью, эластичностью и адгезией к металлической поверхности. Заявляемую композицию для покрытий изготавливают следующим образом. В реактор, оборудованный мешалкой, обратным холодильником и рубашкой для обогрева, загружают заявляемое количество смеси полярного растворителя с ароматическим растворителем при их соотношении 1 : (0,5 - 1,2). Затем загружают заявляемое количеству смеси эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 при их заявляемом соотношении. Полученную смесь нагревают до 65 - 75°C при перемешивании. После растворения эпоксидиановых смол в раствор добавляют заявляемые количества бутоксилированной фенолформальдегидной смолы, алкидно-эпоксидной смолы и ортофосфорной кислоты. Полученную смесь перемешивают и разливают в тар у. Приготовленную композицию наносят на листовой металл (белая жесть, черная жесть, хромированная жесть, алюминий и его сплавы) с помощью машин валкового типа. Полученные покрытия отверждают при 185 - 210°C в течение 10 - 12мин. В качестве эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 1600 - 2000 используют смолы (фирмы (фирма (Россия). В качестве эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 3000 - 3500 используют смолы (фирма (фирма (Россия). В качестве полярного растворителя используют бутилцеллозольв, этилцеллозольв, пропиленгликоль, а в качестве ароматического растворителя ксилол, изопропиленгликоль, бутилбензол. Заявляемая композиция для покрытий может содержать известные добавки для улучшения розлива (например, кремнийорганический олигомер), скользящие добавки (например, окисленный полиэтиленовый воск). Заявляемая композиция для покрытий изготовлена и испытана в лабораторных условиях. Примеры исполнения композиций для покрытий представлены в табл.1, а свойства покрытий на основе указанных композиций - в табл.2. Для изготовления композиций для покрытий по примерам, приведенным в табл,1, использовали: эпоксидиановую смолу молекулярной массой 1600 - 2000; с эпоксидиановую смолу с молекулярной массой 3000 - 3500; - бутоксилированную фенолформальдегидную смолу - алкидно-эпоксидную смолу - ортофосфорную кислоту; - этилцеллозольв (ГОСТ 8313 - 88); - ксилол. В примерах 1 - 7 изменяли соотношение компонентов в композиции при оптимальном заявляемом соотношении эпоксидиановых смол между собой и оптимальном заявляемом соотношении органических растворителей между собой, при этом в примерах 2 - 6 представлены композиции с заявляемым соотношением компонентов, а в примерах 1, 7 - композиции с запредельным соотношением компонентов. В примерах 8 - 11 изменяли соотношение эпоксидиановых смол между собой при оптимальном заявляемом содержании компонентов в композиции. В примерах 12 - 15 изменяли соотношение органических растворителей между собой при оптимальном заявляемом содержании компонентов в композиции. В примере 16 приведен состав композиции для покрытий по прототипу. Изготовленные композиции наносили на листы из жести электролитического лужения ЭЖК-2 толщиной 0,22 - 0,25мм на пилотной установке. Для отверждения покрытия листы нагревали в конвекционной печи с газовым нагревом при температуре 185 - 210°C в течение 10 - 12мин, получая в результате покрытия толщиной 4 - 6мкм. Полученные покрытия испытывали, определяя следующие свойства: - коррозионную стойкость, которую оценивали по стойкости покрытия к стерилизации в модельных средах на модельных стаканчиках с коэффициентом вытяжки 0,6; 0,8; 1,0; - адгезию после стерилизации, баллы; - прочность покрытия на растяжение, мм. Для определения стойкости покрытия к стерилизации из образцов с нанесенным покрытием изготавливали модельные стаканчики на прессе "Эриксен-227" с различными коэффициентами вытяжки - 0,6; 0,8; 1,0. Коэффициент вытяжки определяется отношением высоты модельного стаканчика к его диаметру и характеризует эластичность покрытия. Изготовленные модельные стаканчики подвергали стерилизации (при 121°C в течение 1ч) в следующи х модельных средах: - в дистиллированной воде; - в 3% - ном растворе хлористого натрия; - в 2% - ном растворе винной кислоты; - в 3% - ном растворе уксусной кислоты; - в белковой жидкости; -в 3% - ном растворе молочной кислоты; - в смеси 0,5% - ного раствора сахара и 2% ного раствора лимонной кислоты. Адгезию покрытия после стерилизации определяли отрывом липкой ленты "скотч" от решетчатого надреза с шагом 1мм на поверхности пластины с покрытием. Определение адгезии производили по ГОСТ 15140 - 78. Прочность покрытия на растяжение определяли на прессе "Эриксен-224" путем выдавливания лунки различной глубины на пластине с покрытием в соответствии с ГОСТ 14147 - 80. Результаты испытаний покрытий приведены в табл.2. Как видно из данных, приведенных в табл.2, заявляемое соотношение компонентов в композиции является оптимальным (примеры 2 - 6, 9, 10, 13, 14) и обеспечивает получение покрытий с наиболее высокими физико-механическими свойствами: - стойкостью к стерилизации в испытываемых модельных средах на модельных стаканчиках с наибольшим коэффициентом 'вытяжки, равным 1,0, что характеризует высокую коррозионную стойкость и эластичность покрытия; - адгезией покрытия после стерилизации; - прочностью покрытия на растяжение, что также характеризует эластичность покрытия. Снижение содержания эпоксидиановых смол в композиции ниже заявляемого и увеличение содержания бутоксилированной фенолформальдегидной смолы в композиции выше заявляемого (пример 1) приводит к снижению адгезии покрытия после стерилизации, прочности на растяжение и стойкости к стерилизации: при определении последней на модельных стаканчиках с коэффициентом вытяжки 0,8 и 1,0 происходит отслаивание покрытия. В этом случае при отверждении покрытия в большей степени происходит самосшивание фенольного компонента композиции, чем реакция взаимодействия его с эпоксидным компонентом, что приводит к разделению эпоксидного и фенольного компонентов в матрице покрытия на две отдельные фазы. Повышение содержания эпоксидиановых смол в композиции выше заявляемого и снижение содержания бутоксилированной фенолформальдегидной смолы в композиции ниже заявляемого (пример 7) хотя и позволяет достичь высоких показателей адгезии покрытия после стерилизации и прочности на растяжение, однако приводит к снижению стойкости покрытия к стерилизации - наблюдались поматовение и шероховатости покрытия при испытаниях на модельных стаканчиках со всеми испытываемыми коэффициентами вытяжки. Изменение соотношения эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 между собой как в одну, так и в другую стороны от заявляемого соотношения (примеры 8, 11) приводит к снижению прочности на растяжение и стойкости к стерилизации: наблюдались шероховатости при испытаниях на модельных стаканчиках с коэффициентом вытяжки 1,0. Это объясняется тем, что при низком содержании эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 3000 - 3500 (пример 8) не обеспечивается достаточная плотность сшивки в покрытии. Затем с увеличением содержания указанной смолы плотность сшивки возрастает, что приводит к повышению коррозионной стойкости и эластичности покрытия. Однако при содержании эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 3000 - 3500 выше заявляемого эластичность и коррозионная стойкость покрытия начинают снижаться (пример 11). Изменение соотношения органических растворителей между собой как в одну, так и в другую стороны от заявляемого (примеры 12, 15), также приводит к снижению стойкости покрытия к стерилизации за счет снижения совместимости эпоксидного и фенольного компонентов композиции, что обуславливает их разделение в матрице на отдельные фазы при сушке покрытия. Покрытие, полученное на основе композиции по прототипу (пример 16), имеет более низкую прочность на растяжение, адгезию после стерилизации и обладает стойкостью к стерилизации в модельных средах только при испытаниях на модельных стаканчиках с коэффициентом вытяжки 0,6. Были изготовлены также композиции, содержащие заявляемые компоненты в оптимальном заявляемом соотношении и дополнительно известные добавки: - кремнийорганическую смолу КО-815 в количестве 0,5 - 3,0% для улучшения розлива композиции при нанесении покрытия; воск полиэтиленовый окисленный в количестве 0,005 - 0,1% - скользящая добавка. Испытания покрытий на основе указанных композиций показали, что эти добавки не оказывают влияния на физико-механические свойства покрытий. Композиции, составы которых приведены в табл.1, наносили также на листы из черной жести, хромированной жести, алюминия. Полученные покрытия затем испытывали вышеуказанными способами. Результаты испытаний были аналогичны результатам, приведенным в табл.2. Это подтверждает, что заявляемая композиция обеспечивает получение покрытий с высокими физико-механическими свойствами не только на белой жести, но и на других металлах, используемых для изготовления консервной тары. Были также изготовлены композиции для покрытий, в которых в качестве эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 1600 - 2000 использовали смолы 1007 и в качестве эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 3000 - 3500 - смолы и в качестве полярного растворителя бутилцеллозольв и пропиленгликоль, а в качестве ароматического растворителя изопропиленбензол и бутилбензол. Состав композиций, изготовленных на основе указанных исходных компонентов соответствовал составам, приведенным в табл.1. Физикомеханические свойства этих композиций были аналогичны свойствам, представленным в табл.2. Таким образом, заявляемая композиция для покрытий, которая в качестве эпоксидиановой смолы содержит смесь эпоксидиановых смол с молекулярной массой 1600 - 2000 и с молекулярной массой 3000 - 3500 при их соотношении 1 : (0,1 - 1), а в качестве органического растворителя - смесь полярного растворителя с ароматическим растворителем в соотношении 1 : (0,5 - 1,2) при заявляемом соотношении компонентов в композиции в совокупности с известными признаками, обеспечивает получение покрытий с высокими физико-механическими свойствами, а именно: - высокой коррозионной стойкостью; - высокой адгезией к широкому перечню металлов; - высокой эластичностью, что позволяет использовать заявляемую композицию в пищевой промышленности при изготовлении цельноштампованной консервной тары.