Поліефірна порошкова композиція для захисного покриття

Поліефірна порошкова композиція для захисного покриття, яка містить поліетилентерефталат, пластифікатор, термостабілізатор та наповнювач, яка відрізняється тим, що як пластифікатор, який C2 1 3 85655 талевої поверхні та низьку міцність при розриві. Крім того, відома композиція має вузький діапазон температури формування та підвищену текучість розплаву в процесі нанесення покриття. Найбільш близькою є полімерна композиція для захисного покриття (прототип), що містить поліетилентерефталат (50-90), епоксидну смолу (0,5-15), комбінований пластифікатор (5-45), антиоксидант (0,1-2), бензоат натрію (0,1-5), мінеральний наповнювач (0,5-15) [3]. Відома композиція виготовляється та наноситься на захисні матеріали при температурах 130-150°С і забезпечує адгезію покриття до алюмінію 17Н/см, адгезію до сталі 30-32Н/см. Недоліком відомої композиції та покриття на її основі є низька міцність покриття при розриві, незначне відносне подовження при розриві, низька стійкість покриття до удару та низька адгезія до металевої поверхні, що значно обмежує галузь застосування полімерної композиції. В основу винаходу поставлено задачу створення поліефірної порошкової композиції для захисного покриття з високою адгезійною міцністю до сталі та алюмінію та поставлена задача підвищення міцності покриття при розриві, підвищення відносного подовження покриття при розриві, підвищення міцності при ударі, пом'якшення умов переробки поліетилентерефталату з метою попередження його деструкції, розробка економічно доцільного способу використання вторинного ПЕТФ. Поставлена задача вирішується тим, що поліефірна порошкова композиція для захисного покриття включає поліетилентерефталат, пластифікатор, термостабілізатор та наповнювач, яка виготовлена із застосуванням комбінованого органічного розчинника поліетилентерефталату (ефіри орто-фталевої кислоти загальної формули: oC6H4(COOR)2 (де R - алкіл С1–С4) та як пластифікатор містить фталатний пластифікатор - діметилфталат, діетилфталат, дібутилфталат або їх суміші у всіх співвідношеннях, як термостабілізатор Іргафос 168, як наповнювач - суміш двоокису титану та оксиду магнію у співвідношенні 5:1 та додатково містить співполімер етилену Ельвалой AM, тіксотропну добавку - аеросил-АМ-1-300 при наступному співвідношенні компонентів (% мас.): Поліетилентерефталат 85-97,5 Співполімер Ельвалой AM 1,5-12,5 Пластифікатор 0,3-5,5 Термостабілізатор 0,2-1,3 Тіксотропна добавка 0,1-0,8 Наповнювач 0,5-10,5 Відомо, що поліетилентерефталат при звичайних умовах не розчиняється в органічних розчинниках, що значно ускладнює задачу переробки вторинного ПЕТФ у вигляді пластикової посуди та плівок, які забруднюють навколишнє середовище. При нагріванні ПЕТФ розчиняється в фенолах, їх хлор- та амінопохідних, аніліні та деяких інших розчинниках, які є досить токсичними для застосування в складах полімерних композицій. Авторами вперше було знайдено, що при підвищеній температурі ПЕТФ легко розчиняється в ефірах офталевої кислоти з простими спиртами, які за хімічним складом, будовою та параметрами розчин 4 ності є досить близькими. Головною відмінністю запропонованого рішення є те, що при розчиненні ПЕТФ в запропонованих ефірах, при концентрації ПЕТФ до 48% та при охолодженні розчину, ПЕТФ випадає в осад у вигляді дрібнодисперсного порошку з діаметром частинок 50-100мкм. Після промивки осаду незначною кількістю етилацетату або іншого розчинника і просушування, порошок ПЕТФ може бути використаний для нанесення на поверхню металу напиленням або іншим одним із відомих способів. Надлишок ефіру, який перейшов у фільтрат разом з етилацетатом, після рекуперації може бути використаний повторно. При концентрації ПЕТФ від 50% до 90% розчин набуває нових властивостей, а саме - переходить у в'язкотекучий (клеєподібний) стан. При охолодженні такого розчину він переходить у твердий полімерний матеріал з високою механічною міцністю і може бути використаний в якості захисного покриття або клею-розплаву для нанесення на поверхню металу, бетону, дерева або пластмаси. В якості вихідної сировини для виготовлення порошкової композиції використовують товарний гранульований ПЕТФ або подрібнені відходи пластикової посуди із ПЕТФ з індексом текучості розплаву 7-9г/10хв., розміром 1-3мм. В якості пластифікатора застосовують ефіри о-фталевої кислоти, які одночасно є розчинниками ПЕТФ - діметилфталат Tкип 280°С (734мм.рт.ст), діетилфталат Tкип 289,5°С (760мм.рт.ст.), дібутилфталат Tкип . 335°С (760мм.рт.ст.) або їх суміші у всіх співвідношеннях. Вказані сполуки відомі також, як репеленти - засоби для відлякування комах та кліщів. В запропонованому рішенні ефіри офталевої кислоти застосовані з цільовим призначенням - як розчинники поліетилентерефталату. Залишки цих сполук, які містяться в порошку ПЕТФ після його промивки етилацетатом або іншим розчинником виконують роль пластифікаторів. Співполімер Ельвалой AM - реактивний термополімер етилену з хімічною абревіатурою ЕГА (етилен/гліцідил/акрилат) випускається фірмою DuPont, як модифікатор бітумів. Цей термополімер етилену складається з поліетиленової основи модифікованої гліцідиловими та акрилатними групами. В складі покриття на основі запропонованої поліетилентерефталатної порошкової композиції добавки Ельвалой AM підвищують еластичність покриття, стійкість до розтріскування, стійкість до удару та відносне подовження при розриві. Крім того, добавки вказаного співполімеру етилену дозволяють підвищити адгезійну міцність покриття до металів та регулювати в'язкість розплаву в процесі його нанесення на поверхню. В якості термостабілізатора застосовують три(2,4-ді-трет-бутил-феніл)фосфіт відомий під торговою маркою Іргафос 168 (фірма „Ціба" Швейцарія). Вказаний термостабілізатор відомий, як стійкий до гідролізу стабілізатор фосфатного тип у. Аеросил AM-1-300 модифікований діметилдіхлорсиланом застосовується, як тіксотропна добавка, з метою регулювання в'язкості, підвищення сипучості та попередження грудкування порошко 5 85655 вої композиції в процесі її зберігання та застосування. В якості наповнювача застосовують окис магнію та двоокис титану у співвідношенні 1:5. Окис магнію застосовується, як сполука, здатна зв'язувати воду та вуглекислий газ. Двоокис титану застосовується з метою підвищення механічної міцності та декоративного вигляду покриття. Співвідношення підібрано експериментальним шляхом. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропонована поліефірна порошкова композиція відрізняється від відомої введенням нових компонентів, таких як, співполімер етилену Ельвалой AM, та аеросил АМ-1-300, які при сукупності інгредієнтів композиції пом'якшують умови виготовлення та підвищують фізикомеханічні, адгезійні та захисні властивості покриття на основі поліетилентерефталату. Крім того, композиція містить інший термостабілізатор, інший наповнювач, а в якості фталатного пластифікатора додатково містить дібутилфталат. Виготовлення поліефірної порошкової композиції здійснюється за наступною схемою: 1. Виготовлення порошкової поліефірної композиції в реакторі закритого типу з наступною фільтрацією та сушінням. 2. Ме ханічне змішування порошкової композиції з цільовими домішками та підготовка до застосування за призначенням. Виготовлення поліефірної порошкової композиції за запропонованим винаходом пояснюється наступними конкретними прикладами виконання. Приклад 1 В термостатований реактор з мішалкою та холодильником завантажують 85г дібутилфталату, 13,5г подрібненого вторинного ПЕТФ з розміром частинок 1-3мм і залишковою вологістю не більше 0,03%, 1,5г співполімеру Ельвалой AM і перемішують в атмосфері азоту при 140-150°С протягом 30 хвилин, до одержання гомогенного розчину з концентрацією ПЕТФ близько 15%. Після охолодження одержують 100г дрібнодисперсного порошку. Температура плавлення порошку складає 125°С. Одержаний порошок переносять на фільтр промивають 50мл етилацетату і просушують його в вакуумі при 80-100°С . Одержують 14,8г порошку з концентрацією ПЕТФ 97-98% і Тпл.225°С. Фільтрат упарюють для регенерації етилацетату, а маслянистий залишок пластифікатору може бути використаний повторно для розчинення поліетилентерефталату. Виготовленій таким чином порошок засипають у лопатковий змішувач спільно з термостабілізатором, аеросилом та наповнювачем згідно рецепту за прикладом. Суміш перемішують протягом 10 хвилин, а потім перепускають через сепаратор типу МРС з метою підвищення її сипучості. Готову поліефірну порошкову композицію наносять на заґрунтовану металеву поверхню одним із відомих способів. Приклад 2 В термостатований реактор з мішалкою та холодильником завантажують 70г діетилфталату, 27,5г подрібненого вторинного або гранульованого 6 поліетилентерефталату з індексом текучості розплаву 7,5г/10хв, розміром гранул 1-3мм і залишковою вологістю не більше 0,02%, 2,5г співполімеру Ельвалой AM і перемішують в атмосфері азоту при 145-155°С протягом 30-40 хвилин, до одержання гомогенного розчину з концентрацією ПЕТФ близько 30%. Після охолодження зі швидкістю 5°/хв. до 25°С одержують 100г дрібнодисперсного порошку. Температура плавлення порошу складає 130°С. Одержаний порошок промивають 50г етилацетату і просушують в вакуумі при 80-100°С. Одержують 29г порошку з концентрацією ПЕТФ 97-98% і Tпл 245°С. Фільтрат упарюють для регенерації етилацетату, а маслянистий залишок пластифікатору може бути використаний повторно для розчинення поліетилентерефталату. Виготовленій таким чином порошок висипають у лопатковий змішувач спільно з термостабілізатором, аеросилом та наповнювачем згідно рецепту за прикладом. Суміш перемішують протягом 10 хвилин, а потім перепускають через сепаратор типу МРС з метою підвищення її сипучості. Готову поліефірну порошкову композицію наносять на заґрунтовану металеву поверхню одним із відомих способів. Приклад 3 В термостатований реактор з мішалкою та холодильником завантажують 60г діметилфталату, 37,5подрібненого вторинного ПЕТФ з розміром частинок 1-3мм і залишковою вологістю не більше 0,02%, 2,5г співполімеру Ельвалой АМ і перемішують в атмосфері аргону при 160-165°С протягом 30-40 хвилин до одержання гомогенного розчину з концентрацією ПЕТФ близько 40%. Гарячий розчин ПЕТФ виливають на скляний фільтр, де він охолоджуючись, відразу ж переходить в густу порошкоподібну масу. Подають вакуум і видаляють із одержаної маси пластифікатор. Залишковий пластифікатор видаляють промиваючи порошок на фільтрі невеликою кількістю (50-60мл) етилацетату. Виготовлений порошок просушують в вакуумі при 80-100°С протягом однієї години. Одержують 38г порошку з концентрацією ПЕТФ 98% і Tпл 265°С. Фільтрат упарюють для регенерації етилацетату, а масляний залишок пластифікатору може бути використаний повторно для розчинення ПЕТФ. Виготовленій таким чином порошок засипають у лопатковий змішувач спільно з термостабілізатором, аеросилом та наповнювачем згідно рецепту за прикладом. Суміш перемішують протягом 10 хвилин, а потім перепускають через сепаратор типу МРС з метою підвищення її сипучості. Готову поліефірну порошкову композицію наносять на заґрунтовану металеву поверхню одним із відомих способів. Порошкова поліефірна композиція виготовлена за прикладами 1-3 може бути використана для нанесення покриття безпосередньо, відразу після просушування. Кращий позитивний ефект досягається після додаткової механічної обробки порошкової композиції спільно з цільовими домішками. 7 85655 Приклади композицій 4-14 виготовлені аналогічно наведеним прикладам 1-3, відрізняються тільки кількості компонентів. Приклад 14 виготовлено аналогічно складу прототипу, без співполімеру Ельвалой AM та аеросилу. Склади одержаних композицій наведені в табл. 1. Композицію можна виготовити на промисловому устатк уванні. Загальний час виготовлення поліефірної порошкової композиції в змішувачі закритого типу складає 1,5-2,0 години при температурі 155-169°С. Виготовлена поліефірна порошкова композиція наносилась на заґрунтовану металеву поверхню за допомогою установки „Декор 2001", що призначена для нанесення полімерних порошкових покриттів в електростатичному полі. Після нанесення покриття оплавлялось в камері з нагрівом інфрачервоним випромінюванням при 250-300°С протягом 3-5 хвилин. Виготовлені склади поліефірної порошкової композиції та покриття на їх основі в комплекті з ґрунтовкою ПТ-07 за ТУ У 24.6-03563790-112-2007 були випробувані на адгезійну міцність згідно з ДСТУ4219-2003 та ГОСТ Р 51164-98 методом відшарування від сталевої підкладки під кутом 180° при 20°С і швидкості відшарування 50мм/хв. Випробування проводились на металевих зразках (Сталь 3) та на зразках алюмінію розміром 100x20x2мм, а також на фрагментах сталевих труб діаметром 530мм при (20±5)°С. Результати випробування наведені в табл.2. Міцність покриття при розриві, а також відносне подовження при розриві вимірювали на зразках покриття товщиною 0,3мм нанесеного на поверхню сталі без ґрунтовки. Вимірювання проводили згідно ДСТУ 4219-03. Результати вимірювань представлені в табл. 2. Міцність покриття при ударі визначали на фрагментах труб з покриттям згідно ДСТУ 4219. Результати вимірювань наведені в табл. 2. Дані табл. 2 вказують на те , що застосування в запропонованому рішенні цільових домішок таких, як співполімер Ельвалой AM, пласти фікатор, 8 термостабілізатор, аеросил, мінеральний наповнювач, приводить до значного покращення властивостей захисного покриття у порівнянні з прототипом, а саме : - міцність покриття при розриві підвищується з 2 рази; - відносне подовження при розриві зростає в 5 раз; - міцність при ударі зростає в 2 рази; - адгезія покриття до поверхні сталі зростає більше, ніж в 2 рази; - адгезіяпокриття до алюмінію зростає в 2 рази; - підвищується суцільність покриття. Таким чином, як видно із наведених експериментальних даних, запропоноване покриття відрізняється вищою міцністю при розриві, значно більшим відносним подовженням, вищою міцністю при ударі, вищою адгезійною міцністю до поверхні сталі та алюмінію. Крім того, застосування запропонованої поліефірної порошкової композиції дозволить не тільки одержати позитивний результат від її застосування за призначенням, але й покращити екологічну ситуацію за рахунок кваліфікованого використання вторинного поліетилентерефталату, який є джерелом забруднення навколишнього середовища. Додатковим технічним рішенням може бути застосування запропонованої поліефірної композиції в якості репелента довготривалої дії. Джерела інформації: 1. Патент 269390 ГДР, МКИ: C08J 3/00. Способ получения порошков из модифицированного ПЭТФ. 2. Порошкове композиционные материалы и покрытия на основе ПЭТФ / М. И. Минкевич, В. А. Пашинская, О. Р. Юркевич, Н. А. Якубская // Лакокрасочные материалы и их применение. - 1991. №3. - с.31. 3. Патент 77581 Україна, МПК C08L 67/00, C09D 167/02, C09J 167/00. Полімерна композиція для захисного покриття. - Оп убл. 15.12.2006. Таблиця 1 Склади порошкових композицій ПЕТФ Назва інгредієнту Поліетилентерефталат Співполімер Ельвалой AM Пластифікатор: діметилфталат діетилфталат дібутилфталат Термостабілізатор Аеросил Наповнювач 1 85,6 10,7 0 0 1,7 0,7 0,3 1,0 Масова частка інгредієнту в композиції, % 2 3 4 5 6 87,0 89,4 97,5 84,5 90,0 8,7 6,6 1,0 12,5 2,5 2,3 0 0 0,7 0,3 1,0 0 2,0 0 0,7 0,3 1,0 0 0,4 0 0,3 0,2 0,6 0 1,0 0 0,5 0.5 1,0 2,0 3,0 0,5 0,5 0,5 1,0 7 92,5 5,2 0,3 0 0 0,5 0.5 1,0 9 85655 10 Продовження таблиці 1 Назва інгредієнту Масова частка інгредієнту в композиції, % 9 10 11 12 13 91,5 92,5 92,5 92,0 82,0 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 8 91,5 4,5 Поліетилентерефталат Співполімер Ельвалой AM Пластифікатор: діметилфталат діетилфталат дібутилфталат Термостабілізатор Аеросил Наповнювач 0 2,3 0 0,2 0,5 1,0 0 1,2 0 1,3 0,5 1,0 1,4 0 0 0,5 0,1 1,0 0 0 1,0 0,5 0,8 0,7 14 95,0 1,5 1,5 2,5 1,0 0.5 0,5 1,0 0,5 10,5 1,0 1,5 Таблиця 2 Фізико-механічні показники покриття Назва показника Міцність при розриві, МПа, 20°С Відносне подовження при розриві, %, 20°С Міцність при ударі, Дж на мм товщини, 20°С Суцільність кВ/мм Адгезія до сталі, Н/см, 20°С Адгезія до алюмінію, Н/см, 20°С Значення для композицій за прикладами 3 Г4 5 1 2 6 7 50,6 51,7 53,2 61,3 48,7 47,2 55,5 30,0 28,5 27,8 12,7 32,5 23,4 26,3 10,5 11,3 11,9 14,5 9,4 8,5 13,4 6,1 6,3 6,9 7,5 5,8 6,7 7,3 71,5 70,1 68,5 45,8 73,0 50,4 67,8 41,3 39,9 38,7 25,3 42,5 29,6 38,9 Продовження таблиці 2 Назва показника Міцність при розриві, МПа, 20°С Відносне подовження при розриві, %, 20°С Міцність при ударі, Дж на мм товщини, 20°С Суцільність кВ/мм Адгезія до сталі, Н/см, 20°С Адгезія до алюмінію, Н/см, 20°С Значення для композицій за прикладами 10 11 12 13 8 9 56,0 56,5 55,0 57,5 57,0 25,3 25,1 25,0 25,8 12,5 12,3 13,0 7,0 6,8 65,0 35,5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 14 Прототип 48,5 32,5 30-32 24,7 21,5 3,8 13,5 12,8 15,5 8,1 7,3 7,5 7,2 8,4 5,7 64,8 63,5 64,3 64,0 65,7 30,0 32,0 34,3 32,8 33,2 33,1 32,0 17,0 17,0 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601