Способ получения поверхностного покрытия, имеющего защитный слой - RU2573901C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу получения поверхностного покрытия на основе поливинилхлорида (ПВХ), содержащего слой износа на основе ПВХ и слой на основе поливинилового спирта.

Предшествующий уровень техники

Поверхностные покрытия на основе ПВХ широко применяют для декорирования сооружений, домов или транспортных средств. Однако поверхностные покрытия на основе ПВХ обладают недостатком высвобождения летучих органических соединений (ЛОС), некоторые из которых токсичны.

Для уменьшения или предотвращения высвобождения ЛОС было предложено заместить летучие соединения нелетучими соединениями. Однако это привело к значительному снижению жесткости поверхностного покрытия, в то время как жесткость является важным требованием для упругих поверхностных покрытий, особенно напольных покрытий.

Также было предложено применение полиэфирного или полиамидного слоя в качестве защитного слоя или в качестве промежуточного слоя в многослойных поверхностных покрытиях. Поливинилспиртовой (ПВС) слой обычно не применяют, поскольку поливиниловый спирт (ПВС) обладает плохой адгезией к слоям на основе ПВХ.

С целью улучшения прикрепления ПВС к слою, основанному на ПВХ, содержащему неорганические наполнители, РСТ/ЕР2009/057107 раскрывает применение композиции защитного слоя, содержащей ПВС и соединение силана, содержащее по меньшей мере одну аминогруппу.

Однако данный раствор неприемлем для получения достаточного прикрепления ПВС к слою износа, основанному на ПВХ, не содержащему неорганических наполнителей или содержащему очень низкие концентрации неорганических наполнителей.

Поэтому обычно на слой износа на основе ПВХ, содержащий наполнители, должна быть нанесена адгезионная грунтовка, что предполагает дополнительные этапы способа и приводит к повышению стоимости продукции и техническим сложностям.

Цели изобретения

Целями настоящего изобретения является предложение способа получения поверхностного покрытия, не имеющего недостатков предшествующего уровня техники.

Целями изобретения является предложение способа получения поверхностного покрытия, содержащего верхнее покрытие слоя износа, обладающее улучшенной адгезией к слою износа на основе ПВХ, практически не содержащему наполнителей.

Целями изобретения является предложение способа получения поверхностного покрытия, сочетающего свойства физической устойчивости и свойства химического и газового барьера.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к способу получения поверхностного покрытия, содержащему этапы обеспечения слоя износа на основе ПВХ, практически свободного от неорганических наполнителей, нанесения на упомянутый слой на основе ПВХ композиции верхнего покрытия, содержащей поливиниловый спирт (ПВС) и соединение силана, содержащее по меньшей мере одну аминогруппу, и нагревание упомянутого слоя на основе ПВХ и упомянутой композиции верхнего покрытия при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, для образования верхнего покрытия слоя износа.

Согласно конкретным воплощениям способ может содержать одну или комбинацию любых следующих характеристик:

- соединение силана обладает следующей структурой:

где R₁, R₂ и R₃ независимо друг от друга представляют собой гидроксильную группу, метоксигруппу или этоксигруппу, где R₄ представляет собой (CH₂)_n, n эквивалентно 1, 2 или 3, и где R₅ представляет собой независимо от R₁, R₂ и R₃ водород, линейный или циклический алкил, фенил, амидную группу или аминоэтильную группу, имеющую формулу -C₂H₄-NH-R₇-, где R₇ представляет собой водород, алкил, фенил, бензильную группу или винилбензильную группу;

- соединение силана выбрано из группы, состоящей из 3-аминопропил-триэтоксисилана, 3-аминопропил-триметоксисилана, аминоэтил-аминопропил-силантриола, аминоэтил-аминопропил-триметоксисилана, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропил-триметоксисилана, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропил-метилдиметоксисилана, N-2-бензиламино-этил-3-аминопропил-триметоксисилана, N-2-(винилбензиламино)-этил-3-аминопропил-триметоксисилана, N-циклогексил-аминометил-метилдиэтоксисилана, N-циклогексил-аминометил-триэтоксисилана, N-фенил-аминометил-триметоксисилана, 3-уреидопропил-триметоксисилана и винилбензил-аминоэтил-аминопропил-триметоксисилана;

- соединение силана составляет 6-40 мас.% от массы ПВС;

- соединение силана составляет 35 мас.% от массы ПВС;

- слой на основе ПВХ, практически не содержащий неорганических наполнителей, предложен в жидкой форме и предварительно гелеобразован при температуре от 80 до 170°C перед нанесением композиции верхнего слоя;

- этап нанесения композиции верхнего слоя выполняют при помощи композиции на основе ПВХ в жидкой форме;

- композицию верхнего покрытия наносят в жидкой форме с плотностью 5-100 г/м²;

- способ дополнительно содержит этапы обеспечения опорного слоя на основе ПВХ и нанесения на упомянутый опорный слой на основе ПВХ слоя износа на основе ПВХ перед нанесением композиции верхнего слоя;

- способ дополнительно содержит этап нанесения декоративного слоя на опорный слой на основе ПВХ;

- опорный слой на основе ПВХ содержит стекломат;

- опорный слой на основе ПВХ является вспениваемым слоем.

Также настоящее изобретение относится к поверхностному покрытию, получаемому посредством способа по изобретению.

Поверхностное покрытие по изобретению представляет собой напольное покрытие.

Краткое описание графических материалов

На фигуре 1 схематично представлено поверхностное покрытие согласно первому воплощению изобретения.

На фигуре 2 схематично представлено поверхностное покрытие согласно второму воплощению изобретения.

На фигуре 3 схематично представлено поверхностное покрытие согласно третьему воплощению изобретения.

На фигуре 4 схематично представлено поверхностное покрытие согласно четвертому воплощению изобретения.

Подробное описание изобретения

Согласно изобретению защитную композицию или композицию верхнего покрытия слоя износа, содержащую поливиниловый спирт (ПВС) и соединение силана, содержащее по меньшей мере одну аминогруппу, наносят на слой износа 1 на основе ПВХ или пленку, практически не содержащую наполнителей, для образования верхнего покрытия 2 на основе ПВХ.

Обычно слой износа поверхностного покрытия является прозрачным или просвечивающим и поэтому не содержит наполнителей или содержит очень низкие концентрации наполнителей. Поэтому термин «практически свободный от неорганических наполнителей» означает, что количество содержащегося(ихся) неорганического(их) наполнителя(ей) составляет менее чем 0,5 мас.% от общей массы композиции слоя износа на основе ПВХ.

Слой износа 1 является нерастяжимым или невспениваемым.

В предпочтительном воплощении защитный слой 1 содержит 100 м.ч. ПВХ, Lacovyl® РВ 1704 Н от Arkema, и 40 м.ч. пластификатора диизононилфталата, Vestinol® 9 от Evonik.

Композиция верхнего покрытия слоя износа представляет собой водную композицию, содержащую поливиниловый спирт и соединение силана.

Соединение силана выбрано из группы, состоящей из силанов, функционализированных силанолов и соединений силанов или силанолов, содержащих по меньшей мере одну аминогруппу.

Предпочтительно соединение силана имеет следующую формулу:

где R₁, R₂, R₃ независимо друг от друга представляют собой гидроксильную группу, метоксигруппу или этоксигруппу, где R₄ представляет собой (CH₂)_n, n эквивалентно 1, 2 или 3, и где R₅ представляет собой независимо от R₁, R₂, R₃ водород, линейный или циклический алкил, фенил, амидную группу или аминоэтиловую группу, обладающую формулой -C₂H₄-NH-R₇, где R₇ представляет собой водород, алкил, фенил, бензильную группу или винилбензильную группу.

Предпочтительно соединение силана выбрано из группы, состоящей из 3-аминопропил-триэтоксисилана, 3-аминопропил-триметоксисилана, аминоэтил-аминопропил-силантриола, аминоэтил-аминопропил-триметоксисилана, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропил-триметоксисилана, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропил-метилдиметоксисилана, N-2-(бензиламино)-этил-3-аминопропил-триметоксисилана, N-2-(винилбензиламино)-этил-3-аминопропил-триметоксисилана, N-циклогексил-аминометил-метилдиэтоксисилана, N-циклогексил-аминометил-триэтоксисилана, N-циклогексил-3-аминопропил-триметоксисилана, N-фенил-аминометил-триметоксисилана, 3-уреидопропил-триметоксисилана и винилбензил-аминоэтил-аминопропил-триметоксисилана.

Соединение силана составляет предпочтительно 6-40 мас.% ПВС, более предпочтительно 35 мас.%.

Композиция верхнего покрытия слоя износа может дополнительно содержать смачивающий агент, например смачивающий агент типа полиэфир-силоксана.

Композиция верхнего покрытия слоя износа представляет собой смесь из 80-95 мас.% воды, 5-20 мас.% ПВС и, возможно, 0,4-1,5 мас.% смачивающего агента. Смесь нагревают при 90-95°C, предпочтительно при 85°C. Затем композицию оставляют стоять при 85°C в течение 60 минут. Затем смесь остужают до комнатной температуры, добавляют соединение силана, составляющее 6-40 мас.% ПВС. На данном этапе добавляют любую добавку или смачивающий агент.

Примеры композиций, содержащих функционализированное соединение силана, приведены в таблице 1. Часть каждого компонента приведена в м.ч., в мас.% ПВС.

В примерах ПВС представляет собой Elvanol 90-50, Elvanol® 71-30, Elvanol® 70-75 от Dupont или Exceval HR 3010, Exceval AQ 4104 от Kuraray.

Соединение силана Сил-1 представляет собой 3-аминопропил-триэтокси-силан, например z-6011 от Dow Coming®.

Соединение силана Сил-2 представляет собой глицидокси-пропил-триметоксисилан, например z6040 от Dow Corning®, или Geniosil® GF 82 от Wacker, Сил-3 представляет собой метакрилокси-пропил-триметоксисилан, например Geniosil® GF 31 от Wacker, и Сил-4 представляет собой винил-триэтоксисилан, например Geniosil® GF 56 от Wacker.

Смачивающий агент представляет собой полиэфир полидиметилсилоксана, например BYK®-307 от BYK или Tego® Wet 270 от Evonik.

В отношении фигуры 1 композицию верхнего покрытия слоя износа наносят на слой износа 1 на основе ПВХ. В общем, эта композиция может быть нанесена на любой приемлемый слой износа любого приемлемого поверхностного покрытия для образования верхнего покрытия.

Поверхностное покрытие может быть многослойным или содержать опорный слой 3 (фиг.2), который может быть плотным или вспениваемым. Затем композицию верхнего покрытия наносят на поверхность слоя износа 1, противоположного поверхности, предназначенной для контакта, и контактирующего с конечным продуктом, опорным слоем 3. Опорный слой 3 может быть усилен посредством стекломата 5 (фиг.4).

В предпочтительном воплощении плотный или вспениваемый опорный слой 1 содержит 100 м.ч. ПВХ, например ПВХ Lacovyl РВ 1702 Н, 156 м.ч. неорганического наполнителя (Omya BL20), 45 м.ч. DIHP (Jaylfex 77), 28 м.ч. DIBP (Palatinol IС) и 5 м.ч. понижающего вязкость агента (Exxsol D100), "м.ч." означает части на сто частей ПВХ.

В другом предпочтительном воплощении вспениваемый опорный слой на основе ПВХ 1 содержит 100 м.ч. ПВХ, например Pevikon® Р682 и Pevikon® DP 2170, 117 м.ч. карбоната кальция (Omya BL 20), 2,9 м.ч. вспениваемого агента (Porofor ADCL-C2), 1,38 м.ч. оксида цинка (ZnO), 0,7 м.ч. Titane RC82, 30,3 м.ч. DIHP (Jayflex 77), 26,2 м.ч. DIBP (Palatinol® IС) и 14,5 м.ч. понижающего вязкость агента (Exxsol D100), "м.ч." означает части на сотни частей ПВХ.

Поверхностное покрытие может дополнительно содержать декоративный слой 4 (фиг.3 и фиг.4).

Поэтому способ по изобретению может дополнительно содержать этап обеспечения опорного слоя на основе ПВХ 3, на который наносят слой износа 1.

Способ может дополнительно содержать этап обеспечения декоративного слоя 4, который может быть нанесен между опорным слоем 3 и слоем износа 1.

Композиция верхнего покрытия может быть нанесена на слой износа 1 совместно или до или после нанесения слоя износа 1 на опорный слой 3.

Композиция верхнего покрытия может быть нанесена один раз для образования монослоя или в виде последующих слоев.

Композицию верхнего покрытия наносят любым приемлемым способом, например посредством печатания, гелиогравюры или нанесения слоя на бумагоделательной машине, при помощи проволочного устройства или нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки (Meyer).

Предпочтительно композицию верхнего покрытия наносят в жидкой форме с плотностью 5-100 г/м², предпочтительно приблизительно 40 г/м² или приблизительно 50 г/м².

Предпочтительно композицию верхнего покрытия наносят при температуре 80-170°C в течение 1-3 минут, более предпочтительно при 150°C в течение 2 минут. В случае нанесения композиции верхнего покрытия при температуре ниже 150°C композиция верхнего покрытия должна быть подвергнута другому этапу нагревания при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, для улучшения адгезии, между композицией верхнего покрытия и слоем износа 1 на основе ПВХ.

Предпочтительно конечная толщина верхнего покрытия слоя износа в конечном поверхностном покрытии или покрытиях составляет от 0,5 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 4 мкм до 8 мкм, более предпочтительно приблизительно 4 мкм.

Предпочтительно слой износа 1 на основе ПВХ представляет собой жидкую форму и предварительно гелеобразован посредством нагревания при помощи любого приемлемого устройства перед нанесением композиции верхнего покрытия. Предпочтительно гелеобразование слоя износа 1 выполняют при температуре 80-170°C, более предпочтительно при температуре приблизительно 150°C. Гелеобразование выполняют в течение 1-3 минут, предпочтительно в течение 2,5 минут.

Затем согласно изобретению слой износа 1 на основе ПВХ и верхнее покрытие слоя износа 2 нагревают в течение 2-3 минут при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, температуре, которая позволяет получить улучшенную адгезию между композицией верхнего покрытия и слоя износа 1 на основе ПВХ.

Нагревание слоя износа 1 на основе ПВХ и композиции верхнего покрытия выполняют посредством любого приемлемого устройства или оборудования, включенного или нет в систему для получения поверхностного покрытия.

В предпочтительном воплощении слой 1 на основе ПВХ и композицию верхнего покрытия нагревают при температуре приблизительно 185°C в течение 2,5 минут.

В воплощении, где опорный слой 3 представляет собой вспениваемый слой, нагревание при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, является преимуществом, позволяющим экспансию опорного слоя 3, таким образом, способ не нуждается в дополнительных этапах для получения вспененного опорного слоя.

Для оценки прикрепления верхнего покрытия слоя износа 2 к слою износа 1 на основе ПВХ, практически не содержащему наполнителей, композицию верхнего покрытия наносят при помощи проволочного устройства в виде непрерывного монослоя толщиной приблизительно 4 мкм.

Прикрепление оценивают посредством царапания верхнего покрытия слоя износа 2, нанесенного на слой износа 1 на основе ПВХ, и оценивают сопротивление отслаиванию верхнего покрытия слоя износа при помощи липкой ленты TESA® 4124. Прикрепление рассматривают удовлетворительным в случае отсутствия частей верхнего покрытия слоя износа 2 при удалении со слоя износа 1. Отметку «1» приводят в случае удовлетворительного прикрепления и отметка «3» означает, что прикрепление не было достигнуто. Результаты приведены в таблице 2.

Слой износа 1 на основе ПВХ, применяемый в испытании на адгезию, содержит 70 мас.% ПВХ и 22 мас.% пластификатора Vestinol® от Evonik.

По сравнению с контрольной композицией (Т), не содержащей соединения силана, и с композициями, содержащими функционализированный силан без по меньшей мере одной аминогруппы (композиции 3-8), оказалось, что композиция верхнего покрытия по изобретению (композиция 1 и 2) проявляют лучшую адгезию к слою износа 1 на основе ПВХ, практически не содержащему наполнителей. Кроме того, оказалось, что композиции верхнего покрытия, содержащего соединение силана с по меньшей мере одним амином, и подверженные температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, проявляют лучшее прикрепление по сравнению с такими же композициями, подвергаемыми температуре 100-140°C. Кроме того, для более низких концентраций соединения аминосилана (приблизительно 6 м.ч.) в композиции лучшую адгезию получают при температуре, эквивалентной или превосходящей 190°C, в то время как для более высокой концентрации соединения аминосилана лучшую адгезию получают при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C.

Защитные свойства верхнего покрытия 2 слоя износа, обладающего композицией примера №2 из таблицы 1, оценивают при помощи битумного теста, который заключается в нанесении жидкой смолы на образец, являющийся слоем износа 1 на основе ПВХ, обладающего композицией верхнего покрытия. Затем образец помещают в сушильный шкаф при 70°C на 7 дней для осуществления миграции компонентов смолы. После чего покрытый образец осматривают для проверки, является ли пятно смолы видимым. Отметку от «1» до «5» приводят согласно внешнему виду образца. «1» означает, что пятно не видно на покрытии, и «5» означает, что смола мигрирует через толщу образца и является видимой на обратной стороне. Результаты приведены в таблице 3.

Защитные свойства верхнего покрытия 2 слоя износа, обладающего композицией №2 из таблицы 1, оценивали посредством измерения согласно ISO 16000-10 высвобождения общих летучих органических соединений (ОЛОС) и полулетучего органического соединения (ПЛОС) поверхностного покрытия на основе ПВХ, содержащего верхнее покрытие над слоем износа на основе ПВХ, по сравнению с поверхностным покрытием на основе ПВХ без верхнего покрытия (В), с полиуретановым верхним покрытием (ПУ) (образцы 1-4), с верхним покрытием 2 по изобретению (образцы 5-9). Результаты приведены в таблице 4. Толщина верхних покрытий приведена в масса/м² для влажной формы.

Исходя из таблицы 4, по-видимому, верхнее покрытие по изобретению позволяет снизить высвобождение ОЛОС, ПЛОС и фенола по сравнению со слоем износа на основе ПВХ без верхнего покрытия. По сравнению с ПУ верхним покрытием верхнее покрытие по изобретению позволяет существенно снизить выделение ПЛОС и ОЛОС, или, для ОЛОС, поддерживать это выделение на уровне, эквивалентном таковому, полученному при помощи толстого слоя полиуретана.

Свойства физической и механической устойчивости верхнего покрытия (композиция №2 из таблицы 1), нанесенного на слой на основе ПВХ, содержащий 100 м.ч. ПВХ (Lacovyl® РВ 1704 Н от Arkema) и 40 м.ч. пластификатора (Vestinol® 9 от Evonik), и высушенного при 185°C в течение 2 минут и 30 секунд, оценивали при помощи теста Лиссона и в условиях загрязнения.

Тест Лиссона отражает устойчивость к движению. Ступальное колесо располагают выше верхнего покрытия и прокатывают в разных направлениях по образцу 2000 раз этапами 10 циклов по 200 раз в разных направлениях. Перед каждым циклом загрязняющую композицию согласно ISO 11378, содержащую загрязняющие агенты и песок, распределяли по всей тестируемой поверхности. После каждого этапа измеряли блеск (измеренный при угле наклона 60°) и светлоту (уровень L* согласно CIE L*a*b, L*=0, означающий черный, и L*=100, означающий белый) и сравнивали с контрольным образцом без слоя износа, который оценивали соответствующим образом. Результаты приведены в таблице 5.

Как показано в таблице 5, оказалось, что уровень L* снижается более быстро для слоя на основе ПВХ без верхнего покрытия по сравнению со слоем на основе ПВХ, содержащим верхнее покрытие на основе ПВС, означая более быстрое загрязнение для слоя без верхнего покрытия. Кроме того, оказалось, что блеск быстро уменьшается для слоя на основе ПВХ без покрытия, несмотря на то, что слой на основе ПВХ, покрытый при помощи композиции на основе ПВС, подвергается меньшим изменениям, означая, что на слое на основе ПВХ без покрытия быстро образуются микроцарапины под действием загрязняющего порошка.

Механическую устойчивость верхнего покрытия по изобретению также оценивали в условиях загрязнения. Тест заключался в падении образца поверхностного покрытия (20,5×30 см), помещенного на стену вращающегося металлического барабана с битумной композицией, и тетрапода, который "прогуливался" вдоль образца поверхностного покрытия, имитируя, таким образом, реальную ситуацию хождения. Тест выполняли в течение 1000 циклов, каждый цикл включал один поворот барабана. Затем образец поверхностного покрытия очищали при помощи ткани и высушивали при помощи прибора для сухой полировки. 10 мл детергента (0,003 Teepol) помещали на верхнее покрытие и, вращая массу (приблизительно 5 кг), 6 раз протирали верхнее покрытие образца. Затем образец верхнего покрытия поднимали при помощи чистой воды до высушивания при помощи ткани. Измеряли уровень L* (согласно CIE L*a*b), YI (Yellowness Index) и блеск. Результаты приведены в таблице 6.

Как показано в таблице 6, по-видимому, снижение уровня L* для слоя на основе ПВХ без верхнего покрытия является более высоким по сравнению со слоем на основе ПВХ, покрытым при помощи верхнего покрытия на основе ПВС, несмотря на наблюдаемое повышение YI, также означающее более быстрое загрязнение.

Поверхностное покрытие, получаемое посредством способа по настоящему изобретению, содержит верхнее покрытие на основе ПВС, или верхний слой над слоем износа 1. Поверхностное покрытие обладает преимуществом, поскольку включает верхнее покрытие 2, имеющее хорошую адгезию к слою износа 1 и, таким образом, обладающее защитными свойствами. Поверхностное покрытие по изобретению также обладает свойствами механической устойчивости или устойчивости к пятнам.

Поверхностное покрытие, полученное посредством способа по настоящему изобретению, может представлять собой напольное или настенное покрытие или покрытие для транспортировки.

Подписи:

1: слой износа на основе ПВХ, практически не содержащий неорганических наполнителей

2: слой на основе ПВС

3: опорный слой на основе ПВХ

4: декоративный слой

5: стекломат

Реферат

Изобретение относится к способу получения поверхностного покрытия, содержащему этапы обеспечения слоя износа на основе ПВХ (1), по существу, свободного от неорганических наполнителей, нанесения на упомянутый слой на основе ПВХ (1) композиции верхнего покрытия, содержащей поливиниловый спирт (ПВС) и соединение силана, содержащее по меньшей мере одну аминогруппу, нагревание упомянутого слоя на основе ПВХ (1) и упомянутой композиции верхнего покрытия при температуре, эквивалентной или превосходящей 150°C, для образования верхнего покрытия слоя износа (2). Результатом является получение поверхностного покрытия, сочетающего свойства физической устойчивости и свойства химического и газового барьера. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

Формула

2. Способ по п.1, где соединение силана обладает следующей структурой:

где R₁, R₂ и R₃ независимо друг от друга представляют собой гидроксильную группу, метоксигруппу или этоксигруппу, и где R₄ представляет собой (CH₂)_n, n равно 1, 2 или 3, и где R₅ независимо от R₁, R₂, R₃ представляет собой водород, линейный или циклический алкил, фенил, амидную группу или аминоэтильную группу, обладающую формулой -C₂H₄-NH-R₇, где R₇ представляет собой водород, алкил, фенил, бензильную группу или винилбензильную группу.