Скрытый отвердитель порошкового покрытия и композиция эпоксидного порошкового покрытия, содержащая его - RU2676286C1

Чертежи

Описание

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2420-544886RU/045

СКРЫТЫЙ ОТВЕРДИТЕЛЬ ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ И КОМПОЗИЦИЯ ЭПОКСИДНОГО ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к скрытому отвердителю порошкового покрытия, а, говоря более конкретно, к скрытому отвердителю порошкового покрытия, который получают в результате горячего смешивания продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя. Скрытый отвердитель порошкового покрытия может обеспечить наличие периода скрытого отверждения в результате ингибирования реакционной способности фенольного отвердителя, позволить получить улучшенные внешний вид и сопротивление изгибу у пленки покрытия при использовании в качестве отвердителя для порошкового покрытия и улучшить технологичность покрытия. Настоящее изобретение, кроме того, относится к композиции эпоксидного порошкового покрытия, содержащей скрытый отвердитель порошкового покрытия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В патенте США № 4,250,293 раскрываются скрытый отвердитель, который представляет собой соль бисфенола А (ВРА) и амина из диметиламинопропиламинов (DMAPA), и композиция эпоксидного порошкового покрытия, для которой его используют.

[0003] Кроме того, в патенте США № 6,184,273 раскрывается композиция покрытия, содержащая скрытый отвердитель, полученный в результате проведения реакции между алициклическими ангидридами (например, фталевым ангидридом) и полиамином, и карбонизированную эпоксидную смолу.

[0004] В дополнение к этому, в патенте США 6,592,994 раскрывается эпоксидная порошкообразная композиция прозрачного покрытия, в которой используют дициандиамидный (DICY) скрытый отвердитель.

[0005] Однако, скрытые отвердители, раскрытые в вышеупомянутых документах, могут продемонстрировать неудовлетворительную технологичность покрытия вследствие недостаточного периода скрытого отверждения. Несмотря на демонстрацию дициандиамидом относительно превосходного периода скрытого отверждения вследствие высокой температуры плавления он может привести к получению ухудшенных характеристик при изгибе в случае использования для порошкового покрытия арматуры.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Разрешаемые проблемы

[0006] Настоящее изобретение предлагает скрытый отвердитель порошкового покрытия, который способен обеспечить наличие периода скрытого отверждения в результате ингибирования реакционной способности фенольного отвердителя, способен позволить получить улучшенные внешний вид и сопротивление изгибу у пленки покрытия при использовании в качестве отвердителя для порошкового покрытия и способен улучшить технологичность покрытия; и композицию эпоксидного порошкового покрытия, содержащую его.

Средства разрешения проблем

[0007] Настоящее изобретение предлагает скрытый отвердитель, который получают в результате горячего смешивания продукта реакции присоединения (аддукта) имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя.

[0008] Настоящее изобретение, кроме того, предлагает композицию порошкового покрытия, включающую эпоксидную смолу в качестве основы и вышеупомянутый скрытый отвердитель.

[0009] В то же время, настоящее изобретение предлагает изделие с нанесенным покрытием (предпочтительно трубу или арматуру), включающее пленку покрытия, полученную из вышеупомянутой композиции порошкового покрытия.

Эффекты от изобретения

[0010] Скрытый отвердитель, соответствующий настоящему изобретению, и композиция порошкового покрытия, содержащая его, могут позволить получить улучшенные внешний вид и сопротивление изгибу у пленки покрытия и, таким образом, могут быть применены в особенности подходящим для использования образом в случае относящегося к быстро отверждающемуся типу покрытия на материале, таком как труба или арматура.

Краткое описание чертежей

[0011] ФИГУРА 1 представляет собой фотографии внешнего вида арматуры с нанесенным покрытием в виде порошковых покрытий, соответственно, в примере (левая сторона) и сравнительном примере (правая сторона).

[0012] ФИГУРА 2 представляет собой результат анализа методом ДСК для сопоставления поведения при отверждении порошковых покрытий в примере (левая сторона) и сравнительном примере (правая сторона).

Подробное описание осуществления изобретения

[0013] Ниже в настоящем документе настоящее изобретение будет описываться подробно.

[0014] Скрытый отвердитель настоящего изобретения получают в результате горячего смешивания продукта реакции присоединения (аддукта) имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя.

[0015] В качестве имидазола может быть использован имидазол, содержащий один или несколько активных атомов водорода, и, например, могут быть использованы один или несколько имидазолов, описывающихся следующей далее химической формулой 1.

[0016] [Химическая формула 1]

[0017]

[0018] В химической формуле 1 R1 и R2 являются идентичными или различными в сопоставлении друг с другом и представляют собой атом водорода, алкильную (например, С₁-С₆ алкильную) или арильную (например, С₆-С₁₈ арильную) группу.

[0019] Говоря конкретно, в качестве имидазола возможным является использование имидазола, выбираемого из 2-метилимидазола, 2-фенилимидазола, 2-этил-4-метилимидазола и их смеси. Более предпочтительно используют 2-метилимидазол.

[0020] В качестве аминоспирта возможным является использование аминового соединения, содержащего одну или несколько (например, от одной до трех) гидроксиалкильных групп, а, говоря конкретно, возможным является использование аминового соединения, выбираемого из моноалканоламина (говоря более конкретно, моно (С₁-С₆) алканоламина, например, N-метилэтаноламина), диалканоламина (говоря более конкретно, ди (С₁-С₆) алканоламина, например, диэтаноламина), триалканолалканамина (говоря более конкретно, три (С₁-С₆) алканол (С₁-С₆) алканамина, например, триметилоламинометана) и их смеси. Говоря более конкретно, используют диэтаноламин.

[0021] В качестве эпоксидной смолы может быть использована эпоксидная смола, относящаяся к типу на основе бисфенола А или к типу на основе бисфенола F, и, говоря конкретно, ее эквивалент может находиться в диапазоне от 100 до 1500. Говоря более конкретно, могут быть использованы жидкая эпоксидная смола, характеризующаяся эквивалентом в диапазоне от 100 до 300, твердая эпоксидная смола, характеризующаяся эквивалентом в диапазоне от 400 до 1500, или их смесь, а, говоря еще более конкретно, может быть использована жидкая эпоксидная смола, характеризующаяся эквивалентом в диапазоне от 150 до 250.

[0022] При получении продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы на количество данных использующихся компонентов конкретного ограничения не накладывают, но имидазол может быть использован в количестве в диапазоне от 10 до 30 массовых частей (говоря более конкретно, от 15 до 25 массовых частей), аминоспирт может быть использован в количестве в диапазоне от 5 до 20 массовых частей (говоря более конкретно, от 10 до 15 массовых частей), а эпоксидная смола может быть использована в количестве в диапазоне от 50 до 80 массовых частей (говоря более конкретно, от 60 до 75 массовых частей), при расчете на 100 массовых частей, что представляет собой полную сумму количеств имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы.

[0023] Кроме того, что касается соотношения эквивалентов между использующимися имидазолом и аминоспиртом, то эквивалент имидазола может быть равным или большим в сопоставлении с эквивалентом аминоспирта, и, например, соотношение эквивалент имидазола: эквивалент аминоспирта может находиться в диапазоне от 3: 1 до 1: 3, но на соотношение эквивалентов этим ограничения не накладывают. В случае эквивалента имидазола, большего в сопоставлении с данным диапазоном, скорость отверждения станет большой, так что может иметь место проблема, заключающаяся в ухудшении периода скрытого отверждения. Кроме того, количество жидкого аминоспирта является относительно маленьким, так что в целях растворения твердого имидазола во время реакции присоединения с эпоксидной смолой требуется дополнительное использование необязательного растворителя. В противоположность этому, в случае эквивалента имидазола, меньшего в сопоставлении с данным диапазоном, может иметь место проблема, заключающаяся в падении скорости отверждения.

[0024] Реакция присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы является экзотермической реакцией и, таким образом, может быть проведена в надлежащем растворителе. Доступный растворитель может быть выбран из полярного растворителя, такого как спирт, неполярного растворителя, такого как толуол и ксилол, и их смеси. В дополнение к этому, реакция присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы может быть проведена при повышенной температуре (например, повышенной в температурном диапазоне от 90°С до 120°С).

[0025] В качестве смолы фенольного отвердителя возможным является использование смолы фенольного отвердителя, которую получают в результате проведения реакции между фенольным соединением и эпоксидной смолой, и его молекулярная масса может находиться в диапазоне, например, от 200 до 1000, говоря более конкретно, от 400 до 800.

[0026] При получении смолы фенольного отвердителя в качестве фенольного соединения может быть использовано фенольное соединение, выбираемое из бисфенола А (ВРА), бисфенола F (BPF) и их смеси, а в качестве эпоксидной смолы могут быть использованы соответствующие смолы, описанные прежде.

[0027] При получении смолы фенольного отвердителя на количество использующихся фенольного соединения и эпоксидной смолы конкретного ограничения не накладывают, и, например, фенольное соединение и эпоксидная смола могут быть использованы в количестве, соответственно, в диапазоне от 40 до 80 массовых частей (говоря более конкретно, от 50 до 70 массовых частей) и в диапазоне от 20 до 60 массовых частей (говоря более конкретно, от 30 до 50 массовых частей), при расчете на 100 массовых частей, что представляет собой полную сумму количеств фенольного соединения и эпоксидной смолы.

[0028] Реакция между фенольным соединением и эпоксидной смолой может быть проведена в присутствии надлежащего катализатора. Доступный катализатор может быть выбран из катализатора на фосфорной основе (например, бромида этилтрифенилфосфония, иодида этилтрифенилфосфония и тому подобного), катализатора на аминовой основе (например, 2-этил-4-метилимидазола и тому подобного) и их смеси. Кроме того, реакция между фенольным соединением и эпоксидной смолой может быть проведена при повышенной температуре (например, в диапазоне от 120°С до 200°С).

[0029] Скрытый отвердитель настоящего изобретения получают в результате горячего смешивания продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя. Количество смешиваемой смолы фенольного отвердителя может находиться в диапазоне, например, от 100 до 150 массовых частей, говоря более конкретно, от 110 до 140 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы, но без ограничения только этим.

[0030] Горячее смешивание продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя может быть проведено, например, при температуре в диапазоне от 80°С до 200°С. Во время горячего смешивания или после горячего смешивания остаточный растворитель в смеси удаляют, и в результате возможным является получение скрытого отвердителя в форме порошка, характеризующегося уровнем содержания твердого вещества, составляющим 99% и более.

[0031] Настоящее изобретение, кроме того, предлагает композицию порошкового покрытия, включающую эпоксидную смолу в качестве основы и вышеупомянутый скрытый отвердитель настоящего изобретения.

[0032] В качестве эпоксидной смолы основы, которую включают в композицию порошкового покрытия настоящего изобретения, может быть использована эпоксидная смола, характеризующаяся эквивалентом, например, в диапазоне от 800 до 1200 (говоря более конкретно, от 900 до 1000), и, говоря конкретно, возможным является использование эпоксидной смолы, выбираемой из эпоксидной смолы, относящейся к типу на основе бисфенола А, эпоксидной смолы, относящейся к типу на основе бисфенола F, и их смеси.

[0033] Количество эпоксидной смолы основы, которую включают в композицию порошкового покрытия настоящего изобретения, может находиться в диапазоне, например, от 40 до 80 массовых частей, говоря более конкретно, от 50 до 70 массовых частей, при расчете на совокупные 100 массовых частей композиции покрытия. Кроме того, количество скрытого отвердителя, включенного в композицию порошкового покрытия настоящего изобретения, может находиться в диапазоне, например, от 5 до 20 массовых частей, говоря более конкретно, от 8 до 15 массовых частей, при расчете на совокупные 100 массовых частей композиции покрытия.

[0034] Композиция порошкового покрытия настоящего изобретения характеризуется включением вышеупомянутого скрытого отвердителя в качестве отвердителя, но это не означает исключение использования другого отвердителя. То есть, в дополнение к описанному выше скрытому отвердителю композиция порошкового покрытия настоящего изобретения дополнительно по мере надобности может включать существующий отвердитель порошкового покрытия (например, фенольный отвердитель) в пределах диапазона, способного обеспечить достижение цели настоящего изобретения.

[0035] Кроме того, в дополнение к вышеупомянутым компонентам композиция порошкового покрытия настоящего изобретения дополнительно может включать одну или несколько добавок (например, пигмент, улучшитель текучести, наполнитель и тому подобное), обычно использующихся для порошкового покрытия, в количестве, обычно использующемся для порошкового покрытия.

[0036] На способ получения композиции порошкового покрытия настоящего изобретения конкретного ограничения не накладывают, и композиция порошкового покрытия может быть получена при использовании типичных способа и оборудования для получения порошкового покрытия в том виде, как есть, или при надлежащем модифицировании типичных способа и оборудования.

[0037] Ниже в настоящем документе настоящее изобретение будет описываться подробно при использовании примеров. Однако, следующие далее примеры представлены только для иллюстрирования настоящего изобретения на примерах, и на объем настоящего изобретения следующими далее примерами ограничения не накладывают.

[0038] [Примеры]

[0039] Пример получения скрытого отвердителя

[0040] 1) Получение продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и жидкой эпоксидной смолы

[0041] В 4-горлую колбу, снабженную термометром и перемешивающим устройством, последовательно вводили 110 г 2-метилимидазола, 80 г диэтаноламина и 30 г бутанола и колбу медленно нагревали до 100°С при одновременном вдувании в колбу газообразного азота. Сюда же медленно вводили 370 г жидкой эпоксидной смолы на основе бисфенола А, характеризующейся эквивалентом 190, при одновременном регулировании выделения тепла, а затем колбу выдерживали при той же самой температуре в течение 2 часов и более. После этого реакционную смесь охлаждали и разбавляли при использовании ксилольного растворителя для получения промежуточной смолы, которая представляет собой продукт реакции присоединения имидазола, аминоспирта и жидкой эпоксидной смолы (уровень содержания твердого вещества 65%).

[0042] 2) Получение фенольного отвердителя

[0043] В 4-горлую колбу, снабженную термометром и перемешивающим устройством, последовательно вводили 400 г бисфенола А и 250 г жидкой эпоксидной смолы на основе бисфенола А и колбу медленно нагревали до 140°С при одновременном вдувании в колбу газообразного азота. В то время, когда бисфенол А полностью растворялся, сюда же вводили 0,1 г иодида этилтрифенилфосфония, а после этого колбу нагревали до 180°С и выдерживали в течение 2 часов и более. После выдерживания колбы колбу охлаждали до комнатной температуры для получения смолы фенольного отвердителя в форме порошка.

[0044] 3) Получение скрытого отвердителя

[0045] В смолу фенольного отвердителя, полученную в способе 2), вводили 500 г промежуточной смолы, полученной в способе 1), растворитель удаляли при одновременном проведении смешивания для получения смолы скрытого отвердителя в форме порошка, характеризующегося уровнем содержания твердого вещества, составляющим 99% и более.

[0046] Пример получения композиции порошкового покрытия

[0047] Компоненты, характеризующиеся уровнем содержания, продемонстрированным в следующей далее таблице 1, использовали для получения композиций порошковых покрытий, соответственно, в примере и сравнительном примере. В качестве отвердителя в примере использовали скрытый отвердитель, полученный в примере получения, а в сравнительном примере использовали существующий фенольный отвердитель.

[0048] В рамках способа первой стадии материалы исходного сырья, такие как основа, отвердитель, катализатор, пигмент и добавка, гомогенно смешивали и после этого получающуюся в результате смесь предварительно смешивали в сухом состоянии при 2000-5000 об./мин в течение приблизительно от 100 до 600 секунд при использовании смесителя Henschel для осуществления способа предварительного смешивания в виде смешивания в сухом состоянии смеси таким образом, чтобы выдерживать однородные физические свойства во время смешивания в расплаве.

[0049] В рамках способа второй стадии материалы исходного сырья, которые подвергали воздействию способа первой стадии и предварительному диспергированию, расплавляли, смешивали и диспергировали при температуре в диапазоне от 90°С до 120°С при использовании диспергатора (PLK 46, Buss AG Basel). Расплавленным и смешанным материалам исходного сырья давали возможность проходить через охлаждающий барабан и охлаждающий ленточный транспортер для получения чешуек, имеющих размер в диапазоне от 50 мм до 100 мм и толщину в диапазоне от 1 мм до 5 мм.

[0050] В рамках способа третьей стадии чешуйки, которые подвергали воздействию способа второй стадии, плавлению, смешиванию и диспергированию, механически раздробляли (средний размер частиц: от 40 мкм до 60 мкм) при использовании дробилки тонкого измельчения (молотковой мельницы).

[0051] [Таблица 1]

(Единица измерения уровня содержания: массовая часть)

[0052] Основа: эпоксидная смола, относящаяся к типу на основе бисфенола А, (эквивалент: от 900 до 1000)

[0053] Отвердитель (1): фенольный отвердитель в примере получения 2)

[0054] Отвердитель (2): скрытый отвердитель в примере получения 3)

[0055] Катализатор: 2-метилимидазол (Shikoku Chemicals Corp.)

[0056] Пигмент (1): цветной пигмент/Bayferrox 130M (Bayer)

[0057] Пигмент (2): цветной пигмент/CR-80 (Ishihara Co., Ltd.)

[0058] Добавка: улучшитель текучести (PLP-100, KS Chemical)

[0059] Наполнитель: Omyacarb (Omya Korea)

[0060] Примеры испытаний

[0061] На арматурный стержень, имеющий диаметр 19 мм, который предварительно подвергали воздействию пескоструйной обработки, наносили покрытие из каждой композиции порошкового покрытия в примере и сравнительном примере до толщины в диапазоне от 200 мкм до 500 мкм при использовании установки для нанесения покрытия в результате электростатического распыления при одновременном предварительном нагревании до температуры в диапазоне от 180°С до 250°С. После этого арматурный стержень с нанесенным покрытием оставляли выдерживаться при комнатной температуре в течение приблизительно 1 минуты и немедленно погружали в холодную воду для получения пленки конечного покрытия. У образца для испытаний с нанесенным покрытием и порошкового покрытия измеряли и оценивали следующие далее позиции, и результаты продемонстрированы в таблице 2.

[0062] Характеристики при изгибе

[0063] В соответствии с документом ASTM A776 проводили измерение в отношении разрушения пленки покрытия при изгибании образца для испытаний, полученного из арматурного стержня, подвергнутого воздействию пескоструйной обработки, в установке для испытания на характеристики при изгибе, использующей оправку на 114 мм.

[0064] Отверждаемость

[0065] (1) ΔTg: Порошковое покрытие равномерно наносят до толщины в диапазоне от 300 мкм до 400 мкм на нагревательную плитку при температуре 232°С. Пленку покрытия собирают по истечении 30 секунд после получения из нанесенного порошкового покрытия пленки покрытия и погружают в холодную воду. Для собранной пленки покрытия при использовании дифференциального сканирующего калориметра (ДСК) получают значение ΔTg. Чем меньшим будет значение ΔTg, тем лучшей будет пленка покрытия.

[0066] (2) Время гелеобразования: Приблизительно 1 г порошкового покрытия наносят на нагревательную плитку при температуре 200°С, а после этого в результате измерения устанавливают момент резкого увеличения вязкости. Диапазон, полученный в результате повторения измерения несколько раз, продемонстрирован в таблице 2.

[0067] Характеристики отслаивания на отрицательном электроде

[0068] Стержень для испытаний изготавливают в результате перфорирования арматурного стержня с нанесенным покрытием отверстиями, имеющими диаметр 3 мм. Цилиндр, имеющий диаметр 3,5 дюйма (8,89 мм), заполняют 3%-ным раствором NaCl и в раствор опускают платиновую проволоку и стержень для испытаний. После этого к платиновой проволоке и стержню для испытаний на протяжении 7 дней прикладывают напряжение в 1,5 В. По истечении 7 дней стержень извлекают, 8 участков в окрестности отверстий в 3 мм, перфорированных на начальной ступени, радиально процарапывают ножом вплоть до обнажения стержней, нож вталкивают между пленкой покрытия и стержнем в месте отслаивания пленки покрытия для измерения адгезионной способности по принципу рычага, а после этого получают среднее значение его длин. Чем более короткой будет средняя длина, тем лучшими будут характеристики отслаивания на отрицательном электроде. Диапазон, полученный в результате повторения измерения несколько раз, продемонстрирован в таблице 2.

[0069] Внешний вид (наблюдение невооруженным глазом)

[0070] Для внешнего вида арматуры с нанесенным покрытием проводили наблюдение невооруженным глазом и оценку. Кроме того, ФИГУРА 1 иллюстрирует фотографии внешнего вида арматуры с нанесенным покрытием в виде порошковых покрытий, соответственно, в примере (левая сторона) и сравнительном примере (правая сторона).

[0071] Сопоставление поведения при отверждении

[0072] В целях сопоставления поведения при отверждении каждое из порошковых покрытий в примере и сравнительном примере подвергали анализу методом ДСК, и результаты продемонстрированы на ФИГУРЕ 2.

[0073] Что касается ФИГУРЫ 2, то, как она может подтвердить, температура начала отверждения в примере составляет 130,15°С, а температура начала отверждения в сравнительном примере составляет 110,72°С. То есть, температура начала отверждения порошкового покрытия, для которого используют скрытый отвердитель, сдвигается к более высокой температуре, и сдвиг по температуре задерживает отверждение, которое может немедленно произойти при нанесении порошкового покрытия на предварительно нагретый (от 180°С до 250°С) предмет. По этой причине могут быть улучшены характеристики смачивания предмета покрытием (то есть, имеет место запас времени, в течение которого может быть продемонстрирована смачиваемость), что приводит к получению превосходных адгезионной способности, характеристик при изгибе и внешнего вида покрытия.

[0074] Кроме того, что касается таблицы 2 и ФИГУРЫ 2, то количество тепла, выделившегося в примерах, является большим, чем соответствующее количество в сравнительном примере, а значение ΔTg в примере приближается к 0. Значение ΔTg, приближающееся к 0, означает прохождение полного отверждения, а большее значение ΔTg означает прохождение отверждения в меньшей степени. То есть, как это можно подтвердить, в случае примера проходит полное отверждение, и в соответствии с этим физические свойства улучшаются в сопоставлении с тем, что имеет место в сравнительном примере.

[0075] [Таблица 2]

Реферат

Настоящее изобретение относится к скрытому отвердителю порошкового покрытия. Предложен скрытый отвердитель, который получают в результате горячего смешивания продукта реакции присоединения имидазола, аминоспирта и эпоксидной смолы со смолой фенольного отвердителя, где смолу фенольного отвердителя получают из соединения фенола, выбранного из бисфенола А, бисфенола F и смеси, и эпоксидной смолы. Также описана композиция порошкового покрытия. Технический результат: предложен скрытый отвердитель, который способен обеспечить наличие периода скрытого отверждения в результате ингибирования реакционной способности фенольного отвердителя и получить улучшенные внешний вид и сопротивление изгибу у пленки покрытия и улучшить технологичность получения покрытия. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Формула