полиуретановая композиция для покрытий

Формула изобретения

Полиуретановая композиция для покрытий, содержащая олигоэфир, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, растворитель, отличающаяся тем, что в качестве олигоэфира она содержит сложный олигоэфир формулы

,

где R представляет соединение формулы



n представляет целое число от 1 до 3,

m представляет целое число 1 или 3,

k представляет целое число 4 или 8,

с молекулярной массой 1096-1760 и кислотным числом менее 1 мг KOH/г, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

сложный олигоэфир
с молекулярной массой 1096-1760	100
полиизоцианат на основе
4,4'-дифенилметандиизоцианата	16-26
растворитель	116-126

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам пленкообразующих композиций и может быть использовано в качестве защитного полиуретанового покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.

Известна полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, композиция дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - ацетон, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000	30-70
полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата	65-70
дибутилдилаурат олова	0.1-0.2
дифенилол пропан	70-30
ацетон	125,

см. RU Патент № 2393189, МПК C09D 175/08, C08G 18/65, C08G 18/32, C08G 18/24, 2010.

Недостатком данной композиции является низкая термостойкость.

Наиболее близкой по технической сущности является полиуретановая композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата и этилацетат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000	100
полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата	100-200
этилацетат	100-200,

см. RU Патент № 2073053, МПК C09D 175/08, 1997.

Недостатком данной композиции является недостаточные прочностные свойства покрытий, низкая их термостойкость, длительное время отверждения композиции и высокое содержание в композиции токсичного полиизоцианата.

Задачей изобретения является получение полиуретановой композиции для покрытий с повышенными прочностью и термостойкостью при меньшем содержании в композиции полиизоцианата.

Техническая задача решается тем, что полиуретановая композиция для покрытий, содержащая олигоэфир, полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата и растворитель, в которой в качестве олигоэфира она содержит сложный олигоэфир формулы

где R представляет соединение формулы

,

где R представляет целое число от 1 до 3,

m представляет целое число 1 или 3,

k представляет целое число 4 или 8, с молекулярной массой 1096-1760 и кислотным числом менее 1 мг KOH/г, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

сложный олигоэфир
с молекулярной массой 1096-1760	100
полиизоцианат на основе
4,4'-дифенилметандиизоцианата	16-26
растворитель	116-126

Решение технической задачи позволяет повысить термостойкость покрытий, начальная температура разложения покрытий повышается на 24-64°C или 9,8-26%, температура потери 50% массы на 52-102°C или 16,1-31,6%, повысить твердость покрытий в 1,2-1,9 раза, прочность покрытий при растяжении в 1,5-3,1 раза, улучшить экологичность композиции за счет снижения в 4-5 раз количества вводимого полиизоцианата, сократить время высыхания композиции в 36 раз.

Характеристика веществ, используемых в композиции:

- сложный олигоэфир общей формулы

где R представляет соединение формулы

,

n представляет целое число от 1 до 3,

m представляет целое число 1 или 3,

k представляет целое число 4 или 8,

в качестве компонента композиции для покрытий.

Указанный олигоэфир получают путем поликонденсации 2,2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана или 2,2-бис-[4-(2-окситриэтокси)-фенил]-пропана, и адипиновой или себациновой кислоты при молярном соотношении 2,2-бис-[4-(2-окснэтокси)-фенил]-пропана или 2,2-бис-[4-(2-окситриэтокси)-фенил]-пропана и адипиновой или себациновой кислоты (1,33-2):1, соответственно, и проводят поликонденсацию при температуре 150-200°C с удалением образующейся воды до значения кислотного числа менее 1 мг KOH/г.

Выход целевого продукта составляет 99%; олигоэфир янтарного цвета с вязкостью при 60°C 1,0-1,5 Па·с и молекулярной массой 1096-1760.

В ИК-спектрах олигоэфира присутствуют полосы поглощения при 1600 см^-1, соответствующие валентным колебаниям углерод-углеродных связей бензольного кольца; полоса при 1180 см^-1, соответствующая изопропильной группе; полосы поглощения при 2970 см^-1, характеризующие наличие метиленовых групп; полоса поглощения при 3380 см^-1 , соответствующая валентным колебаниям гидроксильных групп; присутствует полоса при 1735 см^-1, соответствующая сложноэфирному карбонилу; присутствует группа полос в области 1170-1225 см ^-1, соответствующая валентным колебаниям углерод-кислородной связи.

Таблица 1
Исходные компоненты и свойства олигоэфира
Исходные компоненты, г, и свойства олигоэфира	1 Лапрол 3603-2-12	Примеры по заявляемому объекту
		2	3	4	5	6	7
2,2-Бис-[4-(2-оксиэток-си)-фенил]-пропан	-	99,4	74,2	-	-	67,5	70,1
2,2-Бис-[4-(2-окситри-этокси)-фенил]-пропан	-	-	-	113,6	108,5	-	-
Себациновая кислота	-	-	-	-	-	32,5	29,9
Адипиновая кислота	-	30,6	25,8	16,4	21,5	-	-
n	-	2	3	1	2	3	2
m	-	1	1	3	3	1	1
k	-	4	4	4	4	8	8
Температура синтеза, °C	100-150	180	200	160	200	220	180
Время синтеза, ч	20	21,5	28	53	36	24	31
КЧ, мг KOH/г	-	0,6	0,9	0,9	0,9	0,8	0,9
ГЧ, мг KOH/г	46,9	95,8	69,6	101,5	65,1	63	87,1
Молекулярная масса вычисленная	3600	1168	1594	1094	1696	1762	1280
Молекулярная масса найденная	3590	1164	1591	1096	1699	1760	1275
Вязкость при 60°C, Па·с	при 25°C (500-650)-106	1,2	1,4	1,0	1,5	1,5	1,3

На основе данных химического анализа, включающего определение значений кислотного и гидроксильного чисел, а также данных ИК-спектроскопии, заявляемый олигоэфир представляет собой олигомер с концевыми гидроксильными и карбоксильными группами, содержащий внутри цепи сложноэфирные, изопропильные группы и бензольные кольца.

- полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата торговой марки Суризон или Суризон П 85 по ТУ 113-03-29-22-84;

- этилацетат по ГОСТ 8981-78;

- ацетон по ГОСТ 2768-84/2;

- бутилацетат по ГОСТ 8981-78.

Пример 1 (по прототипу), мас.ч.:

Полиоксипропилентриол молекулярной массы 3600 (выпускается под торговой маркой «Лапрол-3600-2-12», см. ТУ 2226-015-10488057-94) 100 загружают в емкость с мешалкой, добавляют этилацетат 100, перемешивают и вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Суризон 100, перемешивают в течение 3-х часов до содержания NCO-групп не менее 10%. Композицию наносят на подложки из стекла, металла, фторопласта.

Пример 2 (по заявляемому объекту).

Полиуретановую композицию для покрытий получают путем смешения компонентов при следующем соотношении, мас.ч.:

Олигоэфир молекулярной массы 1164 100 загружают в емкость с мешалкой, добавляют растворитель, в качестве которого используют этилацетат 123, перемешивают и вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Суризон 23, перемешивают в течение 20 минут до содержания NCO-групп не менее 10%. Композицию наносят на подложки из стекла, металла, фторопласта.

Пример 3.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют смесь растворителей.

Пример 4.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1591.

Пример 5.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1096.

Пример 6.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1275.

Пример 7.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют олигоэфир молекулярной массы 1760.

Пример 8.

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют другой растворитель.

Пример 9.

Композицию получают аналогично примеру 4, но используют другой растворитель.

Время высыхания композиции определяют по отсутствию прилипания листа бумаги к пленке, образовавшейся после нанесения композиции на стальную пластинку, ГОСТ 19003-73.

Относительную твердость покрытия на пластинке из стекла (в условных единицах) определяют по отношению к твердости стекла на маятниковом приборе марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-67.

Адгезию (в баллах) определяют методом решетчатых надрезов покрытия на металлической пластинке согласно ГОСТ 15140-78.

Прочность при ударе покрытия на металлической пластинке (Н·м) определяют на приборе У-1А согласно ГОСТ 4763-73.

Прочность пленки при растяжении определяют на разрывной машине по ГОСТ 18299-72.

Термостойкость покрытий оценивают по значениям начальной температуры разложения (Т_нач), и температуры потери 50% массы (Т_50%), определяемых по данным термогравиметрического анализа при скорости нагревания 2°C/мин в соответствии с ГОСТ 29127-91.

Согласно приведенным з таблице данным физико-механических испытаний покрытий, заявленная полиуретановая композиция может быть использована в качестве защитного полиуретанового покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.

Таблица 2
Данные по примерам 1-9
Состав композиции, мас.ч., и свойства покрытия	1 (прототип)	Примеры по заявляемому объекту
		2	3	4	5	6	7	8	9
Полиоксипропилентриол (Лапрол 3600-2-12)	100	-	-	-	-	-	-	-	-
Сложный полиэфир	-	100	100	100	100	100	100	100	100
Полиизоцианат	100	23	23	18	26	22	16	23	18
Этилацетат	100	123	-	118	126	122	116	-	-
Ацетон	-	-	50	-	-	-	-	-	-
Бутилацетат	-	-	73	-	-	-	-	123	118
Время высыхания, ч	36	1	1	1	1	1	1	1	1
Твердость, усл.ед.	0,43	0.8	0,8	0.6	0,3	0,8	0,5	0,8	0.6
Адгезия, балл	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Прочность при ударе, Н·м	5	5	5	5	5	5	5	5	5
Прочность при растяжении, МПа	19,7	61.6	61,6	59,1	29,8	42,1	40,4	61,6	59,1
Температуры потери массы покрытий:
Тнач., °C	246	310	310	300	270	300	270	310	300
Т50%, °C	323	380	380	375	405	425	420	380	375

Как видно из примерев конкретного выполнения, заявленная полиуретановая композиция позволяет повысить термостойкость покрытий, начальная температура разложения покрытия повышается на 24-64°C или 9,8-26%, температура потери 50% массы на 52-102°C или 16,1-31,6%, повысить твердость покрытий в 1,2-1,9 раза, прочность покрытий при растяжении в 1,5-3,1 раза, улучшить экологичность композиции за счет снижения в 4-5 раз количества вводимого полиизоцианата, сократить время высыхания композиции в 36 раз.