PL246398B1

PL246398B1 - Trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV i zastosowanie kompozycji powłokowej

Info

Publication number: PL246398B1
Application number: PL441004A
Authority: PL
Inventors: Bartosz Kopyciński; Ewa LANGER; Ewa Langer; Marzena Nowicka-Nowak
Original assignee: Siec Badawcza Lukasiewicz Instytut Inzynierii Mat Polimerowych I Barwnikow
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2025-01-20
Also published as: PL441004A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV, którą otrzymuje się dwuetapowo. W pierwszym etapie sporządza się pastę z uniepalniaczy w postaci polifosforanu amonu o wielkości cząstek ≤ 17 µm w ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 23% wagowych oraz pentaerytrytolu o wielkości cząstek ≤ 15 µm w ilości od 5 do 15% wagowych, najkorzystniej od 10 do 13% wagowych rozprowadzonych w mieszaninie monomerów akrylowych takich jak jednofunkcyjny akrylan izobornylu (IBOA) i trójfunkcyjny triakrylan trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszanych w stosunku wagowym 1 do 2,1 w ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 25% wagowych, mieszaninie monomerów akrylowych i 50% dyspersji nanokrzemionki o wielkości cząstek ≤ 20 nm akrylanie trimetylolopropanu (CTFA) w ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej w ilości od 5 do 6% wagowych. W drugim etapie dodawane są pozostałe składniki obejmujące oligomery, jako mieszaninę alifatycznego akrylanu uretanowego w rozcieńczeniu 30% monofunkcyjnym akrylanem 2-[[(butyloamino)karbobylo]oksy]etylu z żywicą poliestrową w rozcieńczeniu 35% triakrylanem trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszane w stosunku wagowym 1 do 2,1 albo akrylowany oligomer modyfikowany fosforem ilości od 30 do 50% wagowych, najkorzystniej od 35 do 40% wagowych, fotoinicjatory jako mieszaninę benzoilomrówczanu metylu (MBF) oraz dimetylohydroksyacetofenonu (DMHA) zmieszanych w stosunku wagowym 1 do 2 ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej od 6 do 7% wagowych oraz wprowadzane są środki pomocnicze takie jak metakrylowany ester fosforanowy, jako promotor adhezji w ilości od 1 do 5% wagowych, najkorzystniej od 1 do 2% wagowych oraz inhibitor polimeryzacji w estrze kwasu akrylowego ilości do 2% wagowych, najkorzystniej od 0,3 do 0,5% wagowych. Przedmiotem zgłoszenia jest także zastosowanie trudnopalnej kompozycji powłokowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV i zastosowanie kompozycji powłokowej, zwłaszcza na podłoża drewniane i drewnopochodne.

W praktyce przemysłowej rozpowszechnione są głównie kompozycje powłokowe oparte na halogenowych bądź fosforowych uniepalniaczach pochodzenia organicznego. W użyciu pozostają przede wszystkim związki bogate w chlor i brom. Stosowane są również materiały nieorganiczne, takie jak tlenki i wodorotlenki metali. Opóźniaczami palenia spotykanymi w skali laboratoryjnej są natomiast materiały węglowe, zarówno w postaci mikro- jak i nanometrycznej (m.in. pianki węglowe, nanorurki węglowe, grafen i jego tlenek), nierzadko poddawane dodatkowej funkcjonalizacji. Stosowanie części z wyżej wymienionych uniepalniaczy często pociąga za sobą szereg negatywnych oddziaływań środowiskowych i zdrowotnych. Antypireny halogenowe po podgrzaniu mogą rozkładać się do postaci toksycznych dioksyn zdolnych do kumulowania w ludzkim organizmie. Zważywszy na potencjalne działanie muta- i kancerogenne, dyskusyjne pozostaje również stosowanie nanomateriałów węglowych.

Znane są przykłady trudnopalnych kompozycji powłokowych utwardzanych promieniowaniem UV.

W opisie patentowy nr CN105131673 B1 przedstawiono koncepcję utwardzanego promieniowaniem UV lakieru przeznaczonego do pokryć podłóg i mebli drewnianych na bazie akrylanu z epoksydowanego oleju sojowego z dodatkiem antypirenów w postaci talku, wodorotlenku glinu oraz fosforanu estru kwasu metakrylowego.

Z opisu patentowego US9975314 B1 znana jest kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV do pokrywania fornirów drzewnych oparta na bazie żywicy uretanowo akrylanowej uniepalnionej przez dodatek krzemionki oraz tetrabromobisfenolu A.

W opisie zgłoszenia międzynarodowego WO2013067678 ujawniono bazującą na osnowie polarnego kopolimeru etylenu kompozycję powłokową utwardzaną promieniowaniem UV do powlekania przewodów elektrycznych bogatą w zmniejszające palność tlenki, wodorotlenki, węglany i/lub krzemiany wapnia, glinu i magnezu bądź krzemionkę.

Ponadto w opisie patentowym CN110684459 B przedstawiono uretanowo-akrylanowy, trójwarstwowy system powłokowy utwardzany synergicznie promieniowaniem UV i wilgocią z otoczenia przeznaczony do pokrywania płytek drukowanych zawierający uniepalniające estry fosforanowe.

Z polskiego opisu patentowego PL 225651 B1 znana jest trudnopalna kompozycja epoksydowa do wytwarzania laminatów epoksydowo-szklanych według wynalazku zawierająca żywice epoksydowe, rozpuszczalnik i ewentualnie środki pomocnicze, charakteryzuje się tym, że na 100 części wagowych dianowej żywicy epoksydowej albo jej mieszaniny z żywicą epoksynowolakową i/lub z żywicą nowolakową, korzystnie zawiera 5+30 części wagowych związku azotowo-fosforowego posiadającego w swej strukturze co najmniej 35% pięciotlenku fosforu (P2O5) oraz nie mniej niż 45% azotu ogólnego (N). Trudnopalna kompozycja epoksydowa jako związek azotowo-fosforowy zawiera polifosforan melaminy korzystnie o średnim wymiarze ziarna 10+25 μm, głównie w postaci izocyjanuranu melaminy. Trudnopalna kompozycja epoksydowa jako związek azotowo-fosforowy zawiera mieszaninę azotoorganicznych substancji, których podstawą jest melamina lub guanidyna i ich pochodne wraz z czerwonym fosforem i/lub poliolem fosforowym korzystnie o zawartości 16+18% wagowych fosforu i/albo polifosforanu amonu i/lub pentaerytrytolu.

Celem wynalazku jest opracowanie polimerowej kompozycji powłokowej utwardzanej promieniowaniem UV, zdolnej do zabezpieczania podłoży drewnianych i drewnopochodnych przed działaniem otwartego ognia.

Trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV według wynalazku zawierająca w postaci proszku środki uniepalniające takie jak: polifosforan amonu i pentaerytrol otrzymywana jest dwuetapowo. W pierwszym etapie sporządzana jest pasta z uniepalniaczy w postaci polifosforanu amonu o wielkości cząstek <17 μm w ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 23% wagowych oraz pentaerytrytolu o wielkości cząstek < 5 μm w ilości od 5 do 15% wagowych, najkorzystniej od 10 do 13% wagowych rozprowadzonych w mieszaninie monome rów akrylowych takich jak jednofunkcyjny akrylan izobornylu (IBOA) i trójfunkcyjny triakrylan trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszanych w stosunku wagowym 1 do 2,1 w ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 25% wagowych, w mieszaninie monomerów akrylowych i 50% dyspersji nanokrzemionki o wielkości cząstek <20 nm w akrylanie trimetylolopropanu (CTFA) w ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej w ilości od 5 do 6% wagowych. W drugim etapie dodawane są pozostałe składniki obejmujące oligomery, jako mieszaninę alifatycznego akrylanu uretanowego

PL 246398 Β1 w rozcieńczeniu 30% monofunkcyjnym akrylanem 2-[[(butyloamino)karbonylo]oksy]etylu z żywicą poliestrową w rozcieńczeniu 35% triakrylanem trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszane w stosunku wagowym 1 do 2,1 albo akrylowany oligomer modyfikowany fosforem w ilości od 30 do 50% wagowych, najkorzystniej od 35 do 40% wagowych, fotoinicjatory jako mieszaninę benzoilomrówczanu metylu (MBF) oraz dimetylohydroksyacetofenonu (DMHA) zmieszanych u stosunku wagowym 1 do 2 w ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej od 6 do 7% wagowych oraz wprowadzane są środki pomocnicze takie jak metakrylowany ester fosforanowy, jako promotor adhezji w ilości od 1 do 5% wagowych, najkorzystniej od 1 do 2% wagowych oraz inhibitor polimeryzacji w estrze kwasu akrylowego w ilości do 2% wagowych, najkorzystniej od 0,3 do 0,5% wagowych.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie trudnopalnej kompozycji powłokowej utwardzanej promieniowaniem UV określonej w zastrz. 1 do powlekania podłoży drewnianych oraz drewnopochodnych.

Kompozycja powłokowa będąca przedmiotem wynalazku zawiera mieszaninę odpowiednio dobranych fotoinicjatorów zapewniających należyty stopień powierzchniowego i wgłębnego utwardzenia w założonym czasie, wymaganym dla otrzymania pożądanych właściwości mechanicznych i użytkowych powłok.

Kompozycja powłokowa według wynalazku po utwardzeniu jest elastyczna, jednocześnie zachowując zadowalającą twardość i odporność na zarysowanie. Posiada bardzo dobrą adhezję do podłoży drewnianych i drewnopochodnych, zwłaszcza do ciosanego, struganego lub heblowanego drewna sosnowego, modrzewiowego i dębowego oraz płyt kompozytowych typu MDF i OSB przeznaczonych na elementy konstrukcyjne, zwłaszcza więźby dachowe oraz panele i okładziny ścienne. Nadto kompozycja jest przyjazna dla środowiska.

Odpowiedni charakter chemiczny, kompatybilność oraz stosunek ilościowy użytych składników pozwalają na otrzymanie formuły stabilnej w czasie składowania, odpornej na działanie płomienia.

W technologii utwardzania promieniami UV wykorzystywane są materiały o wysokiej zawartości części stałych, przeważnie pozbawione lotnych związków organicznych. Z uwagi na bezodpadowy charakter technologii, powłoki konstytuowane są z maksymalną wydajnością aplikacji. Stosowanie lakieru według wynalazku niweluje także niedogodności związane z negatywnym oddziaływaniem opóźniaczy palenia na środowisko i kondycję zdrowotną.

Do otrzymania kompozycji powłokowej będącej przedmiotem wynalazku stosuje się typową aparaturę wykorzystywaną w przemyśle farb i lakierów tj. młyn typu attritor oraz zaopatrzone w kadź mieszadło szybkoobrotowe o płynnej regulacji szybkości obrotowej. Otrzymaną mieszaninę nakłada się na suche i pozbawione luźno związanych cząstek podłoże drewniane lub drewnopochodne metodą natrysku hydrodynamicznego bądź pędzlem. Aplikacja lakieru według wynalazku na podłoża drewniane i drewnopochodne o niewielkiej chropowatości może wymagać dodatkowej obróbki mechanicznej papierem ściernym o właściwej gradacji bądź użycia specjalistycznego podkładu gruntującego.

Kompozycja powłokowa wymaga utwardzana promieniowaniem UV, co przy stosowaniu lamp UV o mocy 100 W/cm odpowiada czasowi ekspozycji wynoszącemu korzystnie od 15 do 45 sekund, najkorzystniej 30 sekund.

Przedmiot wynalazku objaśniono poniższymi przykładami realizacji nie ograniczając jego zakresu.

Przykład 1

Rodzaj surowca	Ilość, kg/100 kg
Alifatyczny akry lan uretanowy w rozcieńczeniu 30% monofunkcyjnym akry lanem 2-[f(butyloamino)karbonyloloksy \|etylu	11.13
Żywica poliestrowa w rozcieńczeniu 35% triakrylanem trimetylolopropanu ΓΜΡΤΑ	23.45
Akrylan izobomylu ΙΒΟΛ	16,66
Triakrylan trimetylolopropanu Ί ΜΡΊ Λ	6.16
50% dyspersja nanokrzemionki w akrylanie tri mety lolopropanu CTFA	6,37

PL 246398 Β1

Rodzaj surowca	Ilość, kg/100 kg
Benzoilomrówczan metylu MBF	1.54
Dimclylohydroksyacetofenon DMHA	3.15
Melakrylowany ester fosforanowy	1.10
Inhibitor polimeryzacji w estrze kwasu akry lowego	0.35
Polifosforan amonu	20.37
Pentaerylrytol	9,63
	Σ = 100

Trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV jest używana do powlekania podłoży drewnianych oraz drewnopochodnych.

Przykład 2

Rodzaj surowca	Ilość, kg/100 kg
Akrylowany oligomer modyfikowany fosforem	34,58
Akrylan izobornylu 1HOA	16,66
Triakry lan trimetylolopropanu TMPTA	6,16
50% dyspersja nanokrzemionki w akrylanie trimetylolopropanu CTFA	6.37
Benzoilomrówczan metylu MBF	1.54
Dimetyiohydroksyacetofenon DMHA	3.15
Metakryfowany ester fosforanowy	1.19
Inhibitor polimeryzacji w' estrze kwasu akrylowego	0,35
Polifosforan amonu	20,37
Pentaerylrytol	9,63
	Σ= 100

Trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UVjest używana do powlekania podłoży drewnianych oraz drewnopochodnych.

Wynalazek przedstawiono jako przykładowe możliwości jego realizacji, jednakże obejmuje on także wszelkie odmiany i modyfikacje mieszczące się w ramach niezależnego zastrzeżenia patentowego.

Claims

1. Trudnopalna kompozycja powłokowa utwardzana promieniowaniem UV zawierająca w postaci proszku środki uniepalniające takie jak: polifosforan amonu i pentaerytrol, znamienna tym, że kompozycję otrzymuje się dwuetapowo, w pierwszym etapie sporządzana jest pasta z uniepalniaczy w postaci polifosforanu amonu o wielkości cząstek <17 μmw ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 23% wagowych oraz pentaerytrytolu o wielkości cząstek <15 pm w ilości od 5 do 15% wagowych, najkorzystniej od 10 do 13% wagowych rozprowadzonych w mieszaninie monomerów akrylowych takich jak jednofunkcyjny akrylan izobornylu (IBOA) i trójfunkcyjny triakrylan trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszanych w stosunku Wagowym 1 do 2,1 w ilości od 10 do 30% wagowych, najkorzystniej od 20 do 25% wagowych, w mieszaninie monomerów akrylowych i 50% dyspersji nanokrzemionki o wielkości cząstek <20 nm w akrylanie trimetylolopropanu (CTFA) w ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej w ilości od 5 do 6% wagowych, zaś w drugim etapie dodawane są pozostałe składniki obejmujące oligomery, jako mieszaninę alifatycznego akrylanu uretanowego w rozcieńczeniu 30% monofunkcyjnym akrylanem 2-[[(butyloamino)karbonylo]oksy]etylu z żywicą poliestrową w rozcieńczeniu 35% triakrylanem trimetylolopropanu (TMPTA) zmieszane w stosunku wagowym 1 do 2,1 albo akrylowany oligomer modyfikowany fosforem w ilości od 30 do 50% wagowych, najkorzystniej od 35 do 40% wagowych, fotoinicjatory jako mieszaninę benzoilomrówczanu metylu (MBP) oraz dimetylohydroksyacetofenonu (DMHA) zmieszanych w stosunku wagowym 1 do 2 w ilości od 5 do 10% wagowych, najkorzystniej od 6 do 7% wagowych oraz wprowadzane są środki pomocnicze takie jak metakrylowany ester fosforanowy, jako promotor adhezji w ilości od 1 do 5% wagowych, najkorzystniej od 1 do 2% wagowych oraz inhibitor polimeryzacji w estrze kwasu akrylowego w ilości do 2% wagowych, najkorzystniej od 0,3 do 0,5% wagowych.

2. Zastosowanie trudnopalnej kompozycji powłokowej utwardzanej promieniowaniem UV określonej w zastrz. 1 do powlekania podłoży drewnianych oraz drewnopochodnych.