OPIS PATENTOWY PL 232158 › sites › Opisy › Miniaturki › Opisy › 3880353.pdf · Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych

RZECZPOSPOLITA POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 232158

(21) Numer zgłoszenia: 425843

(22) Data zgłoszenia: 12.05.2014 (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

408185

(13) B1

(51) Int.Cl.

C01B 32/21 (2017.01)

B82B 3/00 (2006.01)

B82Y 40/00 (2011.01)

C09C 1/44 (2006.01)

C09D 7/40 (2018.01)

(54) Kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych i z tworzyw sztucznych

(43) Zgłoszenie ogłoszono:

23.11.2015 BUP 24/15

(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2019 WUP 05/19

(73) Uprawniony z patentu:

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL

(72) Twórca(y) wynalazku:

TADEUSZ SPYCHAJ, Szczecin, PL

KRZYSZTOF KAROL KOWALCZYK, Szczecin, PL

SZYMON KUGLER, Szczecin, PL

(74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Renata Zawadzka

PL

23215

8

B1

PL 232 158 B1 2

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych

i z tworzyw sztucznych, w szczególności wodorozpuszczalne i wodorozcieńczalne farby lub lakiery oraz

powłoki lakiernicze, w tym pigmentowe oraz spoiny klejowe.

Dodatek CNT w ilości poniżej 1% wag. w unikalny sposób polepsza różne właściwości materiałów

polimerowych takie jak przewodnictwo elektryczne i cieplne, a także cechy mechaniczne. Jednakże aby

nanonapełniacz węglowy spełniał swoją funkcję musi zostać należycie zdyspergowany w materiale po-

limerowym. Do najbardziej efektywnych metod dyspergowania CNT w układach ciekłych należy mie-

szanie ultradźwiękowe (sonifikacja). Ta metoda dyspergowania nie może być jednak stosowana bez-

pośrednio do dyspergowania nanonapełniaczy w kompozycjach powłokowych na bazie emulsji/zawie-

sin polimerów, gdyż powoduje nieodwracalną separację fazową układu. Ponadto metoda sonifikacji jest

standardowo ograniczona do mieszania niezbyt dużych objętości dyspersji (do ok. 10 dm3) i stwarza

różnorodne zagrożenia przy stosowaniu w skali przemysłowej. Zatem w celu wprowadzenia nanonapeł-

niacza węglowego do kompozycji polimerowej sporządza się oddzielnie jego dyspersję w ośrodku dys-

pergującym, np. w wodzie, na drodze sonifikacji w obecności środka powierzchniowo czynnego (SPC).

Przygotowaną dyspersję (przedmieszkę) nanonapełniacza węglowego można następnie mieszać me-

chanicznie z emulsją/zawiesiną polimerową otrzymując w ten sposób dyspersję nanonapełniacza w cie-

kłej kompozycji polimerowej. Trwają ciągłe prace nad doskonaleniem sposobów dyspergowania ultra-

dźwiękowego nanostruktur węglowych.

Chiński opis patentowy CN102303862 opisuje proces dyspergowania ultradźwiękowego nanona-

pełniacza węglowego w wodzie w obecności hydrofilowych pochodnych koronenu jako SPC, prowa-

dzony w temperaturze 10–40°C; nie podano innych parametrów procesowych. Z amerykańskiego opisu

patentowego US2013341570 znane jest zastosowanie soli pochodnej chondroityny do dyspergowania

ultradźwiękowego CNT w wodzie; temperatura procesu 0–5°C, moc urządzenia 100 W, czas 0,5 h. Opis

patentowy chiński CN102911531 podaje sposób dyspergowania ultradźwiękowego CNT i grafenu (GN)

w rozpuszczalnikach organicznych w obecności żywicy epoksydowej zsyntezowanej z naturalnego po-

lifenolu – kwasu galusowego w następujących warunkach: częstotliwość fali 10–100 kHz, moc urządze-

nia 80–170 W, czas procesu 0,5–10 h. Nie stosowano żadnych innych dodatków wpływających na efek-

tywność dyspergowania. Opis patentowy chiński CN102709523 dotyczy sposobu dyspergowania CNT

w lepkim nienewtonowskim roztworze poli(winylopirolidonu) w N-metylopirolidonie na drodze mieszania

mechanicznego w obecności mikronapełniaczy elektroprzewodzących (takich jak ortofosforan litu i że-

laza lub metaliczny nikiel) jako środków wspomagających dyspergowanie. Szybkość mieszania według

opisu wynosi 900–1800 obr./min. a czas mieszania 1–1,5 h. Z polskiego zgłoszenia patentowego

P.395835 znany jest sposób dyspergowania CNT w obecności hydrofitowej cieczy jonowej (dietylofos-

foranu 1-etylo-3-metyloimidazoliowego) na łaźni ultradźwiękowej. Wskazane optymalne parametry pro-

cesu to temperatura 60–65°C oraz czas 4–5 h.

Kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych i z tworzyw sztucznych, według

wynalazku, zawierająca spoiwo epoksydowe i/lub poliuretanowe i/lub akrylowe i/lub alkidowe i/lub

z poli(octanu winylu) i/lub z polialkoholu winylowego) oraz napełniacze i/lub pigmenty i/lub barwniki

i/lub plastyfikatory i/lub współrozpuszczalniki i/lub odpieniacze i/lub koalescenty i/lub katalizatory i/lub

zagęstniki i/lub biocydy i nanorurki węglowe, charakteryzuje się tym, że zawiera nanorurki węglowe

w postaci dyspersji w wodzie i/lub cieczach organicznych, gdzie ilość wody i/lub cieczy organicznych

w całej dyspersji wynosi od 39 do 99,4% wagowych, przy czym dyspersję otrzymuje się metodą dys-

pergowania ultradźwiękowego w obecności nanocząstkowego środka wspomagającego dyspergowa-

nie o właściwościach dielektrycznych. Kompozycja polimerowa zawiera nanorurki węglowe w ilości

od 0,01% wagowych do 5% wagowych sumy wszystkich nielotnych składników kompozycji polimero-

wej. Jako środek wspomagający dyspergowanie nanorurek węglowych kompozycja polimerowa za-

wiera stałe substancje, takie jak tlenek krzemu, i/lub tlenek glinu, i/lub tlenek tytanu, i/lub tlenek ceru

i/lub węglik krzemu w postaci proszku o cząstkach o wymiarach od 5 do 200 nm. Zawartość środka

wspomagającego dyspergowanie w dyspersji nanorurek węglowych zastosowanej w kompozycji wy-

nosi od 0,5 do 55% wag. masy całej dyspersji nanorurek węglowych. Korzystnie kompozycja polime-

rowa zawiera napełniacze naturalne i syntetyczne takie jak krzemionka i krzemiany, tlenek glinu, tlenki

żelaza, węglan wapnia, węglan wapnia i magnezu, talk, kaolin, mika, siarczan baru, wollastonit, ha-

loizyt w ilości od 0,01% wagowych do 85% wagowych sumy wszystkich nielotnych składników kom-

PL 232 158 B1 3

pozycji polimerowej. Korzystnie kompozycja polimerowa zawiera pigmenty naturalne i/lub synte-

tyczne, takie jak takie jak fosforan glinu i/lub wapnia i/lub cynku i/lub magnezu, dwutlenek tytanu,

tlenki żelaza w ilości od 0,01% wagowych do 85% wagowych sumy wszystkich nielotnych składników

kompozycji polimerowej.

Środki powierzchniowo czynne stosowane w procesie otrzymywania dyspersji zastosowanej

w kompozycji według wynalazku, to związki chemiczne zawierające w swojej strukturze część organo-

filową oraz hydrofilową, w szczególności takie jak: kwas dodecylobenzenosulfonowy i jego sole, etery

fenylowo-, benzylowo- i naftylowo- oligooksyalkilenowe – w tym etery z grupą alkilową podstawioną

w pierścieniu aromatycznym oraz związki polimerowe.

Energia fali ultradźwiękowej jest przekazywana nanocząstkom środka wspomagającego dysper-

gowanie, które poruszając się z dużą prędkością wspomagają rozbijanie aglomeratów nanorurek wę-

glowych. Dzięki temu zjawisku uzyskuje się znacznie lepszy stopień zdyspergowania nanonapełniacza

węglowego niż w analogicznym procesie prowadzonym bez użycia środka wspomagającego dyspergo-

wanie. Wymaga to zużycia znacznie mniejszych ilości energii (pozwala na obniżenie energii dyspergo-

wania o co najmniej 50%), gdyż dzięki nanomechanicznym procesom rozdrabniania/rozpraszania za-

chodzącym z udziałem środka wspomagającego dyspergowanie energia dostarczana do układu jest

wykorzystywana w zoptymalizowany sposób. Poza tym nanocząstki substancji nieorganicznej pozostają

w układzie dyspersyjnym po procesie rozpraszania i stanowią użyteczny dodatek do kompozycji poli-

merowej, umożliwiający np. poprawę właściwości finalnych materiałów powłokowych lub klejów z udzia-

łem dyspersji nanorurek węglowych. Kompozycja polimerowa zawierająca dyspersję nanorurek węglo-

wych otrzymaną metodą dyspergowania ultradźwiękowego w obecności środka wspomagającego dys-

pergowanie, umożliwia uzyskanie powłok, filmów i spoin klejowych charakteryzujących się podwyższo-

nym przewodnictwem elektrycznym w porównaniu do układów otrzymanych znanymi dotychczas meto-

dami oraz podwyższoną transparentnością w porównaniu do materiałów odniesienia o tym samym skła-

dzie uzyskanych z zastosowaniem klasycznych dyspersji CNT.

Kompozycja polimerowa według wynalazku ma zastosowanie do wytwarzania powłok, filmów

i spoin klejowych antystatycznych, rozpraszających ładunki elektryczne, elektroprzewodzących oraz

ekranujących względem promieniowania elektromagnetycznego.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania i na rysunku przed-

stawiającym wykresy dla powłok przygotowanych według procedur C i D z przykładu pierwszego,

na którym fig. 1 przedstawia wpływ mocy mieszadła ultradźwiękowego na rezystywność powierzch-

niową powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglo-

wych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego SiO2 (czas dyspergowania 30 minut,

temperatura 20°C), fig. 2 przedstawia wpływ czasu dyspergowania na rezystywność powierzchniową

powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglo-

wych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego SiO2 (moc mieszadła ultradźwięko-

wego 70 W/g, temperatura 20°C), fig. 3 przedstawia wpływ temperatury procesu dyspergowania na re-

zystywność powierzchniową powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dysper-

sję nanorurek węglowych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego SiO2 (moc miesza-

dła 70 W/g, czas dyspergowania 30 minut).

P r z y k ł a d 1

Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w wodzie z użyciem nano-

cząstkowego tlenku krzemu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej

dyspersji nanorurek węglowych do wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego.

W celach porównawczych otrzymano dwie kompozycje sposobem znanym ze stanu techniki do-

dając po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2.

Procedura A (procedura porównawcza).

Do wody zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian

sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica –10 nm, stosunek 1/d 160),

po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego

(częstotliwość 24 kHz, moc 180 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję MWCNT wprowadzono do mie-

szaniny wodnej dyspersji kopolimeru akrylowego (zawartość kopolimeru 50% wag., lepkość 250 mPas),

wodnej dyspersji nanocząstek SiO2 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm) oraz wody. Otrzymano dwie

kompozycje powłokowe oznaczone symbolami A1 i A2 o udziałach wagowych składników podanych

w tabeli 1.

PL 232 158 B1 4

Procedura B (procedura porównawcza).

Dyspersję MWCNT przygotowano analogicznie jak w procedurze A z tą różnicą, że moc miesza-

dła ultradźwiękowego została zmniejszona do 70 W/g. Otrzymano kompozycje powłokowe, oznaczone

symbolami B1 i B2, o takim samym składzie jak odpowiednie kompozycje A1 i A2 o udziałach wagowych

składników podanych w tabeli 1.

Procedura C (według wynalazku).

Do wodnej dyspersji nanocząstkowego SiO2 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm) zawierającej

rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono

MWCNT (średnica 10 nm, stosunek 1/d 160) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C

za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 180 W/g) w celu otrzymania wodnych dyspersji za-

wierających 0,16–0,2% wag. nanorurek i 40% wag. tlenku krzemu. Tak przygotowaną dyspersję

MWCNT zmieszano z wodną dyspersją kopolimeru akrylowego (50% wag., 250 mPas). Otrzymano

dwie kompozycje powłokowe oznaczone symbolami C1 i C2, o takim samym składzie jak odpowiednie

kompozycje A1 i A2 (tabela 3).

Procedura D (według wynalazku).

Dyspersję MWCNT przygotowano analogicznie jak w procedurze C z tą różnicą, że moc miesza-

dła ultradźwiękowego zmniejszono do 70 W/g. Otrzymano dwie kompozycje powłokowe oznaczone

symbolami D1 i D2, o takim samym składzie jak odpowiednie kompozycje A1 i A2 (tabela 3).

Lakiery przygotowane według procedur A, B, C i D zaaplikowano na podłoża transparentne

(szklane i poliestrowe z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozyto-

wych błon polimerowych o grubości 40 m. Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową powłok

na podłożu szklanym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność powłok na podłożu poliestrowym

(metodą spektrofotometrii UV-Vis).

W tabeli 1 przedstawiono skład wodorozcieńczalnych lakierów akrylowych z dyspersjami nano-

rurek węglowych przygotowanych z udziałem nanocząstkowego tlenku krzemu i właściwości otrzyma-

nych powłok.

T a b e l a 1

P r z y k ł a d 2


cząstkowego tlenku glinu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dys-

persji do wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego.

W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając

po procesie sonifikacji nanocząstki AI2O3.

PL 232 158 B1 5

Procedura E (procedura porównawcza).


sodu) wprowadzono jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT; średnica 2 nm, stosunek 1/d 1000),

po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwięko-

wego (24 kHz, 200 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję SWCNT wprowadzono do mieszaniny wod-

nej dyspersji kopolimeru akrylowego (zawartość kopolimeru 50% wag., lepkość 250 mPas), wodnej

dyspersji nanocząstek AI2O3 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm), odpieniacza silikonowego oraz

wody. Otrzymano kompozycję powłokową oznaczoną symbolem E1 o następujących udziałach wago-

wych składników:

woda: 569,8 cz. wag.,

kopolimer akrylowy: 181 cz. wag.,

środek powierzchniowo czynny: 6,4 cz. wag.,

odpieniacz: 3 cz. wag.,

tlenek glinu: 236,6 cz. wag.,

nanorurki węglowe: 3,2 cz. wag.

Procedura F (według wynalazku).

Do wodnej dyspersji nanocząstkowego AI2O3 (40 nm) zawierającej rozpuszczony środek po-

wierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono SWCNT (średnica 2 nm, sto-

sunek 1/d 1000) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwię-

kowego (24 kHz, 100 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:

nanorurki węglowe: 0,74 cz. wag.,


tlenek glinu: 55 cz. wag.,

woda: 42,78 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję nanorurek zmieszano z wodną dyspersją kopolimeru akrylowego

(50% wag., 250 mPas), wodą oraz odpieniaczem silikonowym. Otrzymano kompozycję powłokową

oznaczoną symbolem F1 o takim samym składzie jak kompozycja E1.

Wodorozcieńczalne lakiery akrylowe, przygotowane według procedur E i F, zaaplikowano na pod-

łoże transparentne (szklane i poliestrowe z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzyma-

nia nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 m. Zbadano elektryczną rezystywność po-

wierzchniową uzyskanych powłok na podłożu szklanym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność

powłok na podłożu poliestrowym (metodą spektrofotometrii UV-Vis).

W tabeli 2 przedstawiono warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem nanocząst-

kowego tlenku glinu i właściwości powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego

dyspersję nanorurek węglowych.

T a b e l a 2

P r z y k ł a d 3

Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w mieszaninie wody z eta-

nolem z użyciem nanocząstkowego tlenku krzemu jako środka wspomagającego dyspergowanie i za-

stosowanie uzyskanej dyspersji do wodorozcieńczalnego lakieru ze spoiwem z poli(octanu winylu).


po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2.

Procedura G (procedura odniesienia).

Do równowagowej mieszaniny wody z etanolem zawierającej rozpuszczony środek powierzch-

niowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe

PL 232 158 B1 6

(MWCNT; średnica 20 nm, stosunek 1/d 100), po czym układ sonifikowano przez 30 minut

w temp. 0°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 180 W/g). Po procesie sonifikacji dys-

persję MWCNT wprowadzono do mieszaniny wodnej dyspersji poli(octanu winylu) (zawartość poli-

meru 50% wag., lepkość 2200 mPas), dyspersji nanocząstek SiO2 w etanolu (o średnim rozmiarze

cząstek 5 nm), napełniacza (kaolin) oraz wody i etanolu. Otrzymano lakier oznaczony symbolem G1

o następujących udziałach wagowych składników:


etanol: 22,37 cz. wag.,

poli(octan winylu): 15,90 cz. wag.,

kaolin: 0,01 cz. wag.,


tlenek krzemu: 10,98 cz. wag.,


Procedura H (według wynalazku).

Do mieszaniny składającej się z dyspersji nanocząstkowego SiO2 w etanolu (5 nm) z roztworem

wodnym środka powierzchniowo czynnego (dodecylobenzenosulfonianu sodu) wprowadzono MWCNT

(średnica 20 nm, stosunek 1/d 100) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 0°C za pomocą

mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 90 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:





etanol: 37,87 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnej dyspersji polioctanu wi-

nylu) (50% wag., 2200 mPas), wody, etanolu i napełniacza. Otrzymano lakier, oznaczony symbo-

lem H1, o takim samym składzie jak lakier G1.

Lakiery przygotowane według procedur G i H zaaplikowano na podłoże transparentne (szklane

i z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozytowych błon polimero-

wych o grubości 40 m. Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową powłok na podłożu szkla-

nym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność powłok na podłożu poliestrowym (metodą spektro-

fotometrii UV-Vis).


kowego tlenku krzemu i właściwości powłok z wodorozcieńczalnego lakieru z poli(octanu winylu) zawie-

rającego dyspersję nanorurek węglowych.

T a b el a 3

P r z y k ł a d 4


cząstkowego tlenku ceru jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dys-

persji nanorurek do wodorozcieńczalnej farby poliuretanowej.


po procesie sonifikacji nanocząstki CeO2.

Procedura J (procedura porównawcza).


sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica 20 nm, stosunek 1/d 100),

po czym układ sonifikowano przez 60 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego

PL 232 158 B1 7

(24 kHz, 180 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny wodnego roz-

tworu kopolimeru poliuretanowego (zawartość kopolimeru 40% wag., lepkość 140 mPas), wodnej dys-

persji nanocząstek CeO2 (o średnim rozmiarze cząstek 10 nm), wody, napełniaczy (talk, węglan wapnia

i magnezu, haloizyt, wollastonit), pigmentu (biel tytanowa), odpieniacza silikonowego, plastyfikatora

(izomaślanu trimetylohydroksypentylu) i środka biocydowego. Otrzymano kompozycję polimerową

oznaczoną symbolem J1 o następującym składzie:


kopolimer poliuretanowy: 59,39 cz. wag.,

węglan wapnia i magnezu: 307,40 cz. wag.,

talk: 30,66 cz. wag.,

haloizyt: 9,90 cz. wag.,

wollastonit: 9,37 cz. wag.,

biel tytanowa: 0,05 cz. wag.,

odpieniacz: 0,11 cz. wag.,

plastyfikator: 0,47 cz.wag.,

środek biocydowy: 0,10 cz. wag.,


tlenek ceru: 2,47 cz. wag.,


Procedura K (według wynalazku).

Do wodnej dyspersji nanocząstkowego CeO2 (10 nm) zawierającej rozpuszczony środek po-

wierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono MWCNT (średnica 20 nm, sto-

sunek 1/d 100) i układ sonifikowano przez 60 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwięko-

wego (24 kHz, 90 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:



tlenek ceru: 0,5 cz. wag.,

woda: 99,4 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnego roztworu kopolimeru

poliuretanowego (40% wag., 140 mPas), napełniaczami, pigmentem, odpieniaczem, plastyfikatorem

i środkiem biocydowym. W rezultacie otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem K1 o ta-

kim samym składzie jak kompozycja J1.

Wodorozcieńczalne farby poliuretanowe przygotowane według procedur J i K zaaplikowano

na podłoże transparentne z poli(tereftalanu etylenu) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzy-

mania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 m. Zbadano elektryczną rezystywność

powierzchniową powłok (zgodnie z PN-E-04405).


kowego tlenku ceru i właściwości powłok z farby poliuretanowej zawierającej dyspersję nanorurek wę-

glowych.

T a b e l a 4

P r z y k ł a d 5

Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w mieszaninie ksylenu i bu-

tanolu z użyciem nanocząstkowego tlenku krzemu i węgliku krzemu jako środka wspomagającego dys-

pergowanie oraz zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek węglowych do rozpuszczalnikowego

kleju epoksydowego.

PL 232 158 B1 8


po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2 i SiO.

Procedura L (procedura porównawcza).

Do mieszaniny ksylenu z butanolem (stosunek wag. 8:2), zawierającej rozpuszczony środek

powierzchniowo czynny (polieter z podstawnikiem nonylofenylowym), wprowadzono w ielościenne na-

norurki węglowe (MWCNT, średnicami 10 nm, stosunek 1/d 160), po czym układ sonifikowano

przez 5 minut w temp. 90°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 250 W/g). Po procesie

sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny żywicy epoksydowej na bazie bisfenolu A

(lepkość 25 000 mPas), rozcieńczalnika epoksydowego (eter diglicydylowy butanodiolu, lepkość 150

mPas), plastyfikatora (polieterodiolu), napełniaczy i pigmentów (mika, siarczan baru, fosforan glinu),

modyfikatora własności reologicznych (montmorylonitu) oraz dyspersji nanocząstek SiO2 (o średnim

rozmiarze cząstek 90 nm) i SiC (o średnim rozmiarze cząstek 200 nm) w mieszaninie ksylenu z bu-

tanolem (8:2). Otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem L1 o następujących udzia-

łach wagowych składników:

żywica epoksydowa: 33,43 cz. wag.,

rozcieńczalnik epoksydowy: 16,21 cz.wag.,

ksylen: 14,31 cz. wag.,

butanol: 3,58 cz. wag.,

plastyfikator: 2,0 cz. wag.,

mika: 1 cz. wag.,

siarczan baru: 2,5 cz. wag.,

fosforan glinu: 4,0 cz. wag.,

montmorylonit: 0,5 cz. wag.,



węglik krzemu: 5,96 cz. wag.,


Procedura M (według wynalazku).

Do mieszaniny ksylenu z butanolem (stosunek wag. 8:2), zawierającej rozpuszczony środek po-

wierzchniowo czynny (polieter z podstawnikiem nonylofenylowym) wprowadzono MWCNT (śred-

nica 10 nm, stosunek 1/d 160), SiO2 (90 nm) oraz SiC (200 nm) po czym układ sonifikowano

przez 5 minut w temp. 90°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 120 W/g) w celu otrzy-

mania dyspersji o składzie:



tlenek krzemu: 18 cz. wag.,

węglik krzemu: 18 cz. wag.,

ksylen: 43 cz. wag.,

butanol: 10,8 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną żywicy epoksydowej na ba-

zie bisfenolu A (25 000 mPas), rozcieńczalnika epoksydowego (eter diglicydylowy butano-

diolu, 150 mPas), plastyfikatora, napełniaczy, pigmentów, modyfikatora własności reologicznych

i rozpuszczalników. Otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem M1 o takim samym

składzie jak kompozycja L1.

Kompozycje polimerowe przygotowane według procedur L i M zmieszano z utwardzaczem – trie-

tylenotetraaminą w ilości 7,16 cz. wag. Ciekłe kleje zaaplikowano na podłoże stalowe (w celu oceny

rezystywności elektrycznej skrośnej zgodnie z PN-E-04405) za pomocą aplikatora szczelinowego.

Próbki utwardzano w temperaturze otoczenia przez 14 dni.

PL 232 158 B1 9

Warunki dyspergowania nanorurek węglowych i właściwości elektryczne uzyskanego kleju przed-

stawiono w tabeli 5.

T a b e l a 5

P r z y k ł a d 6

Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w benzynie lakierniczej

z użyciem nanocząstkowego tlenku glinu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie

uzyskanej dyspersji nanorurek węglowych do rozpuszczalnikowej farby alkidowej.


po procesie sonifikacji nanocząstki Al2O3.

Procedura N (procedura porównawcza).

Do benzyny lakierniczej, zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (eter nafty-

lowo-oligooksyetylenowy), wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica 10 nm,

stosunek 1/d 160), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła

ultradźwiękowego (24 kHz, 160 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do miesza-

niny złożonej z roztworu żywicy alkidowej średniotłustej w benzynie lakierniczej, napełniacza (węglan

wapnia) pigmentu (czerń żelazowa), sykatyw (kobaltowej i cyrkonowej), środka przeciw kożuszeniu oraz

dyspersji tlenku glinu (o średnim rozmiarze cząstki 40 nm) w benzynie lakierniczej. Otrzymano farbę

oznaczoną symbolem N1 o następującym składzie:

żywica alkidowa: 14,82 cz. wag.,

benzyna lakiernicza: 58,17 cz. wag.,

węglan wapnia: 0,4 cz. wag.,

czerń żelazowa: 2,16 cz. wag.,

sykatywy: 2,04 cz. wag.,

środek przeciw kożuszeniu: 0,52 cz. wag.,


tlenek glinu 20,92 cz. wag.,


Procedura P (według wynalazku).

Do benzyny lakierniczej, zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (eter nafty-

lowo-oligooksyetylenowy), wprowadzono MWCNT (średnica 10 nm, stosunek 1/d 160), oraz tlenek

glinu (średni rozmiar cząstek 40 nm), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 10°C za po-

mocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 80 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:

nanorurki węglowe: 5 cz. wag.,

środek powierzchniowo czynny: 5 cz. wag.,

tlenek glinu: 50 cz. wag.,

benzyna lakiernicza: 40 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję MWCNT dodano do mieszaniny roztworu żywicy alkidowej średnio-

tłustej w benzynie lakierniczej z napełniaczem, pigmentem, sykatywami i środkiem przeciw kożuszeniu

wymienionymi w procedurze N. W rezultacie otrzymano farbę oznaczoną symbolem P1 o takim samym

składzie jak kompozycja N1.

Kompozycje powłokowe przygotowane według procedur N i P zaaplikowano na podłoże stalowe

(w celu oceny rezystywności elektrycznej skrośnej zgodnie z PN-E- 04405) za pomocą aplikatora szcze-

linowego.

PL 232 158 B1 10

Warunki dyspergowania nanorurek węglowych i właściwości elektryczne uzyskanych powłok

przedstawiono w tabeli 6.

T a b e l a 6

P r z y k ł a d 7


cząstkowego tlenku tytanu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dys-

persji nanorurek do wodnego roztworu polialkoholu winylowego).


po procesie sonifikacji nanocząstki TiO2.

Procedura R (procedura porównawcza).


sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica 20 nm, stosunek 1/d 100),

po czym układ sonifikowano przez 10 minut w temp. 40°C za pomocą mieszadła ultradźwięko-

wego (24 kHz, 250 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny wodnego

roztworu poli(alkoholu winylowego) (zawartość polimeru 10% wag., lepkość 650 mPas), wodnej dys-

persji nanocząstek TiO2 (o średnim rozmiarze cząstek 25 nm), wody oraz napełniacza (krzemionka).

Otrzymano farbę oznaczoną symbolem R1 o następującym składzie:

woda: 84,94 cz.wag.,

poli(alkohol winylowy): 7,04 cz. wag.,

krzemionka: 5,07 cz. wag.,


tlenek tytanu: 2,45 cz. wag.,


Procedura S (według wynalazku).

Do wodnej dyspersji nanocząstkowego TiO2 (25 nm), zawierającej rozpuszczony środek po-

wierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu), wprowadzono MWCNT (średnica 20 nm, sto-

sunek 1/d 100) i układ sonifikowano przez 10 minut w temp. 40°C za pomocą mieszadła ultradźwięko-

wego (24 kHz, 120 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:

nanorurki węglowe: 2 cz. wag.,


tlenek tytanu: 10 cz. wag.,

woda: 87,98 cz. wag.

Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnego roztworu poli(alkoholu

winylowego) (10% wag., 650 mPas), wodą i napełniaczem. W rezultacie otrzymano kompozycję poli-

merową oznaczoną symbolem S1 o takim samym składzie jak kompozycja R1.

Kompozycje z poli(alkoholu winylowego) przygotowane według procedur R i S zaaplikowano

na podłoże transparentne z poli(tereftalanu etylenu) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzy-

mania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 m. Zbadano elektryczną rezystywność

skrośną firnów (zgodnie z PN-E-04405). Warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem na-

nocząstkowego tlenku tytanu i właściwości filmów z polialkoholu winylowego) zawierającej dyspersję

nanorurek węglowych zestawiono w tabeli 7.

PL 232 158 B1 11

T a b e l a 7

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych i z tworzyw sztucznych, zawie-

rająca spoiwo epoksydowe i/lub poliuretanowe i/lub akrylowe i/lub alkidowe i/lub z polioctanu

winylu) i/lub z polialkoholu winylowego) oraz napełniacze i/lub pigmenty i/lub barwniki i/lub

plastyfikatory i/lub współrozpuszczalniki i/lub odpieniacze i/lub koalescenty i/lub katalizatory

i/lub zagęstniki i/lub biocydy i nanorurki węglowe, znamienna tym, że zawiera nanorurki wę-

glowe w postaci dyspersji w wodzie i/lub cieczach organicznych, gdzie ilość wody i/lub cieczy

organicznych w całej dyspersji wynosi od 39 do 99,4% wagowych, przy czym dyspersję otrzy-

muje się metodą dyspergowania ultradźwiękowego, w obecności nanocząstkowego środka

wspomagającego dyspergowanie o właściwościach dielektrycznych w postaci stałych sub-

stancji, takich jak tlenek krzemu, i/lub tlenek glinu, i/lub tlenek tytanu, i/lub tlenek ceru i/lub

węglik krzemu, w postaci proszku o cząstkach o wymiarach od 5 do 200 nm, przy czym kom-

pozycja zawiera nanorurki węglowe w ilości od 0,01% wagowych do 5% wagowych sumy

wszystkich nielotnych składników kompozycji polimerowej, zaś zawartość środka wspomaga-

jącego dyspergowanie w dyspersji nanorurek węglowych wynosi od 0,5 do 55% wag. masy

całej dyspersji nanorurek węglowych.

2. Kompozycja polimerowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera napełniacze naturalne

i syntetyczne takie jak krzemionka i krzemiany, tlenek glinu, tlenki żelaza, węglan wapnia,

węglan wapnia i magnezu, talk, kaolin, mika, siarczan baru, wollastonit, haloizyt w ilości

od 0,01% wagowych do 85% wagowych sumy wszystkich nielotnych składników kompozycji

polimerowej.

3. Kompozycja polimerowa wg zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera pigmenty naturalne i/lub

syntetyczne, takie jak takie jak fosforan glinu i/lub wapnia i/lub cynku i/lub magnezu, dwutlenek

tytanu, tlenki żelaza w ilości od 0,01% wagowych do 85% wagowych sumy wszystkich nielot-

nych składników kompozycji polimerowej.

PL 232 158 B1 12

Rysunki

PL 232 158 B1 13

PL 232 158 B1 14

Departament Wydawnictw UPRP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)

OPIS PATENTOWY PL 232158 › sites › Opisy › Miniaturki › Opisy › 3880353.pdf · Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych

Documents