Водно-дисперсионная краска

 

Изобретение относится к композициям для получения водно-дисперсионных красок на основе сополимерных акрилатных дисперсий, применяемых для внутренней и внешней окраски зданий, сооружений. Краска включает наполнитель, пигмент, воду, пленкообразующее на основе полимерных акрилатных дисперсий - стиролакрилатной или поливинилацетатакрилатной, модифицированной эфиром версатиковой кислоты, и дополнительно содержит карбамидоформальдегидный полимер в виде дисперсии и/или пасты, загуститель и антивспениватель при определенном соотношении. Изобретение позволяет усовершенствовать состав, улучшить свето-, атмосферостойкость, повысить блеск, белизну, стойкость к статическому воздействию воды, снизить затраты на производство. 2 табл.

Изобретение относится к композициям для получения водно-дисперсионных красок на основе сополимерных акрилатных дисперсий для внутренней и внешней окраски зданий, сооружений.

Известна водная композиция для краски на основе акрилового пленкообразующего сополимера, содержащая пигменты, добавки (алкидные смолы, фталаты), воду и в качестве пленкообразующего - нейтрализованный амином или аммиаком сополимер, содержащий 22-28% стирола, 22-28% метилметакрилата, 37-43% винилоксазолиновых эфиров жирных кислот, 3-7% (C₆-C₁₂) алкилметакрилата (лаурилметакрилата) и 3-7% олефиновой, карбоновой, (мет) акриловой кислоты. [1. Патент США N 4147674, кл. 260/17 R, опубл. 1979].

Недостатки этой композиции: липкость полученного покрытия, устраняемая продолжительной сушкой (больше 5 часов) при температуре 20^oC (неудобства при наружном окрашивании).

Известна композиция для покрытий, содержащая пигменты, наполнители, антивспениватели, воду и акриловый водорастворимый сополимер - частично нейтрализованный до степени 70-75% акриловой, метакриловой кислотой, метакрилата, бутилакрилата, диметакрилового эфира этилен- или триэтиленгликоля при массовом соотношении сополимеров (1,0-10,0):(0,5-10,0):(28,0-35,0):(55,0-62,0): (0,07-0,15) мол. мас. 100-300 тысяч в виде водного 20% раствора (в пересчете на сухое вещество). [2. А.С. СССР N 1748426, кл. C 09 D 133/04, 5/02, опубл. 1990].

Композиция без реологических добавок, низконаполненная, снижающих укрывистость краски, затруднена работа малярной щеткой или валиком; использование частично нейтрализованного до степени 70-75% акрилового сополимера обуславливает наличие остаточных акриловых кислот, что повышает токсичность краски, ограничивает область ее использования, например, для внутренних работ.

Наиболее близкой по составу и сравниваемым свойствам является водно-дисперсионная краска ВД-АК-111 на основе сополимерной акрилатной дисперсии, серийно выпускаемая промышленностью, содержащая водорастворимый акриловый сополимер марки МБМ-5С (40% метилметакрилата, 55% бутилакрилата, 5% метакриловой кислоты), пигмент - двуокись титана, наполнитель - микрокарбонат, эмульгатор - оксиэтилированный п-тетрабутилфенол (ОП-7), стабилизатор - гексаметафосфат Na и пентахлорфенолят Na и воду. [3. ГОСТ 28196-89. Краски водно-дисперсионные. Технические условия. - Прототип].

Хотя краска и обладает хорошими технико-эксплуатационными свойствами (укрывистость, растекание - "розлив", время высыхания), но покрытие без блеска (матовое). Краска имеет недостаточную атмосферостойкость; низкий коэффициент отражения при геометрии угла 0-45^o (светостойкость); недостаточную стойкость к воздействию воды для наружных покрытий в условиях континентального климата; пигмент дефицитен и дорогостоящий.

В основу изобретения поставлена задача улучшения потребительских свойств водно-дисперсионной краски "Аквагель" на основе сополимерных акрилатных дисперсий путем введения в композицию совокупности компонентов в соотношении, которые позволяют обеспечить готовому продукту повышение блеска, белизны, свето-, атмосферостойкости, стойкости к статическому воздействию воды и снизить затраты на производство краски.

Поставленная задача решается за счет того, что водно-дисперсионная краска на основе сополимерных акрилатных дисперсий, содержащая пленкообразующее, наполнитель, пигмент - двуокись титана, воду, согласно изобретению в состав дополнительно входят загуститель - гидроксилметилцеллюлоза высоковязкая или натрий карбоксиметилцеллюлоза (Клей КМЦ) и антивспениватель, пленкообразующее в качестве сополимерной акрилатной дисперсии содержит дисперсию стиролакрилатную или поливинилацетатакрилатную, модифицированную эфиром версатиковой кислоты, и дополнительно карбамидоформальдегидный полимер - дисперсию (КФП-дисперсия) и/или карбамидоформальдегидный полимер-пасту (КФП-паста), в качестве наполнителя - мел природный, обогащенный, при следующем соотношении компонентов (мас.%): Пленкообразующее: Дисперсия стиролакрилатная (ДСА) - 8-20 или Дисперсия поливинилацетатакрилатная, модифицированная эфиром версатиковой кислоты (ДПВДА) - 30-55 Карбамидоформальдегидный полимер - КФП-дисперсия - 12-45 и/или КФП-паста - 30-35 Загуститель: Гидроксиметилцеллюлоза высоковязкая - 0,3-0,5 или Натрий карбоксиметилцеллюлоза (Клей КМЦ - Na КМЦ) - 0,3-1,0 Пигмент: Двуокись титана - 8-18 Наполнитель: Мел природный обогащенный - 10-25
Антивспениватель - 0,2-0,5
Вода - Остальное
Предлагаемая водно-дисперсионная краска "Аквагель", по сравнению с известной ВД-АК-111, за счет добавления в пленкообразующее карбамидоформальдегидного полимера достигает повышенной белизны, свето- и атмосферостойкости покрытия, снижается расход дефицитной и дорогостоящей двуокиси титана (высокодисперсный с минимальным содержанием водорастворимых солей, хорошо смачивается водой, химически стойкий в широком диапазоне значений pH). Использование комплексной системы: пленкообразующее-пигмент-наполнитель в заявляемом компонентном соотношении, обуславливает повышение блеска, стойкости к статическому воздействию воды. Более реакционноспособное пленкообразующее сокращает время высыхания покрытия, загуститель и антивспениватель делают краску удобной в приготовлении и при покраске.

Не удается достичь таких показателей добавлением в композицию по прототипу компонентов в заявляемом соотношении.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами получения водно-дисперсионной краски "Аквагель", в которых используется такое сырье:
- Дисперсия стиролакрилатная марки Mowilith ДМ 611 фирмы Clariant: содержание твердого остатка 50%, размер частиц - 0,15 мкм, вязкость по Брукфилду/Шпиндель - 7500/5 мПас.

- Дисперсия поливинилацетатакрилатная, модифицированная эфиром версатиковой кислоты марки Mowilith LDM 2452 фирмы Clariant. Твердый остаток - 50%, размер частиц - 0,15 мкм, вязкость по Брукфилду/Шпиндель - 400/2 мПас.

- Карбамидоформальдегидный полимер (ТУ Украины 05761614.021-99) используют в виде дисперсии, содержащей не менее 25% частиц полимера в воде (КФП-дисперсия) и в виде пасты, содержащей не менее 40% частиц полимера в воде (КФП-паста). Размер частиц полимера до 20 мкм.

- Двуокись титана марки Р.02 ГОСТ 9808-84.

- Мел природный обогащенный марки ММС-2 ГОСТ 12085.

- Натрий карбоксиметилцеллюлоза (Клей КМЦ - Na КМЦ, Na-карбоксиметилцеллюлоза) марки 75/400 или 85/700 1-й сорт ТУ 6-55-40-90.

- Гидроксиметилцеллюлоза марки H 4000YP фирмы Clariant или другой марки, обеспечивающей задержку набухания и вязкость не менее 4000 мПас (2% раствор, по Хепперу).

- Антивспениватель Tego Foamex K3 фирмы Blang Bonsomer марки КЕ-10-26.

Порядок приготовления краски следующий.

В емкость с мешалкой загружают обессоленную воду, КФП-дисперсию и/или КФП-пасту, включают в работу мешалку- смеситель. После перемешивания загружают и растворяют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) или гидроксиметилцеллюлозу, последовательно загружают двуокись титана и мел. Перемешивание ведут до получения однородной массы. Полученную смесь диспергируют и дробят с помощью специального оборудования (Диссольвер, бисерная или шаровая мельница и др.). После диспергирования и перетира пигментную пасту подают в смеситель, куда загружают половинную порцию антивспенивателя, КФП-дисперсию и/или пасту и при малых оборотах ведут перемешивание массы до получения стабильной композиции. За 10 мин до окончания перемешивания догружают другую половину антивспенивателя. Приготовленную краску перед испытаниями разводят до вязкости 20-30 с по вискозиметру ВЗ-246 или ВЗ-4 с диаметром сопла 4 мм при температуре 200,5^oC, фильтруют через сетку N 1 по ГОСТ 6613 и наносят щеткой на подготовленные пластинки. Пластинки для нанесения готовят по ГОСТ 8832, розд. 3. Время высыхания до степени 3 при температуре 202^oC по ГОСТ 19007.

Атмосферостойкость определяют по ГОСТ6992-68 (ст. СЕВ1767-79). Покрытия лакокрасочные. Метод испытаний на стойкость в атмосферных условиях. Декоративные и защитные характеристики определяют по ГОСТ 9.407.84 (ст. СЕВ 5731-86). Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида. Блеск пленки - по ГОСТ 896. Цвет покрытия определяют визуально при натуральном или искусственном дневном рассеянном свете сравнением с цветом эталона. Укрывистость определяют на стекле для фотографических пластинок по ГОСТ 8784. Массовую долю нелетучих веществ - по ГОСТ 17537. Стойкость пленки к статическому влиянию воды - по ГОСТ 9.403, метод А и ГОСТУ 28196. Степень перетира - по ГОСТ 6589. Коэффициент диффузного отражения определяют при геометрии угла 0-45^o по ГОСТ 8784.

Рецептуры примеров известной краски, предлагаемой краски и запредельных значений приведены в таблице 1. Результаты испытаний - в таблице 2.

Из приведенных данных таблицы 1, 2 видно, что предлагаемая композиция (примеры 1-12), по сравнению с прототипом (пример 13), обеспечивает улучшение светостойкости, атмосферостойкости по декоративным и защитным показателям с 2 до 1 балла, снижается расход двуокиси титана (себестоимость КФП-дисперсии и КФП-пасты значительно ниже затрат на приобретение двуокиси титана), в 1,4-2 раза повышается стойкость пленки к статическому воздействию воды, в 2 раза - степень перетира, коэффициент отражения - с 82 до 91%, связанный со светостойкостью, блеск пленки - с 5 до 35%, сокращается время высыхания с 1 до 0,5 час.

Запредельные примеры показывают, что при снижении концентрации дисперсии стиролакрилатной до 5% (примеры 14, 16, 22) снижается стойкость пленки к статическому воздействию воды до 18 час, при увеличении концентрации дисперсии стиролакрилатной до 25% (примеры 15, 17, 23) свойства остаются без изменений или покрытие быстро сохнет - повышается укрывистость; снижение концентрации дисперсии поливинилацетатакрилатной до 25% (примеры 18, 20) снижает блеск пленки до 25% и стойкость к статическому воздействию воды до 24 час, при повышении концентрации дисперсии поливинилацетатакрилатной до 60% (примеры 19, 21) композиция нетехнологична, слишком быстро сохнет. Увеличение концентрации КФП-пасты до 40% (пример 24) при нанесении краски на поверхность образуется толстый слой, что повышает расход, ухудшается декоративный показатель. Снижение концентрации КФП-пасты до 25% (пример 25) снижает блеск, воздействие воды и др. Увеличение концентрации КФП-дисперсии до 50% (пример 26) делает композицию нетехнологичной; при снижении концентрации КФП-дисперсии до 8% (пример 27) снижается атмосферостойкость покрытия, увеличивается время высыхания. При снижении наполнителя до 8% для получения необходимой укрывистости нужно увеличить расход двуокиси титана, что более дорого стоит. При увеличении наполнителя до 27% покрытие приобретает желтый оттенок. При снижении загустителя до 0,2% краска становится слишком редкой, что усложняет ее нанесение малярными щеткой или валиком. При увеличении загустителя - гидроксиметилцеллюлозы - до 0,8% краска становится густой, что не технологично при ее изготовлении, увеличивая затраты. При снижении антивспенивателя до 0,1% образуется пена во время приготовления краски, ухудшаются декоративные свойства; при увеличении антивспенивателя до 0,7% свойства не изменяются, происходит перерасход компонента.

Таким образом, предлагаемая водно-дисперсионная краска "Аквагель" расширяет ассортимент красок на основе сополимерных акрилатных дисперсий для внутренней и наружной окраски.

Формула изобретения

Водно-дисперсионная краска, содержащая пленкообразующее на основе сополимерных акрилатных дисперсий, наполнитель, пигмент - двуокись титана, воду, отличающаяся тем, что в состав дополнительно входят загуститель - гидроксиметилцеллюлоза высоковязкая или натрий карбоксиметилцеллюлоза - Клей КМЦ и антивспениватель, пленкообразующее в качестве сополимерной акрилатной дисперсии включает дисперсию стиролакрилатную или поливинилацетатакрилатную, модифицированную эфиром версатиковой кислоты, и дополнительно - карбамидоформальдегидный полимер в виде дисперсии - КФП-дисперсия и/или пасты - КФП-паста, в качестве наполнителя - мел природный обогащенный при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дисперсия стиролакрилатная - 8 - 20
или
Дисперсия поливинилацетатакрилатная, модифицированная эфиром версатиковой кислоты - 30 - 55
Карбамидоформальдегидный полимер -
КФП - дисперсия и/или - 12 - 45
КФП - паста - 30 - 35
Загуститель:
Гидроксиметилцеллюлоза высоковязкая или - 0,3 - 0,5
Натрий карбоксиметилцеллюлоза - Клей КМЦ - 0,3 - 1,0
Пигмент:
Двуокись титана - 8 - 18
Наполнитель:
Мел природный обогащенный - 10 - 25
Антивспениватель - 0,2 - 0,5
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4