ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ КРАСКА

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям и может быть использовано для защитно-декоративных покрытий металлических и любых минеральных поверхностей в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве и в быту.

Водно-дисперсионные краски находят широкое применение благодаря нетоксичности, обусловленной использованием широкого класса дисперсий на основе латексов. В состав таких красок, как правило, входят ингибиторы коррозии и пассиваторы или используются пигменты аналогичного действия. Эти покрытия отличаются стойкостью к сильному механическому воздействию, высокой адгезией к незагрунтованной металлической поверхности, стойкостью к растворителям (см. , например, И.А. Толмачев, В.В.Верхоланцев. Новые водно-дисперсионные краски, Л.: Химия, 1979, с.110-112) [1]. Подбору специальных наполнителей, а также веществ, выполняющих функции эмульгаторов, улучшителей коалесценции, а также консистентных добавок, консерваторов, ингибиторов, антифризов, гидрофобизаторов посвящен ряд изобретений.

Так, известна композиция для защитно-декоративного покрытия по металлу и минеральным поверхностям, которая содержит (мас.%): латекс - 25-55, фосфатное связующее - 7-17, по меньшей мере один компонент из группы: диоксид титана, оксид железа, оксид хрома, осажденный на наполнителе - 3-12; наполнитель - по меньшей мере один компонент из группы оксид кремния, диатомитовый кремнезем, каолин - 4-30; поверхностно-активное вещество 0,4-2,0; по меньшей мере один компонент из группы аэросил, белая сажа, глина, гидролизованный акрилат, олигоэфирмалеин; пеногаситель 0,2-2,0, вода - остальное. Могут быть введены антифриз или антисептик в количестве 2-7% (RU 2097356 C1, 27.11.1997) [2] . В изобретении, как описывается, при создания композиции используется широкий спектр доступного сырья, обеспечивается стабильность при хранении и использовании защитно-декоративного покрытия.

Известна также водно-дисперсионная краска для наружных и внутренних работ, включающая (мас. %): пленкообразователь: акрилатный (или бутадиенстирольный) латекс - 23-30; наполнители: песок крупный или гранитный отсев, или крошка мраморная фракции 0,63-5,0 мм - 25-40, песок строительный 0,1-1,25 мм - 18-35; каолин 6-15; карбоксиметилцеллюлоза или гидроэтилцеллюлоза 0,05-0,4; пигменты, например, диоксид титана 0,1-8,0; хлорпарафин - 0,4-1,0; маслорастворимые полиэтиленгликолевые эфиры алкилфенолов 0,04-0,1; консервант (феноксиэтанол) - 0,1-0,5, микрокремнезем (аэросил)- 0,03-0,1; вода - остальное - до 100% (RU 2129106 С1, 20.04.1999) [3]. Указанный состав применим для отделки фасадов зданий по минеральным поверхностям и решает задачу седиментационной устойчивости смеси с возможностью использования дешевых наполнителей. Вместе с тем использование состава для защиты от коррозии металлических поверхностей нецелесообразно ввиду недостаточной прочности пленки при изгибе.

Известна также водно-дисперсионная краска, предназначенная для получения защитно-декоративных покрытий на металлических подложках. Краска содержит в качестве наполнителя мел, тальк, каолин, диоксид титана, в качестве антисептика - тетраметилтиурамдисульфид (Тиурам Д), в качестве диспергатора - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10, в качестве пластификатора - эфир фталевой кислоты. Помимо латекса сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и малеиновой кислоты марки ВДВХМк-65Е-ВДК, эмульгатора (ОП-10, ОП-7), Na-карбоксиметилцеллюлозы (загустителя) и воды дополнительно в краску введены этиленгликоль (как антифриз) и ультрамарин (как пигмент) (RU 2111223 C1, 20.05.1998)[4] . Сочетание компонентов в определенном соотношении, как указывается в изобретении, обеспечивает снижение вязкости пигментной пасты при максимально заданном содержании пигментов и наполнителей, снижение пенообразования, сокращение времени перетира, повышение водостойкости покрытий.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является водно-дисперсионная краска, описанная в патенте (RU 2069223 C1, 20.11.96)[5]. Краска включает (мас.%): дисперсию сополимера метакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты МБМ 25-35, наполнитель (тальк, каолин, мел)- 30-35, пигмент (двуокись титана, ультрамарин и пр.) - 5,0-10, фунгицид (тиурам Д) - 0,2-0,4, эмульгатор (полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов (ОП-7, ОП-10), пеногаситель (силиконовая жидкость) 0,1-0,2, диспергатор -1,0-1,5, загуститель (гидрооксиметиллцеллюлоза, водорастворимые полимеры акрилового и метакрилового рядов и др.) - 0,3-0,6, водный раствор аммиака в качестве нейтрализатора - 0,1-0,3, уайт-спирит 1,2-3,0, бура 0,005-0,01, вода - до 100%.

Указанная композиция предназначена для внутренних и наружных покрытий из бетона, асбестоцемента, штукатурки, однако указанный состав не обеспечивает прочностных качеств покрытия, позволяющих проводить формообразование металлического изделия после его окраски.

Технический результат изобретения состоит в повышении прочности и качества покрытий на металлических материалах, подвергающихся обработке давлением, например, изгибу, гофрированию, выдавливанию.

Технический результат достигается тем, что водно-дисперсионная краска включает в качестве основного пленкообразователя дисперсию сополимера метилакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты, наполнители каолин, тальк, диоксид титана, функциональную добавку, пигменты, эмульгатор - полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов, загуститель, коалесцирующую добавку уайт-спирит, консервант и воду. Краска содержит в качестве функциональной добавки - кремнезоль и дополнительно в качестве пластификатора - трансформаторное масло при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Дисперсия сополимера метилакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты - 55-70
Каолин - 5,8-10,8
Тальк - 5,6-10,2
Двуокись титана - 6,0- 9,6
Кремнезоль - 3,2 - 5,0
Пигменты - 0,1 -2,6
Эмульгатор - полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов - 0,7 - 1,0
Трансформаторное масло - 0,5 - 1,0
Загуститель - 0,5 - 1,5
Уайт-спирит - 0,5 - 0,7
Консервант - 0,2 - 0,3
Вода - Остальное до 100 %
Краска может характеризоваться тем, что при использовании в качестве загустителя акриловой эмульсии на основе сополимера бутилакрилата и метакриловой кислоты с введением сшивающей добавки глицидилметакрилата (акриловая эмульсия "Акрэмос-402" (ТУ 6-02-5757599-149-90) дополнительно введена гидроокись натрия в виде 5% раствора в количестве 2,5 - 3,4 маc.%.

Использование в композиции патентуемой краски нового компонента - кремнезоля (ТУ 2145-002-13002576-94) при рекомендуемом составе компонентов позволяет придать покрытию на металлической поверхности повышенную прочность на изгиб, что установлено авторами экспериментально. При этом из известного уровня техники (см. "Получение и применение гидрозолей диоксида кремния" // Обзорная информация. Химическая промышленность. Серия. Элементоорганические соединения и их применение. НИИТЭХИМ, М.:1987, с.28-31)[6] явным образом не следует, что добавки кремнезоля, наряду с их известными свойствами придавать покрытиям стойкость к истиранию, царапанию, коррозии и пр., проявляют установленные авторами свойства - обеспечивать повышенную прочность на изгиб при деформации металлических подложек, преимущественно листов, при формообразовании изделий давлением. В качестве латекса использована дисперсия акрилового сополимера метакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты марки МБМ-5С (ТУ 6-01-274-74), обладающая, как известно [1], [5] более высокой адгезией, водостойкостью и незначительным изменением свойств покрытия при увлажнении, а также стойкостью к сильному механическому воздействию по отношению к другим латексам.

В качестве загустителя, консерванта, эмульгатора могут быть использованы, кроме рекомендованных, и другие соединения. Так, в качестве загустителя, например, могут быть использованы гидроксиметилцеллюлоза, водорастворимые полимеры акрилового и метакрилового рядов, в качестве консерванта - тетраметилтиурамдисульфид (Тиурам Д) или пентахлорфенолят натрия. В качестве эмульгатора могут использоваться выпускаемые промышленностью полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов (ОП-7, ОП-10). В качестве пигментов могут быть использованы различные соединения и их смеси: ультрамарин, железоокисный пигмент желтый и красный, крон свинцовый желтый, окись хрома или сурик железоокисный и др. Кроме указанных, могут быть использованы и другие известные соединения.

Испытания проводились стандартными методами определения прочности пленок при изгибе вокруг конического стержня (ГОСТ Р 50500-93), вокруг цилиндрического стержня (ИСО 1519: 1973) и при чашеобразном изгибе (ИСО 1520: 1998) (Г. С. Фомин. Лакокрасочные материалы и покрытия. Энциклопедия международных стандартов, М.: ИПК издательство стандартов, 1998) [6].

Конкретные примеры рецептур водно-дисперсионных красок и результаты сравнительных испытаний свойств покрытий приведены в таблице.

Способ приготовления краски включает операции перемешивания и перетира. Сначала производится приготовление полуфабрикатов: растворов полиоксиэтиленовых эфиров алкилфенолов ОП-10 (ОП-7) и гидроокиси натрия (если в качестве загустителя используется акриловая эмульсия "Акрэмос-402") в смесителях, снабженных мешалкой и рубашкой. Затем в реактор, соединенный с роторно-пульсационным смесителем (РПС), работающим в режиме рециркуляции, последовательно загружаются компоненты: вода, подготовленный раствор ОП-10, трансформаторное масло, кремнезоль, уайт-спирит, тальк, каолин, двуокись титана, пигменты (например, окись хрома или сурик железо-окисный и пр.) и консервант (Тиурам Д). Под действием гидродинамических сил происходит процесс диспергирования и гомогенизации с получением пасты.

При отключении РПС от реактора при работающей мешалке загружают латекс, например, упомянутой марки БМБ-5С и загуститель. После перемешивания в реакторе в течение не менее 1 часа производится загущение полученной системы с образованием готовой композиции.

Большое содержание акрилового латекса (55-70%), малое содержание наполнителей, а также рекомендованное содержание кремнезоля позволяют получить наравне с высоким значением деформации (ε ~ 250 %) высокое значение адгезионных (σ_отр ~ 40 кгс/см²) и прочностных характеристик (σ_разр ~ 63-65 кгс/см²) на гладких металлических поверхностях, в том числе и оцинкованных. Указанное дает возможность обеспечить механическую обработку, в частности гибку, гофрирование, выдавливание и другие операции формообразования металла непосредственно после нанесения краски и ее сушки, и получать ровное покрытие без разрывов, трещин и сколов в зонах деформации.

Патентуемая водно-дисперсионная краска "МетаТэкс", кроме своего основного назначения - покрытия для металлических деформируемых в процессе обработки поверхностей, может быть также использована как краска для внешних работ (фасады зданий, краски по бетону, кирпичу, дереву), как интерьерная краска, в качестве текстурных покрытий (по штукатурке для внешних и внутренних работ).