Полирующий состав для ухода за лакокрасочными покрытиями

Полирующий состав для ухода за лакокрасочными покрытиями

Реферат

Полирующий состав для ухода за лакокрасочными покрытиями

Изобретение относится к области бытовой химии и может быть использовано в производстве полирующих средств по уходу за лакокрасочными покрытиями, нанесенными на металлические поверхности изделий, подвергающимися атмосферным и эксплуатационным воздействиям, и, в частности, для ухода за лакокрасочными покрытиями кузовов автомобилей.

Известны составы для полирующих средств, содержащие различные воски, парафины, минеральные масла, растворители, кремнийорганические жидкости и др., в том числе известен состав, содержащий смеси смолы, растворителей в виде уайт-спирита и керосина осветительного, силиконовую жидкость и другие добавки (см. ТУ 6-15-1546-86, 1986 г.). При обработке известным составом лакокрасочных покрытий обеспечивается сохранение блеска, защита его от атмосферного воздуха и удаление не смываемых водой загрязнений.

Однако известный состав неэффективен по полирующей способности и имеет высокую токсичность.

Известен полирующий состав на основе воска, предназначенный для обработки и защиты лакокрасочных покрытий, в частности, кузовов автомобилей (см. патент США №4592934, 1986 г.).

Состав содержит омыленный углеродный воск, аминосодержащий полисилоксан, абразив, этиленгликоль (в качестве стабилизатора), консервант, водную эмульсию на основе парафина, воска, полиметилсилоксана, ароматического углеводорода.

Данный состав при высокой полирующей способности не исключает подпленочной коррозии металла под лакокрасочным покрытием и особенно при наличии микротрещин, сколов и др. поверхностных повреждений.

Полирующий состав по патенту RU №2192442, 2002 г., наряду с полирующей способностью обладает консервирующим эффектом. Данный состав содержит воскообразующее соединение в виде парафина, жирную кислоту, силиконовое масло, углеводородный растворитель, воду, линейный полимер с молекулярной массой не более 160·10³ для повышения полирующей способности состава.

Дополнительно состав содержит кремнийорганический лак в виде 30% толуольного раствора полиметилфенилсилоксана.

Эффективность полирующей способности известного состава по облагораживанию и блеску лакокрасочного покрытия в значительной степени зависит от наличия в нем полиметилфенилсилоксанового лака и линейного полимера в виде поливинилпирролидона.

Однако наличие значительного количества лака придает составу специфически неприятный устойчивый в бытовых условиях запах, ухудшающий бытовую комфортность при использовании, а образуемое покрытие неустойчиво по отношению к активному ультрафиолетовому излучению, что приводит к нарушению его общей тональности или к образованию на нем отдельных зон матовости. Использование в полирующем составе значительного количества лака приводит также к нарушению его гомогенности при хранении, что ухудшает полирующую способность состава.

Изобретение по патенту RU №2192442 выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения.

В основу изобретения положена задача создания эффективного по полирующей способности состава, реализующего технический результат повышения блеска покрытия и устойчивости к ультрафиолетовому излучению.

В основу изобретения положена задача минимизации расхода компонентов для получения эффективного по полирующе-защитным показателям состава и задача создания полирующего состава, эффективного по гомогенности, эластичности и привлекательности его товарной формы при хранении.

Поставленная техническая задача достигается тем, что полирующий состав по уходу за лакокрасочными покрытиями, содержащий воскообразное соединение, силиконовое масло, углеводородный растворитель, жирную кислоту, линейные полимеры с молекулярной массой не более 160-10³ и воду, согласно изобретению дополнительно содержит спирт, 8-10% водную суспензию наноалмазов детонационного синтеза с размером частиц 4-6 нм, ди- или триэтаноламин, при этом в качестве воскообразного соединения используют смесь восков с температурой плавления соответственно 72-85°С и 83-91°С при соотношении их (0,35-0,5):(0,5-0,65) вес.ч., при следующем соотношении компонентов в составе, мас.%:

смесь восков	4,5-6,5
линейные полимеры с молекулярной
массой не более 160·103	0,1-0,35
улево дородный растворитель	8-12
спирт	1-3
жирная кислота	3-5
ди- или триэтаноламин	1-3
силиконовое масло	2-3
водная суспензия наноалмазов	0,2-1,2
вода	остальное

Согласно изобретению в качестве силиконового масла используют смесь кремний-органических олигомеров в виде Диметикона 350 сСт и Диметикона 1000 сСт или смеси полиметилсилоксановых жидкостей соответственно ПМС -300 и ПМС- 1000 при соотношении (0,4-0,5): (0,5-0,6) вес. ч.

Согласно изобретению, в качестве улеводородного растворителя используют уайт-спирит, а в качестве спирта - изопропанол.

Согласно изобретению в качестве линейных полимеров используют поливинилацетат или поливинилпирролидон с молекулярной массой (70-160)·10³.

Согласно изобретению в качестве жирной кислоты используют кислоту олеиновую.

Согласно изобретению состав дополнительно содержит биоцид и отдушку в количестве 0,08-0,12 мас.% и 0,04-0,06 мас.% соответственно.

Согласно изобретению в качестве биоцида используют товарный препарат Катон LXE.

При реализации изобретения благодаря наличию в полирующем составе названной композиции компонентов с учетом заданного мас.% соотношения их:

обеспечивается создание эффективной по вязкостно-пластичным свойствам гомогенной структуры водной суспензии полирующего состава, обладающего при располировывании высокой проникающей способностью в микропоры обрабатываемой поверхности вне зависимости от температурного режима и обепечивающего образование прочного консервирующе-защитного покрытия как по влаго-, кислотостойкости, так и по термическому радиционному воздействию ультрафиолетового излучения. Объясняется это наличием в композиции состава эмульгирующего компонента в виде линейного полимера, использованием силиконовых масел с различной кинематической вязкостью, активизирующих адгезионное взаимодействие компонентов состава с обрабатываемой поверхностью аминосодержащих компонентов в виде ди- или триэтаноламина и наличием в композиции состава наноалмазов детонационного синтеза, микрокристаллы которых включаются в смесь восков, образуя на обрабатываемой поверхности защитную пленку объемной трехмерной структуры;

использование названных компонентов при их мас.% содержании в композиции полирующего состава способствует улучшению вязкостно-пластичных свойств состава в широком диапазоне температур с сохранением товарной формы состава при его хранении.

При анализе известного уровня техники не выявлено полирующих составов по уходу за лакокрасочными покрытиями с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и реализующих вышеописанный технический результат.

Вместе с тем, из анализа уровня техники установлена известность технологических композиций, в которых используются наноалмазы, являющиеся химически очищенным продуктом детонационного синтеза взрывчатых веществ.

В зависимости от технологии изготовления и вида потребления наноалмазы выпускаются в виде сухого порошка или в виде водных суспензий. Указанные типы продуктов используются в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве смазочных композиций, при создании высокоэффективных шлифовально-полирующих составов, предназначенных для притирки, доводки и полирования поверхностей деталей из металла, при изготовлении полимерных упрочняющих покрытий.

Однако из известного уровня техники не обнаружено информации об использовании водных суспензий наноалмазов детонационного синтеза в композициях полирующих составов, предназначенных для обработки лакокрасочных покрытий и содержащих в своей основе воски, силиконовые масла, спирты, углеводородные растворители и др. компоненты.

Таким образом, из известного уровня техники следует, что заявляемая композиция полирующего состава по уходу за лакокрасочными покрытиями соответствует критериям изобретения - новизна, изобретательский уровень.

Заявляемый полирующий состав может быть промышленно реализован в качестве готового к применению товарного продукта, предназначенного для ухода за лакокрасочными покрытиями, нанесенными на металлические поверхности, в частности, автомобильных кузовов.

Суть изобретения поясняется рекомендациями относительно выбора сырьевых компонентов, примерами конкретных составов, рекомендациями их практического применения и результатами испытаний.

В таблице 1 приведены составы по примерам 1...5; в таблице 2 приведены технологические показатели по составам в соответствии с примерами 1...5.

Для изготовления полирующих составов(примеры 1-5) используют готовые к применению сырьевые компоненты:

монтан воск, являющийся одним из компонентов бентонитовой глины и имеющий Т_пл=72-83°С; карнаубский воск, имеющий температуру плавления 83-91°С, плотность 0,99-0,999 г/см³; силиконовые масла с вязкостью от 300 до 1000 сСт, относящиеся к классу кремнийорганических олигомеров. Предпочтительно используют товарные продукты: Диметикон 350 сСт и Диметикон 1000 сСт или полиметилсилоксановые жидкости соответственно ПМС-300 и ПМС-1000; спирт, предпочтительно изопропиловый; углеводородный растворитель, предпочтительно уайт-спирит; жирную кислоту, предпочтительно олеиновую; аминосодержащее соединение, предпочтительно ди- или триэтаноламин; отдушку, например, по ТУ-1816-121-77-ароматизирующая присадка, устраняющая неприятные запахи полирующего состава и обеспечивающая комфортность работы с ним;

аморфные линейные полимеры с молекулярной массой (70-160)·10³, предпочтительно поливинилпирролидон с молекулярной массой (80-160)·10³ - ТУ 6-02-1858-81 или поливинилацетат с молекулярной массой не более 160·10³;

биоцид - растворимый в воде противобактериальный консервант, широко используемый в косметической промышленности и в бытовой химии для улучшения условий хранения готовой продукции, например, товарный препарат серии Катон, в частности Катон LXE, как более предпочтительный по затратной части. Противобактериальные товарный препарат серии Катон реализуются многими фирмами см., например, журнал «Сырье и упаковка», в т.ч. №4(43), 2004, стр. 41; воду, которая является дисперсионной средой для полирующего состава. Используют предпочтительно деминерализованную воду по ГОСТу 6709-72 или СТП 18-12-76 изм. 1.2.3;

8-10% водную суспензию наноалмазов детонационного синтеза с размером частиц 4-6 нм. Указанной продукт, выпускаемый под торговой маркой "УДД-СФ", ТУ 05121441-275-95; имеет массовую долю общего углерода и окисляемого углерода в расчете на твердую фазу соответственно не менее 85% и не более 2,5% при пикнометрической плотности 3,05-3,35 г/см³ и при массовой доли сухого вещества не менее 8%.

Перечисленные выше химические продукты при использовании в композиции полирующего состава характеризуется следующими свойствами.

Воск - высокоэластичное пленкообразующее вещество.

При содержании воска менее 4, 5% или более 6,5% ухудшаются реологические и технологические свойства полирующего состава. При уменьшении количества воска менее 4, 5 мас.% снижаются прочностные и деформационные характеристики состава за счет ухудшения его пластичности. При увеличении количества воска более 6,5 мас.% ухудшается процесс располировывания состава.

При реализации изобретения предпочтительно используют смесь монтан воска и карнаубского воска при соотношении их (0,35-0,5):(0,5-0,65) (вес.ч.), что способствует улучшению стойкости образуемого покрытия к атмосферным воздействиям окружающей среды.

Смесь силиконовых масел в виде кремнийорганических олигомеров с кинематической вязкостью от 300 до 1000 сСт используют для улучшения эластичности состава, что повышает его полирующую способность, и для гидрофобизации обрабатываемой лакокрасочной поверхности с целью повышения ее влагостойкости.

При содержании в составе указанной смеси кремнийорганических олигомеров менее 2 мас.% или более 3 мас.% ухудшаются технологические свойства состава. При этом соответственно уменьшается либо защитная способность используемого состава, либо повышается загущенность состава, что ухудшает располировывание и снижает блеск покрытия.

Используемая смесь кремнийорганических олигомеров с кинематической вязкостью от 300 до 1000 сСт способствует сохранению вязкопластичных свойств состава в широком диапазоне температур (10-40°С), отвечает технологическим требованиям располировывания его на обрабатываемой лакокрасочной поверхности.

Указанным требованиям оптимально соответствует и заданное весовое соотношение между названными товарными продуктами кремнийорганических олигомеров.

Используемый в составе изопропанол (изопропиловый спирт) является эффективным разбавителем воска, а уайт-спирит - растворитель углеводородных загрязнений на полируемых поверхностях. Заданное мас.% содержание спирта и уайт-спирита наиболее эффективно по требованиям пожарной безопасности (более высокая температура вспышки уайт-спирита) и по условиям располировывания и сохраняемости гомогенности состава при длительном его хранении.

При заданном содержании уайт-спирита оптимизируется процесс проникновения состава в микропоры лакокрасочного покрытия, улучшается процесс растворяющего воздействия на загрязнения углеводородного происхождения на защищаемых поверхностях.

При реализации изобретения могут быть также использованы спирт изобутиловый и углеводородный растворитель фракции парафинов С₁₀-С₁₄. Данные химические продукты обеспечивают аналогичные результаты качества заявляемого полирующего состава.

В качестве углеводородного растворителя могут быть использованы и бензиновые углеводороды, предпочтительно керосин.

Использование аморфных линейных полимеров с молекулярной массой (70-160)·10³ с заданным мас.% содержанием его в составе обеспечивает оптимальное эмульгирующее воздействие на консистенцию полирующего состава.

Увеличение молекулярной массы названных полимеров (более 160·10³) приводит к повышению вязкости полирующего состава и к ухудшению его располировывания по обрабатываемой поверхности.

Уменьшение молекулярной массы названных полимеров (менее 70·10³) приводит к снижению эмульгирующего воздействия полимеров на состав, ухудшается его эластичность и гомогенность при хранении.

Олеиновая жирная кислота, ди- или триэтаноламин являются дополнительными эмульгаторами (дезагрегаторами) полирующего состава и поверхностно-активными веществами, активизирующими адгезию состава к полируемым лакокрасочным покрытиям.

Заданное мас.% содержание в составе олеиновой кислоты, ди- или триэтаноламина оптимально по условиям сохранения его гомогенности при хранении и адгезии к обрабатываем лакокрасочным поверхностям.

При приготовлении полирующего состава по изобретению в качестве жирной кислоты может быть использована также пальмитиновая кислота.

Технологическая добавка в виде 8-10% водной суспензии наноалмазов детонационного синтеза с размером частиц 4-6 нм используется в качестве компонента улучшающего защитно-прочностные показатели образуемого покрытия на лакокрасочной поверхности за счет включения наночастиц алмаза в структуру основного пленкообразующего вещества - воска - и образования при этом наиболее устойчивой по физико-химическим показателям трехмерной структуры защитной пленки.

Наличие наноалмазов детонационного синтеза в композиции полирующего состава улучшает и процесс гомогенизации ее за счет взаимодействия частиц наноалмазов с полимерным материалом.

Улучшение названных свойств композиции полирующего состава при использовании в нем наноалмазов детонационного синтеза при заданном мас.% содержании подтверждено экспериментами. Уменьшение мас.% содержания водной суспензии наноалмазов в составе снижает его эффективность, а увеличение - повышает затратную часть на приготовление состава при несущественном улучшении его эффективности.

Используемые для приготовления полирующего состава наноалмазы с заданными по изобретению физико-химическими свойствами наиболее оптимальны для приготовления водных суспензий технологических продуктов, в композицию которых включены полимерные материалы. При выборе наноалмазов с заданными по изобретению свойствам использовались рекомендации разработанные по ТУ 05121441-275-95.

Заявляемое мас.% содержание названных торговых препаратов: отдушки, биоцида в полирующем составе оптимально для соответствующих технологических свойств состава. В частности, уменьшение в составе мас.% содержания такого препарата, как Катон LXE, снижает срок хранения состава, а увеличение - повышает затраты на изготовление состава.

Технология изготовления полирующего состава проста, доступна и экологически обеспечена в одном реакторе с мешалкой. В реактор загружают рецептурное количество компонентов, суспензию нагревают до растворения и расплавления компонентов, гомогенизируют и дезагрегируют до получения однородной эмульсии. В процессе работы реактора обеспечивают его герметизацию вследствие высокой летучести уайт-спирита. Введение в реактор спирта и биоцида производят после предварительного охлаждения эмульсии водой. Внешний вид эмульсии от белого до светло-желтого, запах соответствует применяемой отдушки.

Для подтверждения эффективности полирующих, консервирующе-защитных свойств заявляемого состава на лакокрасочные покрытия были приготовлены составы по примерам 1... 5 (таблица 1) соответственно:

Примеры 1...2 - композиции полирующего состава по изобретению;

Примеры 3...4 - контрольные композиции полирующего состава;

Пример 5 - композиция состава по патенту №2192442

Для получения композиции полирующего состава по патенту №2192442 использованы известные сырьевые компоненты (см. табл.1).

Результаты испытаний и показатели качества полирующих составов по приведенным в таблице 1 примерам 1-5 представлены в таблице 2.

Испытания были проведены на металлических пластинах размером 70×150 мм, покрытых грунтовкой и автомобильной эмалью.

Испытания по неблагоприятному воздействию факторов окружающей среды на лакокрасочные покрытия оценивались: при использовании аппарата искусственной погоды каждый цикл рабочего режима аппарата 6 часов; при применении оптической аппаратуры для определения значения равновесного краевого угла смачивания при дозированном нанесении жидкости (воды, масла) на поверхности испытываемых образцов;

при облучении испытываемых образцов сфокусированным излучением (λ=430 нм) мощность лампы 450 Вт, длительность облучения 60 мин. После облучения проводился контроль изменения окраски пленки и оценка стойкости по пятибалльной системе, при этом максимальное окрашивание соответствует минимальной стойкости (необлученные пленки полироли не имеют окраски (изменение тональности)).

Результаты испытаний показали, что заявляемый полирующий состав для ухода за лакокрасочными покрытиями по своим физико-химическим показателям превосходит известный полирующий состав аналогичного назначения.

Полирующий состав для ухода за лакокрасочными покрытиямиТаблица 2
Показатели качества составов	Заявляемый состав	Контрольные составы	Известный состав
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 6
Устойчивость к температурным колебаниям (-40°С, +60°С), число циклов до изменения блеска на 5%	30	31	27	24	25
Водостойкость, уменьшение блеска, % после нахождения пластин с покрытием в воде в течение 5 суток	4	4	8	9	6
Влагостойкость, изменение внешнего вида покрытия при выдержке в течение 7 суток при 98% относительной влажности +35°С	Не изменяется	полуматовость	полуматовость
Краевой угол смачивания (вода/масло): - меньше и равен 90°/5° (поверхность смачиваемая жидкостью), вода/масло; -более 90°/15°(несмачиваемая поверхность)	87/13	88/14	86/12	85/10	88/9
Атмосферостойкость, уменьшение блеска, вызванного атмосферными воздействиями (15 суток),%	5	5	8	10	8
Стойкость к процессу автомоек, угол смачивания, ° (град.)	87	88	82	80	84
Стойкость гомогенной структуры состава к хранению, мес.	12 мес (без расслаивания)	Не оценивалось	расслаивание через 9 мес.
Стойкость к УФ- излучению, балл	5	2	1	3

1. Полирующий состав по уходу за лакокрасочными покрытиями, содержащий воскообразное соединение, силиконовое масло, спирт, углеводородный растворитель, жирную кислоту, линейные полимеры с молекулярной массой не более 160·10³ и воду, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит 8-10%-ную водную суспензию наноалмазов детонационного синтеза с размером частиц 4-6 нм, ди- или триэтаноламин, при этом в качестве воскообразного соединения используют смесь восков с температурой плавления соответственно 72-85°С и 83-91°С при соотношении их (0,35-0,5):(0,5-0,65) вес.ч., при следующем соотношении компонентов в составе, мас.%:

Смесь восков	4,5-6,5
Линейные полимеры с молекулярной
массой не более 160·103	0,1-0,35
Улеводородный растворитель	8-10
Спирт	1-3
Жирная кислота	3-5
Ди- или триэтаноламин	1-3
Силиконовое масло	2-3
Водная суспензия наноалмазов	0,2-1,2
Вода	Остальное

2. Полирующий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве силиконового масла используют смесь кремнийорганических олигомеров в виде Диметикона 350 сСт и Ди-метикона 1000 сСт или смеси полиметилсилоксановых жидкостей соответственно ПМС-300 и ПМС-1000 при соотношении (0,4-0,5):(0,5-0,6) вес.ч.

3. Полирующий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве улеводородного растворителя используют уайт-спирит, а в качестве спирта - изопропанол.

4. Полирующий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве линейных полимеров используют поливинилацетат или поливинилпирролидон с молекулярной массой (70-160)·10³.

5. Полирующий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве жирной кислоты используют кислоту олеиновую.

6. Полирующий состав по п.1, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит биоцид и отдушку в количестве 0,08-0,12 мас.% и 0,04-0,06 мас.% соответственно.

7. Полирующий состав по п.6, отличающийся тем, что в качестве биоцида используют Катон LXE.