Светостойкая водно-дисперсионная краска

Светостойкая водно-дисперсионная краска

Реферат

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к водно-дисперсионным краскам на основе акриловых латексов.

Известно, что на основе чистых акрилатов и их сополимеров могут быть приготовлены практически универсальные водно-дисперсионные краски, которые подходят как для внутренней, так и для наружной окраски любых цементсодержащих (бетон, железобетон, кирпич, штукатурка) и деревянных поверхностей; (со)полимерные акриловые пленкообразующие совместимы с любыми неорганическими и органическими пигментами и обеспечивают получение покрытий в широкой цветовой гамме. К фасадным краскам предъявляются повышенные требования в отношении атмосферостойкости и светостойкости, для интерьерных красок важны такие показатели, как стойкость к воде и агрессивным средам, стабильность цвета.

Известна "Водно-дисперсионная композиция" по патенту РФ 2208026 С2, кл. С 09 D 5/02, 2003 г., содержащая, мас.%:

Пленкообразующее (акриловая эмульсия "Лакропол 101" или акриловая дисперсия "Финдисп")	55-60
Ассоциативный загуститель (сополимер (мет)акриловых мономеров "Акремос 402" или водная дисперсия акрилового сополимера с функциональными гидрофобными группами "Полифоб TR-117")	0,3-0,8
Пигмент (двуокись титана, пигмент желтый железоокисный, пигмент красный железоокисный, углерод технический и др.)	14-23,7
Наполнитель (измельченный природный мрамор марок "МК-1", "К", Омиакарб" (2-5 мкм))	3,8-10,0
Эмульгатор (препарат ОП-7, ОП-10)	0,05-0,2
Диспергатор (полифосфат натрия)	0,7-1,0
Коалесцирующая добавка ("Тексанол" или бутилдигликоль)	2,7-6,5
Структурирующая добавка (аэросил А-300 или силикагель "Syloid")	0,15-0,3
Антивспенивающая добавка ("Фоамекс К-3" или трибутилфосфат)	0,5-1,0
Антифриз (этиленгликоль или пропиленгликоль)	2,0-5,5
Биоцидная добавка (фторид натрия или "Парметол А-26")	0,1-0,2
Регулятор рН-среды (водный раствор аммиака или гидроксида натрия или аминопропанол)	до 0,1
Вода	Остальное

Краска характеризуется высокими физико-механическими свойствами, в частности хорошей укрывистостью, улучшенной текучестью, повышенной стабильностью при хранении, однако не проводилась специальная оценка светостойкости композиции.

Известна "Водно-дисперсионная краска" по патенту 2209223 С1, кл. С 09 D 5/02, РФ, 2003 г., содержащая мас.%:

Водная эмульсия акрилового сополимера бутилакрилата, стирола и метакриловой кислоты "Эмульсар 272"	28-32
Полиакриламид	0,2-0,4
Пигмент (двуокись титана, пигмент желтый железоокисный, пигмент красный железоокисный, пигмент голубой фталоцианиновый, пигмент алый концентрированный, сурик железный, пигмент зеленый)	11-17
Гидроксид алюминия	20-24
Диспергирующая добавка (полифосфат или гексаметафосфат натрия)	0,1-0,4
Диэтиловый эфир поликсиметиленгликоля или γ-полиоксиметилен	0,01-2,0
Антикоррозионная добавка (нитрит натрия)	0,1-0,3
Пеногаситель (трибутилфосфат)	0,5-2,0
Антифриз (моноэтиловый эфир этиленгликоля)	0,01-2,0
Аммиак водный 26-%-ный	0,01-0,7
Оксиэтилированный алкилфенол ОП-10	0,01-0,3
Водометанольный раствор формальдегида 37%-ный	0,01-0,2
Карбонат натрия	0,01-0,5
Вода	Остальное

Краска имеет высокую стойкость к статическому воздействию воды, пониженную горючесть, светостойкость - на уровне требований к краске ВД-АК-111 (изменение коэффициента диффузного отражения - не более 5%).

Описан также способ светостабилизации лакокрасочных материалов (патент СССР 1831492 A3, кл. С 09 D 5/00, 1993 г.) за счет использования в качестве светостабилизатора стерически затрудненного амина. Однако данные лакокрасочные композиции рассматривались только с точки зрения сохранения блеска.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является краска водно-дисперсионная по патенту РФ 2188218 С2, кл. С 09 D 5/02, С 09 D 133/00, С 09 D 133/04, 2002 г., содержащая следующие компоненты, мас.%:

Водная анионная дисперсия сополимера на основе эфира акриловой кислоты, стирола и карбоксилсодержащего мономера или непластифицированная полимерная дисперсия сополимера н-бутилакрилата и стирола марки "Финндисп А-10"	6,0-50,0
Пигмент	3,0-29,0
Наполнитель	15,0-50,0
Целлюлозный загуститель	0,1-0,3
Полифосфат натрия или гексаметафосфат натрия	0,95-5,0
Тиурам "Д"	0,1-0,25
Скипидар	0,3-1,5
Этиленгликоль, или диэтиленгликоль, или пропиленгликоль	2,5-6,5
Водный раствор аммиака 25%	0,1-0,5
Полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола, или
сульфанол, или Na-алкансульфонат	0,02-0,2
Этилцеллозольв (моноэтиловый эфир этиленгликоля), или бутилцеллозольв (монобутиловый эфир этиленгликоля), или сложный эфироспирт 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол моноизобутират	0,1-4,0
Бутилдигликоль (монобутиловый эфир диэтиленгликоля)	0,1-4,0
Сополимер (мет)акриловых мономеров "Акремос" или "Реолат-402", или акрил-уретановый загуститель ассоциативного типа "Полифоб", или полиуретановая дисперсия типа "Реолат-255", "Реолат-278"	0,1-1,0
Аэросил	0,1-0,3
Вода	Остальное

Краска обладает улучшенными физико-химическими и эксплуатационными свойствами, в частности светостойкостью и водоустойчивостью, однако в предлагаемых композициях не учитывались временные и энергетические особенности протекания фотофизических процессов.

Известно, что на сложные композиционные материалы коротковолновое УФ-излучение оказывает большее негативное воздействие, чем длинноволновое излучение. Перечисленные недостатки предложенных композиций можно устранить, если осуществить каскадный механизм переноса энергии в композиции. Миграция энергии в подобных композициях может быть осуществлена индуктивно-резонансным и обменно-резонансным механизмами (Красовицкий Б.М., Болотин А.Б. "Органические люминофоры", М.: Химия, 1984).

Для реализации указанных механизмов переноса энергии пригодны т.н. фотосенсибилизаторы, которые способны поглощать коротковолновое УФ-излучение и передавать его люминофору. Совместное применение фотосенсибилизаторов и люминофоров (оптических отбеливателей) позволяет расширить диапазон поглощенной энергии и преобразовать коротковолновое УФ-излучение в длинноволновое, что приводит к повышению светостойкости композиций.

Задачей предлагаемого изобретения является создание цветных водно-дисперсионных красок, обладающих высокими эксплуатационными показателями, в частности высокой атмосферостойкостью, светостойкостью, стабильностью колористических характеристик.

Поставленная задача решается за счет того, что водно-дисперсионная краска, содержащая акриловое пленкообразующее, двуокись титата и цветные пигменты, мел и/или тальк, полиоксиэтилированный эфир алкилфенола, диспергатор - полифосфат натрия, пеногаситель, консервант, аммиак (25%-ный водный раствор), антифриз - этиленгликоль, загуститель и воду, содержит в качестве пленкообразующего сополимер стирола и эфиров акриловой кислоты или сополимер стирола и акриловой кислоты, в качестве загустителя - редкосшитый сополимер бутилакрилата, метакриловой кислоты и стирола или метилолакриламида, и дополнительно содержит коалесцент - бутилдигликольацетат, оптический отбеливатель, светостабилизатор и фотосенсибилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер стирола и эфиров акриловой кислоты или сополимер стирола и акриловой кислоты	20-35
Редкосшитый сополимер бутилакрилата, метакриловой кислоты и стирола или метилолакриламида	1-4
Двуокись титана	5-10
Цветные пигменты	0,25-13
Мел и/или тальк	15-35
Диспергатор	0,2-0,3
Полиоксиэтилированный эфир алкилфенола	0,1-0,2
Пеногаситель	0,03-0,25
Консервант	0,1-0,3
Бутилдигликольацетат	0,7-1,2
Антифриз	1,0-2,0
Оптический отбеливатель	0,2-0,5
Светостабилизатор	0,3-0,5
Фотосенсибилизатор	0,03-0,1
Аммиак (25%-ный водный раствор)	0,4
Вода	Остальное

В качестве оптического отбеливателя могут быть использованы оптические отбеливатели триазинаминостильбенового ряда: Белофор ОБ-жидкий или Белофор КД-2. В качестве светостабилизатора может быть использован Фенозан 23 или Ирганокс 1010, Беназол П, Тинувин 327. В качестве фотосенсибилизатора может быть использована салициловая кислота, β-нафтиламин, Р-соль или Г-соль.

Предлагаемая цветная водно-дисперсионная краска за счет введения композиции из оптического отбеливателя, светостабилизатора и фотосенсибилизатора обеспечивает более высокую по сравнению с прототипом светостойкость покрытия: практически не происходит изменения цвета и концентрации (полное цветовое различие ДЕ не превышает 1,8%, концентрация сохраняется на уровне 97-102%). Компоненты водно-дисперсионной краски в выбранном соотношении обеспечивают получение покрытий, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

Характеристика используемых материалов:

В качестве пленкообразующего в композиции используется водная стиролакрилатная эмульсия "Эмульсия 252" по ТУ 22-41-078-05800142 м.А, вязкость - 0,9-1,1 Па·с или стиролакрилатные дисперсии Финдисп А-10 (Forsit), вязкость - 0,29 Па·с или Примал CN-219N (Rohm and Haas), вязкость - 0,11Па·с.

В качестве пигментов могут быть использованы следующие:

двуокись титана по ГОСТ 9808 или импортная,

пигмент красный железоокисный по ТУ 6-10-602-86, ТУ 6-05766356.034-96,

пигмент желтый железоокисный по ГОСТ 18172,

пигмент голубой фталоцианиновый по ТУ 6-38-05800142-165-0-94,

пигмент зеленый фталоцианиновый - импорт,

пигмент желтый светопрочный по ГОСТ 5691.

В качестве наполнителей используется мел природный тонкодисперсный марки М-5 по ТУ 5.743-010-00186803, микротальк по ГОСТ 19284 или импортный.

В качестве диспергатора используется полифосфат натрия по ГОСТ 20291.

В качестве антифриза используется этиленгликоль высший сорт по ГОСТ 197110.

В качестве пеногасителя используется смесь алифатических углеводородов и эмульгаторов Foamaster NXZ (Cognis-Henkil) или БИК-037 (BYK-Chemie).

В качестве коалесцирующей добавки используется бутилдигликольацетат (Union Carbide).

В качестве эмульгатора используется полиоксиэтилированный эфир алкилфенола ОП 10 или ОП-7 по ГОСТ 8433.

В качестве консервантов используются антисептики широкого спектра действия: Mergal K9N, представляющий собой композицию 5-хлор-N-метил-изотиазолинона и N-метилизотиазолинона (Troy Chemical) или Acticide FI, представляющий собой комбинацию 5-хлор-4-изотиазолин-3-она, 2-метил-4-изотиазолин-3-она с продуктами конденсации карбамидформальдегида.

В качестве стабилизатора рН среды используется 25%-ный водный раствор аммиака по ГОСТ 9-92.

В качестве загустителя используется редкосшитый сополимер бутилакрилата, метакриловой кислоты и стирола или метилолакриламида Пластитекс СД по СТП 08-6006 или Пластитекс 2МД по СТП 08-606.

В качестве оптического отбеливателя используется Белофор ОБ-жидкий по ТУ 6-38-05800142-728 (4,4'-бис-[4''-диэтаноламино-6''-(п-сульфоанилино)-триазин-2''-иламино]-2,2'-стильбендисульфокислоты тетранатриевая соль), Белофор КД-2 по ТУ 6-14-423 (4,4'-бис-(4''-анилино-6''-морфолино-триазин-2''-иламино)-2,2'-стильбендисульфокислоты динатриевая соль).

В качестве светостабилизатора используется Фенозан 23 или его аналог Ирганокс 1010 (тетракис-[метилен-(3,5-ди-третбутил-4-гидроксициннамат)]-метан), Беназол П (2-(2'-гидрокси-5'-метилфенил)-бензотриазол), Тинувин 327 (2-(3',5'-дитретбутил-2'-гидроксифенил)-5-хлорбензотриазол).

В качестве фотосенсибилизатора используется салициловая кислота по ГОСТ 624-70, β-нафтиламин, Г-соль (монокалиевая соль 2-нафтол-6,8-ди-сульфокислоты) по ТУ 6-14-271-74 с изм. 1-6, Р-соль (динатриевая соль 2-нафтол-3,6-дисульфокислоты) по ТУ 6-14-08-235-86 с изм.1.

Вода используется по ТУ 6-00-05011907-110 (вода химическая обессоленная) или по ГОСТ 2874 (вода питьевая).

Приготовление матовой водно-дисперсионной краски.

Приготовление пигментной пасты производят в смесителе с якорной мешалкой. Сначала в смеситель загружают рецептурное количество воды, затем поочередно целевые добавки: антифриз, эмульгатор, пеногаситель, коалесцирующую добавку, диспергатор, консервант. По окончании загрузки содержимое реактора перемешивают 15 мин и загружают пигменты и наполнители порциями в 2-3 приема с интервалом 5-10 минут. Затем при работающей мешалке загружают композицию из оптического отбеливателя, светостабилизатора и фотосенсибилизатора. Диспергирование пигментной пасты производят в этом же смесителе в течение 40 минут. В пигментную пасту добавляют акриловое пленкообразующее, перемешивают 0,5 часа до однородного состояния. Затем добавляют акриловый загуститель, перемешивают 10-15 минут и добавляют раствор аммиака. Смесь перемешивают 0,5 часа до однородного состояния, после чего краску проверяют на соответствие нормативным требованиям. В случае несоответствия по показателям "вязкость" и "рН среды" производят корректировку аммиаком и водой.

Определение свойств красок и покрытий проводят по нормативно-технической документации для ЛКМ: условная вязкость по ГОСТ 21903, степень перетира по ГОСТ 6589, массовая доля нелетучих по ГОСТ 17537, стойкость пленки к статическому воздействию воды по ГОСТ 9.403, цвет по ГОСТ 16873 (Инструментальный метод определения цвета и белизны), условная светостойкость по ГОСТ 21903.

Состав и свойства предлагаемой краски и прототипа приведены в таблицах 1, 2.

Полученные результаты свидетельствуют о достижении цели изобретения: предлагаемая краска имеет более высокое значение светостойкости по сравнению с прототипом. По уровню прочих характеристик водно-дисперсионная краска не уступает прототипу, а по ряду основных показателей превосходит прототип.

Таблица 1Состав водно-дисперсионных красок.
Наименование компонентов	Прототип	Варианты предлагаемой краски
I	II	красная	желтая	голубая	зеленая	ярко-желтая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Пленкообразующее:
Эмульсия 252			25	20		25		25		20		25	20	35		26
Финндисп А-10	25	35					20				35						25
Примал CM-219N					35				25						30
Пигменты:
Двуокись титана (рутил)	12	8,7	5	8	10	5	8	10	5	8	10	5	8	8	8	10	10
Пигмент красный ж/о			12,2	2	0,6
Пигмент желтый ж/о	17					13	2,2	0,65
Пигмент голубой ф/ц		4,5							4,8	1	0,25
Пигмент зеленый ф/ц												4,8	1	0,25
Пигмент желтый светопрочный															10	1,7	0,5
Наполнители:
Мел	16	7,8	10	15	30	17,5	20	35	31	35	35	31	35	35	17,5	20	35
Тальк	4,0	5,3	10												2,5	1
Загуститель:
пластитекс 2МД				1		2			1,5			1	1			1,5
пластитекс СД			3		3		4	4		3	3			3	3		3
ГЭЦАкрэмос401	0,35	0,2
Эмульгатор:	0,2	0,2	0,12	0,15	0,1	0,1	0,1	0,12	0,15	0,1	0,15	0,12	0,1	0,1	0,2	0,2	0,2
ОП-7, ОП-10
Диспергатор:
Гексаметафосфат натрия	1
Полифосфат натрия		0,5	0,3	0,3	0,2	0,2	0,3	0,3	0,2	0,2	0,3	0,3	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3
Консервант:
Тиурам-"Д"		0,2
Mergal K9N	0,15		0,1	0,1	0,2		0,3		0,15	0,15	0,25						0,15
Acticide FI						0,15		0,3				0,25	0,2	0,3	0,2	0,2

Таблица 1 (продолжение)
Наименование компонентов	Прототип	Варианты предлагаемой краски
I	II	красная	желтая	голубая	зеленая	ярко-желтая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Пеногаситель:
Скипидар		1,3
БИК 037			0,1			0,25		0,2			0,25
Foamaster NXZ	0,03			0,03	0,05		0,033		0,05	0,03		0,03	0,03	0,03	0,05	0,03	0,03
Коалесцент:
Тексанол	0,4	0,1
Бутилдигликольацетат			0,7	0,7	1,2	1,0	0,7	1	1	0,7	1,2	0,7	0,7	1,2	1,2	0,7	0,7
Оптический отбеливатель:
Отбеливатель ОБ-ж.			0,3	0,4		0,3		0,4		0,3	0,4	0,3		0,5	0,4	0,4	0,4
Отбеливатель КД-2					0,2		0,2		0,2				0,2
Антифриз:
Этиленгликоль	4,0	4,0	1,5	2	1,5	2,0	1,5	1,5	1,5	1	1	1,5	1,5	1,5	1,5	1	1
Стабилизатор среды:
Аммиак 25%-ный водный р-р	0,8	0,85	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Антикоррозионная структурная
добавка Аэросил А-300	0,1	0,1
Светостабилизатор:
Фенозан 23			0,3	0,3		0,4		0,4			0,5		0,3	0,5	0,5	0,4	0,3
Ирганокс 1010					0,5		0,3
Беназол П									0,3
Тинувин 327										0,3		0,3
Фотосенсибилизатор:
β-нафтиламин			0,1					0,05				0,15
салициловая кислота				0,05		0,05	0,1				0,03				0,1
Г-соль					0,03				0,1				0,05				0,03
Р-соль										0,05				0,1		0,05
Вода	остальное

Таблица 2Свойства водно-дисперсионных красок.
Характеристики ВД-АК	Прототип	Варианты предлагаемой краски
I	II	красная	желтая	голубая	зеленая	ярко-желтая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1. Степень перетира по "клину", мкм	60	60	55	75	60	60	70	70	60	65	70	55	60	60	65	60	60
2. Условная вязкость по ВЗ-246 (d=6 мм) при (20±0,5)°С, с	25	30	35	30	25	25	25	25	40	30	25	40	25	25	45	30	25
3. Содержание нелетучих веществ, %	63,5	50,8	53,8	56,6	61,5	54,3	58,1	60	55	59	61	54	60	62	52	56	63
4. Время высыхания при 20°С, ч	1	1	0,5	0,4	0,4	0,5	0,4	0,4	0,4	0,3	0,3	0,4	0,3	0,3	0,6	0,5	0,5
5. Укрывистость, г/м2	70	50	40	45	40	45	50	60	40	45	55	50	60	60	90	80	100
6. Стойкость пленки к статическому воздействию Н2О при температуре (20±2)°С, ч	600	600	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720	720
7. Стойкость пленки к статическому воздействию 2,5% раствора NaOH, ч	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12
8. Адгезия методом решетчатых надрезов, баллы	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
9. Смываемость, г/м2	1	1	0,3	0,3	0,4	1,0	0,7	0,8	0,3	0,3	0,4	0,3	0,3	0,4	0,8	0,6	0,5
10. Условная светостойкость:
полное цветовое различие ΔЕ	3,8	2,8	0,8	0,2	0,2	0,9	0,3	0,5	0,5	0,5	0,3	1,2	0,8	0,8	1,7	0,7	1,8
с, %	85	85	98	99	98	97	99	102	97	97	98	98	99	99	98	100	102
11. Морозостойкость краски, циклы	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10

1. Светостойкая водно-дисперсионная краска, содержащая пленкообразующее, двуокись титана, цветной пигмент, мел и/или тальк, полиоксиэтилированный эфир алкилфенола, диспергатор - полифосфат натрия, пеногаситель, консервант, аммиак - 25%-ный водный раствор, антифриз - этиленгликоль, загуститель и воду, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего она содержит сополимер стирола и эфиров акриловой кислоты или сополимер стирола и акриловой кислоты, в качестве загустителя редкосшитый сополимер бутилакрилата, метакриловой кислоты и стирола или метилолакриламида, и дополнительно коалесцент - бутилдигликольацетат, оптический отбеливатель, светостабилизатор и фотосенсибилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер стирола и эфиров акриловой кислоты
или сополимер стирола и акриловой кислоты	20-35
Редкосшитый сополимер бутилакрилата, метакриловой кислоты
и стирола или метилолакриламида	1-4
Двуокись титана	5-10
Цветные пигменты	0,25-13
Мел и/или тальк	15-35
Полиоксиэтилированный эфир алкилфенола	0,1-0,2
Диспергатор	0,2-0,3
Пеногаситель	0,03-0,25
Консервант	0,1-03
Бутилдигликольацетат	0,7-1,2
Антифриз	1,0-2,0
Оптический отбеливатель	0,2-0,5
Светостабилизатор	0,3-0,5
Фотосенсибилизатор	0,03-0,1
Аммиак (25% раствор)	0,4
Вода	Остальное

2. Светостойкая водно-дисперсионная краска по п.1, в которой в качестве оптического отбеливателя применяют отбеливатели стильбентриазинового ряда: 4,4'-бис-(4''-диэтаноламино-6''-(n-сульфоанилино)-триазин-2''-иламино)-2,2'-стильбендисульфокислоты тетранатриевую соль, 4,4'-бис-(4''-анилино-6''-морфолино-триазин-2''-иламино)-2,2'-стильбендисульфокислоты динатриевую соль.

3. Светостойкая водно-дисперсионная краска по п.1, в которой в качестве светостабилизатора применяют эфир 3,5-дитретбутил-4-гидроксифенилпропионовой кислоты и пентаэритрита, 2,2'-гидрокси-5'-метилфенилбензтриазол, 2-(3',5'-дитретбутил-2'-гидроксифенил)-5-хлорбензотриазол.

4. Светостойкая водно-дисперсионная краска по п.1, в которой в качестве фотосенсибилизатора применяют салициловую кислоту, β-нафтиламин, Г-соль, Р-соль.

5. Светостойкая водно-дисперсионная краска по п.1, в которой в качестве цветных пигментов применяют пигмент желтый железоокисный, пигмент красный железоокисный, пигмент голубой фталоцианиновый, пигмент зеленый фталоцианиновый, пигмент желтый светопрочный.