Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция

Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция

Реферат

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полимерным композициям для получения лакокрасочных покрытий биоцидного действия.

В условиях высокой обсемененности воздуха закрытых помещений и местах большого скопления людей (больницы, общественные учреждения и организации, школы, детские сады, военные казармы и др.) возрастает роль неспецифической профилактики инфекционных заболеваний - использование биоцидных материалов для окраски стен и других поверхностей.

Кроме здравоохранения лакокрасочные покрытия биоцидного действия могут быть востребованы учреждениями образования и культуры (библиотеки, музеи), обороной, пищевой промышленностью - для избежания плесени во влажных помещениях (холодильные камеры, хранилища муки, зерна, круп), в коммунальном хозяйстве (бассейны, бани, подвалы).

Известна полимерная композиция для покрытия бактерицидного действия, которая в качестве бактерицидного компонента содержит малотоксичный, растворимый в воде полимер с широким спектром биоцидного действия - полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) формулы

где R - ОН, Cl, РО₃; n=2-60 (авт.свид. СССР №1728264, кл. C08L 15/02, 1992, БИ №151).

Известна биоцидная краска "Биокрапаг", в состав которой в количестве 3-7% в качестве биоцида введены соли ПГМГ (пат.RU 2131897, кл. C09D 5/14, 1999, БИ №17).

Благодаря своей полимерной природе соединения ПГМГ малотоксичны и обладают широким спектром биоцидного действия в отношении различных микроорганизмов, т.е. обладают бактерицидным, вирулицидным, фунгицидным, пестицидным, инсектицидным, алгицидным действием.

Однако введение соединений ПГМГ в состав лакокрасочных покрытий представляет значительные трудности, поскольку соли ПГМГ являются поликатионными продуктами и при введении их даже в незначительных количествах в состав окрасочных композиций они вызывают выпадение осадка.

Известна вододисперсная лакокрасочная композиция, включающая водоразбавляемое пленкообразующее, пигменты, загуститель, поверхностно-активное вещество, биоцидную добавку и воду (пат. RU 2059673, 1996, БИ №13).

Известен водоразбавляемый состав для бактерицидных покрытий на основе водоэмульсионный краски с добавлением производных ПГМГ в виде 0,3-30% водного эмульсионного раствора в количестве 0,5-9 мас.ч. на 100 мас.ч. композиции (пат. RU 2189999, C09D 5/14, 2002 г., БИ №27).

Недостатком данных композиций является незначительная стойкость покрытия к воздействию воды и к смываемости пленки, что исключает частую влажную уборку помещений, на стены которых нанесено покрытие, включающее данную композицию.

Наиболее близкой из известных полимерных композиций по составу является водно-дисперсная лакокрасочная композиция, включающая водоразбавляемое пленкообразующее, пигменты, загуститель, поверхностно-активное вещество, биоцидную добавку, алкидную эмульсию с эмульгатором неионного и/или анионного типа и воду (пат. RU 2154078, кл. C09D 5/02, 2000 г.).

Однако данная водно-дисперсная лакокрасочная композиция в качестве биоцидной добавки содержит токсичные вещества (тетраметилтиурамдисульфид марки Тиурам Д, изотиазолин с галогенизированными производными алканола марки Метатин К 520, 2 н-октил-4-изотиазолин-3-он марки марки Скейн 8) и обладает недостаточной стойкостью к воздействию воды и стабильностью при хранении.

Технической задачей изобретения является:

- получение полимерной композиции на доступном сырье, включающей в качестве биоцидной добавки производные ПГМГ;

- разработка условий, предотвращающих выпадение их в осадок, путем подбора дисперсионных эмульгаторов;

- увеличение стойкости покрытия к воздействию воды при наличии влажности в помещениях, стены которых покрыты данным составом, и обеспечении бактерицидного действия при протирании сухого покрытия влажной тряпкой.

Технический результат достигается тем, что водно-дисперсионная лакокрасочная композиция с биоцидным действием содержит неионное водоразбавляемое пленкообразующее - водную полимерную дисперсию, водный раствор биоцидной добавки - производное полигесаметиленгуанидина и пигментную пасту, полученную из пигмента и наполнителя и диспергирующего раствора, содержащего воду, анионный полимерный диспергатор, неионный целлюлозный загуститель, эмульгатор, органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%.

пигментная паста	63,0 - 92,0
водная полимерная дисперсия	5,0 - 30,0
25% водный раствор биоцидной добавки	3,0 - 7,0

Сочетание неионной системы эмульгаторов в полимерной водной дисперсии, неионного загустителя с анионными диспергаторами в пигментной пасте в указанных выше соотношениях обеспечивает введение биоцидной добавки без выпадения ее в осадок, а мономерный состав водной полимерной дисперсии и состав эмульгаторов сообщают необходимую водостойкость биоцидным покрытиям.

Водно-дисперсионная краска может содержать дополнительно нейтрализующее основание в количестве 0,1-0,2 мас.%, пеногаситель в количестве 0,2-0,6%, каолесцирующий растворитель в количестве 0,3-1,0 мас.%, консервант в количестве 0,1-0, 15 мас.%.

Нанесенное с применением предлагаемого состава водно-дисперсионной краски покрытие высыхает в естественных условиях.

В качестве водоразбавляемого пленкообразующего, в частности, применяют: неионные дисперсии FINNDisp фирмы Форсит (Финляндия); сополимерные дисперсии на основе акрилат-винилацетат марок К-65, К-23, К-30; гомогенную дисперсию на основе винилацетата марки Н-22: ряд водных дисперсий фирмы Ленхозторг (дисперсии сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом марок ДПМ 5035 по ТУ 2241-039-00203521-98, дисперсии сополимеров винилацетата с эфирами акриловой кислоты марок А30, А50 по ТУ 2241-002-47923137-2001).

В качестве пигментов применяют любые нейтральные или слабоосновные пигменты, например двуокись титана (ГОСТ 9808-84), мел (ТУ 5743-002-2956580-96, ГОСТ 12085-88), пигмент желтый железоокисный (ГОСТ 18172-72), пигмент красный железоокисный для резиновой промышленности (ТУ 6-10-602-77), слюда молотая для резиновой промышленности (ГОСТ 855-74), омиакарб, представляющий собой мелкий мраморный порошок высокой чистоты с содержанием карбоната кальция не менее 98% (фирмы Омиа), пигмент голубой фталоцианиновый (ГОСТ 6220-76), углерод технический марки П-803 (ГОСТ 7985-86), микротальк для лакокрасочной промышленности (ГОСТ 19284-79), каолин (ГОСТ 19608-84), цеолит и другие.

В качестве загустителей используют, например, производные целлюлозы фирмы Hercules; гидроксиэтилцеллюлозу марки Натросол-250, марок HHBR, H4BR, HBR, MHBR, метилгидроксиэтилцеллюлозу КУЛЬМИНАЛ МГЭЦ различных марок, метилгидроксипропилцеллюлозу КУЛЬМИНАЛ МГЭЦ различных марок.

Кроме перечисленных можно использовать гидрооксипропилцеллюлозу марок Methocel фирмы Dow Chemical.

В качестве эмульгатора используют вспомогательное вещество ОП-7 или ОП-10 (ГОСТ 8433-81), тритон CF-10 (фирмы Юнион Карбайд), блок сополимер окиси этилена с окисью пропилена ГДПЭ-108 (ТУ 38-407219-82).

В качестве диспергатора используют натриевые и аммониевые соли поликарбоновых кислот марки, например Оротан-731 К, Оротан 850-К, Оротан-165 фирмы Rohm and Haas; продукты Dispexs фирмы Ciba; натрий полифосфат (ГОСТ 20291-86) и другие.

В качестве органических растворителей применяют этиленгликоль (ГОСТ 19710), пропиленгликоль (ТУ 6-01-4639387-88), диэтиленгликоль (ГОСТ 10136-77), уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) и другие.

В качестве пеногасителя используют кремнийорганические соединения, например Агитан-731 фирмы Munzing Chemie; смесь алифатических углеводородов и эмульгаторов NOPKO NXZ (фирмы HENKEL NOPCO Германия), полиэфирное производное жирной кислоты Lumiten EL фирмы BASF и другие.

В качестве консерванта применяют Парметол А-26 фирмы Schuike Mayr.

В качестве коалесцирующего растворителя - коалесцент Lusolvan FBH (диизобутиловый эфир смеси дикарбоновых кислот) фирмы BASF; Тексанол фирмы Eastman.

В качестве биоцидной добавки используют 25% водный раствор производных полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) формулы

где R - ОН, Cl, РО₃; n=2-60.5.

Предлагаемую композицию готовят следующим образом. Приготовляют диспергирующий раствор в смесителе путем загрузки, согласно рецептуре, воды, загустителя, нейтрализатора, диспергатора, эмульгатора, гликолей и консерванта. Смесь перемешивают до образования однородного раствора с вязкостью 60-200 с, определяемой по воронке В3-4 с диаметром сопла 4 мм и рН 7-9.

Диспергирующий раствор можно готовить в виде самостоятельного полуфабриката, хранить и использовать по мере необходимости. Допускается его приготовление в диссольвере на каждую последующую операцию по изготовлению пигментной пасты.

Затем в скоростной диссольвер помещают диспергирующий раствор и при непрерывном перемешивании загружают, согласно рецептуре, пигменты, наполнители (тальк, мел, барит и др.), коалесцирующий растворитель и пеногаситель. Перемешивание продолжают до образования однородного замеса.

Однородный замес из скоростного диссольвера направляют в непрерывно работающую бисерную мельницу. Скорость подачи замеса регулируют так, чтобы за время пребывания пасты в зоне диспергирования степень ее перетира по клину составляла бы 40-60 мкм. Затем полученную пигментную пасту, обладающую необходимой дисперсностью, направляют в смеситель для изготовления краски.

К полученной в смесителе пигментной пасте при умеренном перемешивании добавляют водную полимерную дисперсию, например FINN DCSP К-65, перемешивают до однородного состояния и добавляют водный раствор бактерицидной добавки. Полученную готовую краску проверяют по показателям качества. Композицию при необходимости разбавляют до рабочей вязкости водой и наносят методом пневматического распыления или кистью.

Показатели свойств в сравнении с прототипом приведены в табл.1, показатели бактерицидной активности - в табл. 2. Данные таблиц показывают, что качество покрытия с использованием предлагаемого состава водно-дисперсионной лакокрасочной композиции выше, чем у прототипа, а бактерицидные свойства на уровне известных биоцидных красок.

Ниже приведены примеры рецептур основных составляющих водно-дисперсионной краски предлагаемого состава.

Рецептура диспергирующего раствора:

вода питьевая	94,55-97,3 мас.%
загуститель-гидрооксиэтилцеллюлоза,
например Натросол-259 HHBR	0,5-1,0 мас.%
нейтрализатор-аммиак водный 25%-ый	0,1-0,2 мас.%
диспергатор - полифосфат натрия или
соли поликарбоновых кислот, например
продукты Dispexs фирмы CiBa, Оротан 731 К,
марки Оротан 165 ф. Rohm and Haas	0,5-1,0 мас.%
эмульгатор - ГДПЭ-108, или вспомогательное
вещество ОП-7 или ОП-10	0,5-1,0 мас.%
органический растворитель - этилен - или
пропиленгликоль	1,0-2,0 мас.%
консервант - Парметол А-26	0,1-0,15 мас.%

Рецептура пигментной пасты:

диспергирующий раствор	35,0-55,0 мас.%
пигменты и наполнители
(тальк, мел, барит и др.)	43,7-65,5 мас.%
коалисцирующий растворитель	0,3-1,0 мас.%
пеногаситель	0,2-0,3 мас.%

Состав вводно-дисперсионной краски:

пигментная паста	63,0-92,0 мас.%
водная полимерная дисперсия	5,0-30,0 мас.%
25% водный раствор биоцидной добавки	3,0-7,0 мас.%

Таблица 1Показатели свойств водно-дисперсионной лакокрасочной композиции и покрытий на ее основе
Наименование показателей	По прототипу (пат.RU 2154078)	По предлагаемому составу
Массовая доля нелетучих веществ, %	Нет данных	63
Внешний вид покрытия	Ровная однородная поверхность	Ровная однородная поверхность
Условная вязкость по визкозиметру типа В3-46 с диаметром сопла 6 мм	20	30
Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)°C, ч	1	1
Укрывистость высушенной пленки, г/м2	96	97
Смываемость пленки, г/м2	Нет данных	2,15
Стойкость покрытия к статическому воздействию воды при температуре (20±2)°С, ч	48	120
Стабильность краски при хранении	Нет данных	6 мес. без изменения

Таблица 2Инактивация различных форм микроорганизмов водо-дисперсионной лакокрасочной композицией, %
Биотест	Время контакта	Заявленный состав	Краска «Бикрапаг» (пат.RU 2131897)	Состав по (пат.RU 2189999)
E.Coil	30 мин.	100	100	95,4
Bac.cereus	24 часа	100	Нет данных	75,1
Penicillium chry-
sogenum	24 часа	100	96,0	90,0
	30 мин.	99,97
С. albicans	1 ч.	100,0
	4 ч.	100,0	Нет данных	Нет данных
	24 ч.	100,0
S. aureus	1 ч.	99,93
	2 ч.	100,0	Нет данных	Нет данных
	4 ч.	100,0
Mycobacterium B5	2 ч.	99,94
	4 ч.	100,0	Нет данных	Нет данных
	24 ч.	100,0

1. Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция с биоцидным действием, включающая неионное водоразбавляемое пленкообразующее - водную полимерную дисперсию, водный раствор биоцидной добавки - производное полигексаметиленгуанидина и полимерную пасту, полученную из пигмента и наполнителя и диспергирующего раствора, содержащего воду, анионный полимерный диспергатор, неионный целлюлозный загуститель, эмульгатор, органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

пигментная паста	63,0 - 92,0
водная полимерная дисперсия	5,0 - 30,0
25%-ный водный раствор биоцидной добавки	3,0 - 7,0

при этом весовое соотношение неионного целлюлозного загустителя к анионному полимерному диспергатору в пигментной пасте равно 2,0:1,0-1,0:2,0.

2. Композиция по п.1, в составе которой в качестве неионного целлюлозного загустителя используют производное гидроцеллюлозы, введенное в диспергирующий раствор в количестве 0,5-1,0 мас.%.

3. Композиция по п.1, в составе которой в качестве анионного полимерного диспергатора используют натриевые и аммониевые соли поликарбоновых кислот, введенные в пигментную пасту в количестве 0,17-0,55 мас.%.

4. Композиция по п.3, в составе которой в качестве анионного полимерного диспергатора используют полифосфат натрия.