Универсальная пигментная колеровочная паста

Универсальная пигментная колеровочная паста

Реферат

Изобретение относится к колеровочным пастам, предназначенным для использования в готовых базовых лакокрасочных материалах (ЛКМ), растворимых в органических растворителях.

Их использование в составе системы колеровки, содержащей набор колеровочных паст, позволяет разнообразить базисные краски различных типов, как на заводе-изготовителе, так и на оптовых складах, местах продажи и т.п. Рекомендуется применять систему колеровки, состоящую из базиса краски, колеровочных паст, оборудования для подачи и смешивания компонентов, а также программного обеспечения подбора цвета. Применение этой системы уменьшает затраты, обеспечивает высокое качество, повышает уровень обслуживания покупателя.

Пигментные колеровочные пасты - это дисперсии пигментов с высоким содержанием сухого остатка, контролируемым цветом, насыщенностью его и определенными реологическими свойствами.

Цвет ЛКМ можно изменить добавлением интенсивно окрашенных колеровочных паст к готовым базисам красок белым или окрашенным.

Известна колеровочная паста, например Европейский патент ЕП 448347. 1991, в которой на 100 частей пленкообразующего приходится от 1-1000 частей пигмента. Используют алкидные, акриловые, эпоксидные смолы.

Известна колеровочная композиция для окрасочных продуктов, включающая кетоноальдегидную, кетонную, альдегидную смолу, растворимую в органических растворителях: 70-100 мас.% от общей массы пленкообразующего, 2-75 мас.% - пигментный компонент, 10-60 мас.% разбавителя в виде биодеградирующего эфира молочной кислоты и спирта C₁-С₁₀ (RU 2157395, 1996 г.). Указанная композиция выбрана в качестве прототипа.

Технической задачей изобретения следует считать возможность расширения ассортимента колеровочных пигментных паст, использование их в различных базисах красок на органических растворителях, обеспечение стабильности красок, не оказывая при этом неблагоприятного влияния на такие свойства лакокрасочных покрытий, как блеск, сушка и т.д.

Универсальная пигментная колеровочная паста, содержащая пигмент, пленкообразующее, диспергатор, загуститель, органический растворитель, отличается тем, что в качестве пленкообразующего используют алкидную глифталевую смолу на основе льняного масла, глицерина и фталевого ангидрида в соотношении, мас.%: 45-47; 17-19; 34-38, с вязкостью 60 с, измеренной при температуре (20,0±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246, в виде 50%-ного раствора указанной смолы в ксилоле с кислотным числом 17-19 мгКОН/г, в качестве загустителя используют загуститель Clayton AF, в качестве органического растворителя используют ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный 50%-ный раствор алкидной глифталевой смолы	- 30-40
ксилол	- 34-45
диспергатор	- 0,9-2
загуститель Clayton AF	- 0,3-0,5
пигмент	- остальное

Для выбора пленкообразующего пасты был проведен широкий отбор существующих торговых марок смол, которые смогли бы удовлетворить следующим требованиям: быть совместимыми с широким ассортиментом базисов органорастворимых красок, т.к. большинство пленкообразующих имеют высокую вязкость и низкую способность диспергирования (смачивания пигмента).

Был опробован широкий круг алкидных смол, особенно глифталевых, которые более всего отвечают поставленной цели, такие как - ГФ-01, ГФ-0174, ГФ-064, ГФ-066 (ТУ 6010-612-72), ГФ-046, ГФ-050.

Алкидные глифталевые смолы образуют растворы низкой вязкости, что позволяет достичь высокой концентрации пигмента.

По итогам проведенных испытаний была специально синтезирована алкидная глифталевая смола на основе льняного масла, глицерина, фталевого ангидрида в соотношении соответственно 45-47; 17-19; 34-38 мас.% со следующими техническими показателями:

- условная вязкость при температуре (20,0±0,5)°С
по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с, не менее	- 60
- кислотное число мг КОН/г, не более	- 17-19
- массовая доля нелетучих веществ, %	- 50-52
- цвет по йодометрической шкале, мг J2/100 см3, не темнее	- 80

Синтез смолы проводят традиционным азеотропным способом.

Синтез смолы

Перед загрузкой в реактор льняное масло нагревают до 100°С в течение 1 часа. Далее идет загрузка глицерина, включается обогрев реактора, осуществляется подача инертного газа. Температуру в реакторе повышают до 200°С, проводится загрузка катализатора реакции алкоголиза кальцинированной соды. Далее температуру повышают до 235-245°С. Проводят отбор проб через каждые 30 мин. Процесс алкоголиза считается законченным при достижении растворимости пробы в этиловом спирте в соотношении не менее 1:1 при температуре 20±2°С. Далее прекращают подачу инертного газа в реактор, снижают температуру до 180-200°С, производят загрузку фталевого ангидрида и загружают 3-4% от загрузки ксилола. Температуру в реакторе поднимают до 255±5°С, проводят реакцию поликонденсации, добавляют еще ксилол и освободившуюся смесь воды в ксилоле в качестве азеотропной смеси выводят из реактора. Реакционную массу выдерживают при температуре 255±5°С до достижения требуемых показателей по вязкости и кислотному числу. Далее отключают обогрев и проводят охлаждение смолы до 180°С.

При использовании колеровочных паст возникают проблемы с получением определенного оттенка цвета, блеском, чистотой цвета, воспроизводимостью.

Поэтому важным компонентом пигментной пасты является диспергирующий агент. Дисперсионная среда (диспергирующий агент, растворитель) должна обеспечить хорошее смачивание и стабильность пасты.

Для преодоления этих проблем в дополнение к растворителю и пленкообразующему вводят диспергаторы, загустители и другие добавки.

В качестве диспергирующего агента в состав пигментной пасты включен диспергирующий и смачивающий агент фирмы TROY, США.

Химический состав TROYSOL 98 С:

Поверхностно-активное вещество на основе жирного амина. 95% содержание сухих веществ в Н-бутиловом спирте. Темная вязкая янтарного цвета жидкость.

вязкость по Гарднеру (25°С)	Z3 МАХ
плотность (25°С), г/см3	- 0,90-0,92
% нелетучих веществ	- 95 min

Имеет преимущества: позволяет получить пасту с высоким пигментным наполнением, позволяет сократить вязкость, улучшить розлив, повысить блеск. В пигментную пасту вводится на стадии диспергирования в количестве 0,9-2% от массы пигмента.

Активно использован диспергатор для лакокрасочной и полиграфической промышленности ДП- ТУ 2484-005-23431487-2004. Он представляет собой соль четвертичного аммониевого основания на основе высокомолекулярного сложного эфира, содержание основного вещества, % - 48-52,

кислотное число	2-4 мгКОН/г
растворитель	алкилбензолы
аминное число	0-2 мгКОН/г

В качестве загустителя пигментной пасты используют реологическую добавку Clayton AF (фирма Ларчфильд Лтд., Великобритания). Это органически модифицированный глинозем, который получается взаимодействием реакционно-способных органических катионов, таких как четвертичный аммоний хлорид, с бентонитом. В результате изменяется природа бентонита от гидрофильной до олеофильной. Является самодиспергирующимся, препятствует осаждению пигментов. Количество добавки 0,3-0,5% от массы продукта.

Одним из непременных условий получения универсальной пигментной колеровочной пасты являлось использование конкретного, только одного растворителя поскольку пигментные пасты смешиваются с базисными красками на любом пленкообразующем и различных растворителях. В качестве органического растворителя выбран ксилол.

Колеровочные пигментные пасты характеризуются высокой концентрацией пигментов, поэтому выбранные для этой цели пигменты должны соответствовать ряду требований: совместимость двух или нескольких пигментов, реактивность в кислой и щелочной среде.

В качестве пигментов используют органические и неорганические пигменты (на основе оксидов железа, крона свинцовые, азопигменты, фталоцианиновые пигменты, а также углеродные сажи).

Технология изготовления колеровочной пигментной пасты

Изготовление колеровочной пигментной пасты осуществляется по дежной технологии и состоит из следующих стадий:

- изготовление пигментной суспензии,

- диспергирование.

Пигментная суспензия изготавливается в деже с использованием дисольвера. В дежу загружают 50%-ный раствор алкидной глифталевой смолы и диспергатор, подвозят к дисольверу, включают мешалку и перемешивают в течение 5-10 мин при скорости вращения мешалки 500 об/мин. Затем приступают к загрузке пигмента и загустителя. Содержимое дежи перемешивают до однородной массы в течение 20 мин при скорости вращения мешалки 500 об/мин. Затем скорость вращения мешалки увеличивают до 1250 об/мин и перемешивают в течение 40 мин. Готовность суспензии проверяют по однородности пробы при наливе на стекло.

Готовую суспензию подают на бисерную мельницу. Диспергируют до степени перетира не более 10 мкм.

Согласно изложенному было изготовлено 3 образца пигментной пасты на основе алкидной глифталевой смолы разной рецептуры (таблица 1), для сравнения приведена рецептура смолы-аналога Смола 135 (ТУ 2311-032-72311668-2006).

В таблице 2 приведены возможные рецептуры колеровочных паст и аналога. Не представлен прототип, поскольку из-за невозможности идентификации компонентов колеровочных паст сравнение проводилось с аналогом.

В таблице 3 показаны свойства полученных колеровочных паст.

В таблице 4 приведены результаты испытаний, полученных после введения колеровочных паст в количестве 10% в состав белых базисов красок. Толщина слоя краски - 150 мКм.

В таблице 3 приведены показатели свойств полученных согласно изобретению универсальных пигментных колеровочных паст. Испытания проводились по показателям степени перетира и вязкости сразу после изготовления паст и спустя 6 недель. Допускались снижение или повышения показателей в установленных пределах. Из таблицы видно, что показатели образца 4б (аналог) уступают образцам по изобретению.

В таблице 4 приведены результаты испытаний на флокуляцию, блеск и твердость покрытий, полученных при введении универсальной пигментной пасты по изобретению в базисы эмалей.

Испытания проводились путем введения колеровочной пасты (пасты пигмента голубого фталцианинового) в базисы эмалей (алкидную, алкидно-уретановую, акриловую) в количестве 10% и перемешивания в миксере в течение 2 мин.

Испытание на флокуляцию проводилось путем добавления 9,5 мл колеровочного состава к 250 мл базиса эмали. Слой эмали после колерования толщиной 160 мм наносится с помощью аппликатора на специальную фильтровальную бумагу. Когда этот слой почти полностью высохнет, к нему добавляют каплю свежей эмали и влажную порцию эмали втирают в первый слой круговыми движениями пальца до сцепления слоев. После этого испытуемому образцу дают высохнуть, а затем сравнивают оттенок участка, где проводилось втирание, с оттенком остальной пленки. Появление различия в оттенках говорит о наличии флокуляции. Оценки проводят визуально по 4-бальной системе, где 0 - флокуляция отсутствует, 3 - сильная флокуляция: чем меньше флокуляция, тем легче добиться воспроизводимости оттенка.

Как и в патенте RU 2157395 по испытаниям на флокуляцию в алкидных красках с колеровочными пастами, так и в таблице 4 в образцах с колеровочными пастами по изобретению показатель флокуляции составляет «0». В то время как в примерах с аналогом флокуляция имеет место.

Показатель блеска в образцах на белых базисах эмалей (алкидной, алкидно-уретановой, акриловой) с добавлением 10% колеровочной пасты пигмента голубого фталцианинового остался на прежнем уровне, как и в контрольных образцах (без колеровки).

В образцах аналогах наблюдалось незначительное изменение блеска в сторону ухудшения.

Блеск покрытий определялся на фотоэлектрическом приборе ФБ-2 на образцах, высушенных при t=20±2°С.

Твердость покрытия определялась на маятниковом приборе М-3 на образцах с толщиной слоя 150 мКм через 48 часов и через 5 суток после нанесения. Как видно из таблицы 4, колеровка практически не оказывает влияния на показатель твердости во всех образцах покрытий.

Таблица 1Рецептура глифталевых смол и лаков на их основе, мас.%
№№ п.п.	Наименование компонентов	По изобретению	Аналог
1	2	3	4
1	Масло льняное	45	46	47
2	Масло касторовое				63
3	Глицерин,100%	17	18	19	13
4	Ангидрид фталевый	38	36	34	24
	ИТОГО:	100	100	100	100
	Характеристика растворов смол
	- условная вязкость при температуре (20,0±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с	60	60	60	30
	- массовая доля нелетучих веществ, %	52	51	51	50
	- кислотное число, мг КОН/г	19	18	17	25

Таблица 2Рецептуры колеровочных пигментных паст
№№ п.п	Наименование компонентов	По изобретению	Аналог
1а	2а	3а	4а
1	Алкидная глифталевая смола
	50% р-р, по примеру №1, (табл.1)	30,0
	50% р-р, по примеру №2, (табл.1)		40,0
	50% р-р, по примеру №3, (табл.1)			35,0
	50% р-р, по примеру №4, (табл.1)				31,5
2	Органические растворители
	Ксилол	34,0	45,0	43,2	31,05
3	Диспергаторы
	Диспергатор Troysol 98C	0,9	2,0	-	2,15
	Диспергатор ДП	-	-	1,5
4	Загуститель Clayton AF	0,3	0,3	0,5
	La Tyix FB				0,3
5	Пигменты
	- органические (голубой
	фталоцианиновый)		12,7
	- неорганические (красный
	железоокисный)	34,8			35
	- сажа углерод П-803			19,8
	ИТОГО:	100	100	100	100

Таблица 3Свойства колеровочных паст
Наименование испытаний	1б	2б	3б	4б
1. Степень перетира, мКм
- сразу после приготовления	≤10	≤10	≤10	≤10
- через 6 недель	≤10	≤10	≤10	12
2. Условная вязкость при температуре (20,0±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с
- сразу после приготовления	64	103	90	75
- через 6 недель	б/изм	108	б/изм	115

Таблица 4Результаты испытаний колеровочной пасты на основе пигмента голубого фталцианинового в белых базисах эмалей.
Типы лакокрасочных материалов	Показатели
Флокуляция, баллы	Блеск, %	Твердость, усл. ед.
Через 48 ч	Через 5 суток
Алкидная эмальТУ 2312-056-49331636-2004
- холостой образец	-	50	0,25	0,25
- с колеровочной пастой по примеру 3, табл.3	0	50	0,24	0,26
- с колеровочной пастой по примеру 4, табл.3	1	48	0,25	0,25
Алкидно-уретанованоя эмаль
ТУ 2312-000-72322668-2006
- холостой образец	-	50	0,4	0,45
- с колеровочной пастой по примеру 3, табл.3	0	50	0,4	0,45
- с колеровочной пастой по примеру 4, табл.3	1	45	0,4	0,4
Акриловая эмаль
ТУ 2313-008-49331636-98
- холостой образец	-	60	0,45	0,5
- с колеровочной пастой по примеру 3, табл.3	0	59	0,4	0,5
- с колеровочной пастой по примеру 4, табл.3	2	58	0,4	0,45

Универсальная пигментная колеровочная паста, содержащая пигмент, пленкообразующее, диспергатор, загуститель, органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего используют алкидную глифталевую смолу на основе льняного масла, глицерина и фталевого ангидрида в соотношении, мас.%: 45-47:17-19:34-38, с вязкостью 60 с, измеренной при температуре (20,0±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246, в виде 50%-ного раствора смолы в ксилоле с кислотным числом 17-19 мгКОН/г, в качестве загустителя используют загуститель Clayton AF, в качестве органического растворителя используют ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный 50%-ный раствор алкидной глифталевой смолы	30-40
ксилол	34-45
диспергатор	0,9-2
загуститель Clayton AF	0,3-0,5
пигмент	остальное