Многофункциональная добавка для лакокрасочных материалов (варианты)
MULTIFUNCTIONAL ADDITIVE FOR PAINT MATERIALS (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению многофункциональных добавок для лакокрасочных материалов, путем взаимодействия замещенного амина со сложным эфиром акриловой кислоты. При этом полученные многофункциональные добавки могут выполнять в лакокрасочных материалах одновременно несколько функций, таких как диспергирование, смачивание, изменение реологии, регулирование кислотности, регулирование пенообразования и др.
Как известно, краска представляет собой сложную коллоидную систему, основой твердой фазы которой являются высокодисперсные красящие вещества, равномерно распределенные и стабилизированные в среде жидкого связующего. При изготовлении красок используют ряд добавок, выполняющих различные функции при изготовлении, хранении и нанесении краски [Томас Брок, Михаэль Гротэклаус, Питер Мишке. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. ООО "Пэнт-Медиа", 2013, 548 с.]. В большинстве рецептур лакокрасочных материалов (далее ЛКМ) используется от 3 до 12 функциональных добавок [RU 2443742 С2, RU 2270216 C1, RU 2313550 С1, RU 2277560 C1, RU 2550824 C2], которые и определяют основные потребительские и эксплуатационные свойства ЛКМ. Учитывая широкий спектр задач, решаемых с помощью функциональных добавок, можно утверждать, что подбор оптимального набора последних является одной из важнейших задач технолога. Нетривиальность подбора функциональных добавок обусловлена широким набором функциональных активных групп в добавках, что вызывает необходимость проведения долгосрочных многофакторных экспериментов по совместимости всех рецептурных компонентов ЛКМ.
В качестве добавок, регулирующих процесс пенообразования известны соединения карбоновых кислот недиспропорционированного талового масла с триэтаноламином [RU 95107813 А1]. Описанная добавка позволяет эффективно гасить пену при дегазации латекса. Недостатком добавки является использование нестабильного по составу природного сырья - карбоновых кислот недиспропорционированного талового масла, соотношение смоляных и жирных кислот в котором колеблется от 1,0:1,5 до 1,5:1,0. Также добавка является узкоспециализированной и выполняет только функцию пеногасителя. Известны пеногасители на основе полиметилсилоксанов [RU 2345108 C1], кремнийорганических соединений [RU 2011138209 А]. Недостатком описанных пеногасителей является сложный состав, непостоянство состава (сложные смеси, а не индивидуальные вещества) и узкоспециализированное назначение.
В качестве добавок, обеспечивающих однородность (отсутствие расслоения при хранении) ЛКМ, повышение прочности пленки ЛКМ в [RU 2693724 C1] предложено использовать промышленно выпускаемую сухую смазку "Форум", изначально не специализированную для использования в ЛКМ, в сочетании с Неонолом марок АФ 9-4, 9-6 и 9-12. Таким образом, описанные добавки представляют собой сложную смесь диспергированного полифторэтилена с поверхностно-активными веществами.
На основании вышеизложенного, можно заключить, что большинство существующих добавок выполняют одну функцию и являются многокомпонентными смесями, что вызывает сложности с воспроизводимостью качественных характеристик ЛКМ.
Ближайшим известным решением по технической сущности является использование низкомолекулярных фосфорсодержащих полиакриловых кислот, в качестве функциональных добавок-диспергаторов [RU 2592704 C2]. Указанные поликислоты получают путем полимеризации акриловой кислоты в режиме питания с использованием радикального инициатора в присутствии гипофосфита. Среднемассовая молекулярная масса полимера акриловой кислоты в указанном изобретении составляет от 3500 до 12000 г/моль, фосфор находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп минимум в 78%. Полученный таким способом продукт обеспечивает отличные реологические свойства пульп с наполнителем, обеспечивает пригодность их для перекачивания насосом, в том числе после хранения.
Недостатком данного способа является сложность процесса радикальной полимеризации, полученный продукт выполняет только одну функцию - является диспергатором, продукт является смесью, а не индивидуальным веществом, что снижает воспроизводимость качественных характеристик ЛКМ.
Задача предлагаемого изобретения направлена на устранение указанных выше недостатков, что позволит упростить процесс синтеза многофункциональной добавки, процесс подбора рецептурных компонентов ЛКМ, исключить возможность несогласованности рецептуры по функциональным группам активных компонентов, значительно улучшить воспроизводимость качественных характеристик ЛКМ.
Технический результат направлен на повышение качественных характеристик ЛКМ.
Технический результат достигается путем использования многофункциональной добавки (вариантов) в лакокрасочные материалы, которая содержит несколько (не менее трех) внутримолекулярно согласованных функциональных групп и является при этом индивидуальным веществом, что гарантирует высокую воспроизводимость результата.
Вариант 1. Многофункциональная добавка для лакокрасочных материалов на основе эфира акриловой кислоты (далее ТХС-КИ-02-02) получена взаимодействием в течение 3-х часов моноэтаноламина с 2-этилгексилакрилатом при их мольном соотношении 1:1 соответственно, в присутствии катализатора на основе комплексного соединения никеля в количестве 0,05% от моноэтаноламина, процесс ведут в температурном интервале 20-65°С.
Вариант 2. Многофункциональная добавка для лакокрасочных материалов на основе эфира акриловой кислоты (далее ТХС-КИ-03-02) получена взаимодействием в течение 3-х часов моноэтаноламина с 2-этилгексилакрилатом при их мольном соотношении 1:1 соответственно, в присутствии катализатора на основе комплексного соединения никеля в количестве 0,05% от моноэтаноламина, процесс ведут в температурном интервале 20-65°С с последующей нейтрализацией реакционной смеси, путем титрования акриловой кислотой до значения рН=7,2-7,3, полученную таким образом массу выдерживают при 20-65°С при непрерывном перемешивании в течение 2-х часов, а затем охлаждают до 20°С.
Способ получения добавок осуществляется следующим образом:
По варианту 1
В термостатируемый реактор с фрезерной мешалкой помещают 25 кг моноэтаноламина и термостатируют при 20°С. При достижении указанной температуры в реактор вводят 0,01 кг. катализатора на основе комплексного соединения никеля. К полученному раствору с использованием насоса-дозатора приливают 75 кг 2-этилгексилакрилата (2-ЭГА) с такой скоростью, чтобы весь 2-ЭГА был прилит в течение 3 часов. При этом температура поднимается до 60°С. После окончания прилива всего 2-ЭГА реакционную массу выдерживать при 60-65°С при перемешивании 2 часа и остужают до 20°С.
-1
-1
-1
Полученная добавка ТХС-КИ-02-02 по данным ИК-спектроскопии содержит три функциональных группы, а именно - замещенную аминогруппу (1039 см C-N st), гидроксильную группу (3400 см О-Н st), сложноэфирную группу (1732 см С=O st, 1207 СО-O st).
По варианту 2 многофункциональная добавка ТХС-КИ-03-02 синтезируется следующим образом.
В термостатируемый реактор с фрезерной мешалкой помещают 21 кг моноэтаноламина и термостатируют при 20°С. При достижении указанной температуры в реактор вводят 0,01 кг. катализатора на основе комплексного соединения никеля. К полученному раствору с использованием насоса-дозатора приливают 62 кг 2-этилгексилакрилата (2-ЭГА) с такой скоростью, чтобы весь 2-ЭГА был прилит в течение 3 часов. При этом температура поднимается до 60°С. После окончания приливания 2-ЭГА реакционную массу выдерживать при 60-65°С при перемешивании 2 часа, после чего охлаждают до 20°С и выдерживают 12 часов без перемешивания. Полученную массу титруют акриловой кислотой до значения рН=7,2-7,3. При добавлении акриловой кислоты температуру ректора поддерживают в пределах 45-50°С. По окончании титрования полученный продукт перемешивают при температуре 45-50°С 1 час, охлаждают до 20°С и выдерживают 12 часов без перемешивания.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-
Полученная добавка ТХС-КИ-03-02 по данным ИК-спектроскопии содержит четыре функциональных группы, а именно - аммониевую группу (1037 см C-N st, 1460 см NFT 5), гидроксильную группу в замещенном аммониевом ионе (3252 см ОН st), сложноэфирную группу (1730 см С=O st, 1180 см СО-O st), карбоксилат-анионную группу (1624 см (COO) st).