ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ ЛАКОКРАСОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
WATER-DISPERSION PAINT COMPOSITION

Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам, которые могут быть использованы для декоративной отделки и защиты от разрушения изделий из бетона, из кирпича всех видов, из других минеральных строительных материалов.
Известна композиция для огнеупорного покрытия (RU 2299871, кл. С04В 35/66, С04В 35/101, опубл. 27.05.2007 г.), содержащая электрокорунд, оксидал, каолин, алюмомагниевый фосфат, сополимер акриловой кислоты "Рузин 12", воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: электрокорунд 35,2-52,0, оксидал 4,0-6,0, каолин 0,8-1,2, "Рузин 12" 2,0-3,0, алюмомагниевый фосфат 18-27, вода 20-30. Использование сополимера акриловой кислоты под торговой маркой "Рузин 12" в композиции увеличивает эксплуатационные свойства покрытия в сырце за счет повышения адгезии и эластичности композиции, что повышает сопротивляемость покрытия при транспортировке против скалывающих и ударных нагрузок, при удалении избытка воды при сушке повышается трещиностойкость, а доверительные интервалы содержания "Рузин 12" обусловлены тем, что ниже 2 мас. % возможно осыпание покрытия с поверхности огнеупора, а выше 3 мас. % увеличивается технологическое время удаления влаги.
Указанная композиция предназначена для использования в высокотемпературных технологических процессах керамической, стекольной, металлургической промышленности при технологических нагревах и в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов для защиты рабочей поверхности огнеупоров, преимущественно шамотного класса, от коррозионных сред - агрессивного воздействия газов, расплавов и шлаков.
Водная дисперсия акриловой кислоты «Рузин-12» не способна смачивать минеральные твердые тела - пигменты и наполнители, поэтому для ее использования необходимо вводить в композицию специальные смачиватели - гидрофильные поверхностно-активные вещества, что приводит к понижению водостойкости.
Известны многочисленные отечественные и зарубежные водно-дисперсионные лакокрасочные материалы на основе дисперсий поливинилацетата, сополимеров стирола с эфирами акриловой кислоты, пигментов, наполнителей, функциональных добавок, например краски, описанные в книге Толмачева И.Л., Петренко Н.А. «Водно-дисперсионные краски», М.: Пэйнт-Медиа, 2015 г. С. 88.
Недостатком этих красок является то, что их необходимо изготавливать в бисерных мельницах - энергоемких диспергирующих устройствах, к тому же требующих регулярной замены быстро изнашивающихся узлов, ухода за ними в процессе эксплуатации мельниц.
В последние годы для диспергирования пигментов и наполнителей стали использовать ультразвук, но этот способ еще более затратный и «капризный», чем диспергирование в бисерной мельнице.
Известен способ получения основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине (RU 2406733, кл. С08Н 6/00, C09D 197/02, C09D 5/08, опубл. 20.12.2010 г.), в котором проводят механоактивацию и диспергацию состава с пигментами-наполнителями в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц. Обработка полученного материала в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц значительно увеличивает скорость протекания химической реакции, активации частиц вещества за счет деформации кристаллической решетки макромолекул материала и резкого увеличения химической активности, степени диссоциации материала. Применение аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц позволяет значительно увеличить продуктивность процесса, перевести его из цикличного в непрерывный, уменьшить энергоемкость и во много раз уменьшить время проведения механохимической активации материала.
Недостатком композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала, получаемого этим способом, является то, что он не может быть отнесен к водно-дисперсионным лакокрасочным композициям, поскольку в его составе нет водной дисперсии полимера - основного компонента водно-дисперсионных лакокрасочных композиций и, наряду с этим, способ его получения очень сложный, многостадийный, требует нагревания исходных веществ до температуры 100-150°С, а также для его осуществления требуется использование опасных веществ - серной кислоты и едкого натра.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является водно-дисперсионная лакокрасочная композиция, защищенная патентом RU 2522010 С2, кл. C09D 5/08, опубл. 10.07.2014 г., принятая за ближайший аналог (прототип).
Композиция по прототипу включает водную акриловую дисперсию, диоксид титана, каолин (измельченный ультразвуком) и функциональные добавки: поверхностно-активное вещество, уайт-спирит в качестве пеногасителя, моноэтиленгликоль в качестве коалесцирующей добавки, сульфацим в качестве загустителя, аммонийную соль акрилового сополимера в качестве диспергатора.
Недостатком композиции по прототипу является многокомпонентность, а также необходимость ее обработки в ультразвуковом аппарате. Наряду с этим, лакокрасочная композиция, изготовленная по прототипу, расслаивается при хранении.
В задачу изобретения положено создание водно-дисперсионной лакокрасочной композиции, для получения которой не нужны ни бисерные мельницы, ни ультразвук, а также не нужны некоторые из функциональных добавок, необходимых при традиционных (указанных выше) способах их получения.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является упрощение и ускорение процесса изготовления краски, уменьшение скорости ее расслаивания, а также уменьшение количества дорогостоящего пигмента в ее составе при сохранении декоративно-защитных свойств.
Поставленная задача достигается тем, что в водно-дисперсионной лакокрасочной композиции, включающей пленкообразующее на основе водной акриловой дисперсии, диоксид титана в качестве пигмента, каолин и мел в качестве наполнителя, диспергатор и воду, в качестве пленкообразующего она содержит стирол-акриловую дисперсию, представляющую собой взвесь частиц сополимера стирола с эфиром акриловой кислоты в водном растворе поверхностно-активного вещества, пеногасителя и консерванта, в качестве диспергатора - водный раствор полиакрилата натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: стирол-акриловая дисперсия - 30-35, диоксид титана - 10-15, каолин - 40-50, мел - 4-6, диспергатор - 3-5, вода - остальное, при этом смесь исходных компонентов обработана в аппарате вихревого слоя.
В таблице 1 представлены примеры составов предлагаемой водно-дисперсионной лакокрасочной композиции и состав водно-дисперсионной лакокрасочной композиции по прототипу.
В таблице 2 представлены свойства предлагаемой водно-дисперсионной лакокрасочной композиции в сравнении с прототипом.
Предлагаемую водно-дисперсионную краску готовят следующим образом.
2
Используют в качестве пленкообразующего стирол-акриловую дисперсию марки Рузин-14А, в качестве пигмента - диоксид титана TiO, в качестве наполнителя - каолин и мел, в качестве диспергатора - водный раствор полиакрилата натрия марки Рустан-10ДН при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стирол-акриловая дисперсия Рузин-14А
30-35
диоксид титана
10-15
каолин
40-50
мел
4-6
диспергатор Рустан-10ДН
3-5
вода
остальное
2
В качестве пигмента в заявленной композиции используют, например, диоксид титана марки TiO 220 крымский.
В качестве наполнителя используют, например, каолин марки КБЕ1 и мел марки ММС-2.
Воду используют, например, питьевую.
Стирол-акриловая дисперсия марки Рузин-14А представляет собой взвесь частиц сополимера стирола с эфиром акриловой кислоты в водном растворе поверхностно-активного вещества, пеногасителя и консерванта. Концентрация сополимера в этой дисперсии составляет 48-52%. Стирол-акриловая дисперсия - пленкообразователь, при использовании этой дисперсии в количестве, меньшем 30 мас.% возникает сверхкритическая объемная концентрация совокупности компонентов (диоксида титана, каолина и мела), что приводит к отмеливанию покрытия, а количество, большее чем 35 мас.%, невыгодно с экономической точки зрения.
Диспергатор Рустан-10ДН представляет собой водный раствор полиакрилата натрия, в заявленной композиции выполняет функцию стабилизатора тех твердых частиц, которые образуются при обработке заявляемой краски в аппарате вихревого слоя. Количество Рустана-10ДН, меньшее 3 мас.%, недостаточно, чтобы обеспечить стабилизацию, а количество 5 мас.% уже избыточно. Именно при содержании Рустана-10ДН в заявляемой композиции, начиная с 3 мас.%, заявляемая лакокрасочная композиция приобретает устойчивость к расслоению, при количестве 5 мас.% она становится такой устойчивой, что расслоение не наблюдается в течение более 6 месяцев.
Диоксид титана - белый пигмент, его количество, меньшее 10 мас.%, не обеспечивает необходимую белизну покрытия, а концентрация больше чем 15 мас.% - невыгодна с экономической точки зрения.
Каолин - минеральный наполнитель, его использование обусловлено тем, что он, во-первых, препятствует агломерации частиц титана, во-вторых - увеличивает собой объем лакокрасочной композиции, причем почти не увеличивая ее стоимость, поскольку он дешев; введение каолина в количестве менее 40 мас.% невыгодно экономически, а количество каолина больше чем 50 мас.% уже не влияет на эффективность диспергирования частиц диоксида титана. А поскольку каолин хотя и дешев, но все же дороже мела, то доведение количества твердых компонентов до критической объемной концентрации осуществляют за счет мела.
Композицию готовят, слегка смешивая компоненты путем последовательного добавления одного компонента к другим, затем помещают полученную смесь в аппарат вихревого слоя и перемешивают в нем в течение 3-5 минут при частоте электрического тока в обмотках аппарата 50 Гц.
При этом в аппарате вихревого слоя происходит не только измельчение твердых частиц, но и их активация, а также активация глобул стирол-акрилового сополимера. Это приводит к способности глобул сополимера к коалесценции без добавления специального коалесцирующего агента. А активированные частицы диоксида титана и каолина обеспечивают приемлемую вязкость лакокрасочной композиции без введения специального загустителя и то, что композиция не расслаивается.
Обработка в аппарате вихревого слоя позволяет измельчить твердые компоненты краски до нужных размеров за время, в несколько раз меньшее, чем в бисерных мельницах или ультразвуковых ваннах, а также исключить необходимость в некоторых функциональных добавках, например уайт-спирите, используемом в прототипе в качестве пеногасителя, а также сульфациле, используемом в прототипе в качестве загустителя.
В экспериментах, проведенных в аппаратах вихревого слоя, было установлено, что в результате совокупного воздействия на компоненты краски всех сил, порождаемых в аппарате вихревого слоя (ударных, истирающих, электромагнитных, электрохимических), самые дешевые компоненты краски - каолин и мел можно вводить в количествах, заметно больших, чем в красках традиционных, а самый дорогой компонент диоксид титана в количествах меньших.
Таким образом, предлагаемая водно-дисперсионная лакокрасочная композиция обеспечивает упрощение и ускорение процесса изготовления краски, уменьшение скорости ее расслаивания, а также уменьшение количества дорогостоящего пигмента в ее составе при сохранении декоративно-защитных свойств.