ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
WATER-DISPERSED COMPOSITION AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к лакокрасочным отделочным, гидроизоляционным и кровельным материалам, шпаклевкам, грунтовкам и может быть использовано для нанесения на поверхность бетонных, кирпичных, оштукатуренных, древесно-волокнистых, древесно-стружечных и других материалов.
Композицию в зависимости от состава можно использовать в строительстве в качестве шпаклевки для выравнивания поверхности бетона или раствора, асфальтобетона, дерева и других строительных материалов, а также для их окраски или гидроизоляции.
Известна водно-дисперсионная композиция для покрытия (патент РФ №2168529, опубл. 10.06.2001 г.), включающая пленкообразователь - водную эмульсию акрилового сополимера, пигмент - двуокись титана, наполнитель - тальк, загуститель - натрий карбоксиметилцеллюлозу, эмульгатор - полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола, диспергатор - полифосфат натрия, антифриз - диэтиленгликоль, пеногаситель - трибутилфосфат, стабилизатор - поливиниловый спирт, стабилизатор рН-среды - аммиак (25%-водный раствор), наполнитель - микрокристаллическую целлюлозу с размерами частиц 19-100 мкм, биоцидную добавку - тиурам «Д», воду.
Способ приготовления известной композиции заключается в подготовке пигментной пасты, в смеситель с горячей водой загружают: натрий карбоксиметилцеллюлозу, поливиниловый спирт, полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола, далее порционно: диэтиленгликоль, трибутилфосфат, затем полифосфат натрия, двуокись титана, тальк, тиурам «Д», микрокристаллическую целлюлозу. Диспергирование пигментной пасты производится методом вальцевания. Далее в смеситель последовательно загружают водный раствор аммиака, водную эмульсию акрилового сополимера, оставшуюся воду.
Недостатками известной композиции являются невысокая однородность, сложность и нестабильность состава, которая влечет за собой расслаивание материала, а также относительно большая продолжительность ее изготовления (от 1 часа 40 мин до 2 часов 45 минут).
Известна краска водно-дисперсионная (патент РФ №2142975, опубл. 20.12.1999 г.), включающая водную эмульсию акриловую сополимерную метилметакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты МГМ-5 с (50%-ную) или стиролакриловую сополимерную н-бутилакрилата и стирола, эмульсию акриловую сополимерную МБМ-20 или натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы - структурирующая добавка, пигменты, тальк тонкомолотый - наполнитель, диспергирующую, консервирующую, антикоррозионную, пеногасящую добавки, аммиак 26%-ный, антифриз и воду питьевую, дополнительно содержит в качестве добавок, снижающих влагопоглощение, метилсиликонат натрия - гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11 - и сульфат бария микронизированный.
Краску получают путем совмещения акриловых эмульсий или стиролакриловых, предварительно отнейтрализованных до рН 8,5-9,0 раствором аммиака, с водной пастой пигментов и наполнителей. Водную пасту получают путем диспергирования пигментов и наполнителей в мельницах (шаровой или бисерной), валковых краскотерках или любом другом диспергирующем аппарате, на полуфабрикате, состоящем из питьевой воды, диспергирующей поверхностно-активной и других целевых добавок, по технологии, характерной для водно-дисперсионных красок.
Недостатками известной водно-дисперсионной краски являются необходимость использования дорогостоящих составляющих компонентов; относительно невысокая однородность, сложность и нестабильность состава краски, которая влечет за собой расслаивание материала, причем способ получения краски многостадиен и недостаточно технологичен.
Известен способ получения холодной битумной эмульсионной мастики (патент СССР №1804471, опубл. 23.03.1993 г.), сначала смешивают известь с латексом и отходами асбестоцементного производства, далее в полученную суспензию вводят постепенно при постоянном перемешивании предварительно разогретый битум (до 140-170°С) и нагретую до 60-90°С воду. Вязкость получаемой мастики регулируют по подвижности ее, определяемой по осадке стандартного конуса, равной 12-14 см. В качестве асбестового наполнителя в мастике используют отходы асбестоцементного производства (водная пульпа), дополнительно - бутадиен-стирольный латекс, а в качестве извести - известь-пушонку.
Недостатками известного способа получения холодной битумной эмульсионной мастики являются получение материала с относительно невысокими показателями качества по дисперсности и однородности, следствием чего является низкое качество и его нестабильность.
Техническим результатом данного изобретения является упрощение состава и расширение видов применяемых порошковых эмульгаторов, в том числе отходов, снижение расхода полимерного вяжущего, упрощение технологии получения водно-дисперсионной композиции, повышение ее дисперсности, однородности и стабильности и соответственно качества устраиваемых из нее покрытий.
Указанный технический результат достигается тем, что водно-дисперсионная композиция для отделочных, гидроизоляционных и кровельных покрытий, включающая порошковый эмульгатор, термопластичное вяжущее, воду, согласно изобретению в качестве порошкового эмульгатора содержит минеральный порошок, тальк, мел, цемент, известь, глину, пигмент, целлюлозу, асбест, каждый в отдельности или их смеси, в качестве термопластичного вяжущего используют нефтеполимерную смолу или канифоль с пластификаторами, в качестве пластификатора используют дибутилфталат, диоктилфталат, причем соотношение компонентов в термопластичном вяжущем выбирают таким, при котором температура размягчения по КиШ вяжущего составляет 46-52°С; при этом компоненты берут в количестве, мас.%: термопластичное вяжущее - 19-20, пластификатор - 5-6; воду - 45; эмульгатор - остальное.
Выбор диапазона температуры размягчения обусловлен тем, что при температуре размягчения вяжущего ниже 46°С теплостойкость получаемого покрытия недостаточно высока, при температуре размягчения вяжущего более 52°С получаемая водно-дисперсионная композиция недостаточно однородная и грубодисперсная.
К
Способ получения водно-дисперсионной композиции для отделочных, гидроизоляционных и кровельных покрытий, включающий нагрев водной дисперсионной среды, загрузку ее в смеситель-диспергатор, порционную загрузку в работающий смеситель-диспергатор порошкового эмульгатора, тщательное перемешивание, загрузку горячего расплава термопластичного вяжущего, согласно изобретению расплав термопластичного вяжущего в дисперсионную среду начинают подавать при такой концентрации С порошкового эмульгатора в воде, при которой появляется в дисперсной системе предельное напряжение сдвига Р или наступает излом на зависимости вязкость η - концентрация С; причем в водно-дисперсионную среду с эмульгатором вводится термопластичное вяжущее с температурой 120-150°С; в процессе подачи расплава термопластичного вяжущего в смеситель-диспергатор одновременно подается вода с температурой 60-90°С в количестве, обеспечивающем осадку конуса готовой водно-дисперсионной композиции в пределах 12-14 см.
к
На фигуре 1 показана зависимость условной вязкости ВУ20 (―) и предельного напряжения сдвига Р при 20°С (---) дисперсии порошкового эмульгатора от концентрации его в воде С: 1 - глина; 2 - минеральный порошок известняковый неактивированный; 3 - цемент; 4 - асбест; 5 - тальк; 6 - известь.
к
На фигуре 2 - зависимость ВУ20 (―) и Р при 20°С (---) от концентрации смеси порошковых эмульгаторов С: 7 - смесь глины с цементом при соотношении 1:1; 8 - смесь извести, минерального порошка, глины и пигмента красного железоокисного при соотношении 1:4:4:1; 9 - смесь асбеста и извести при их соотношении 1:1.
к
к
Подбор оптимальной концентрации С порошкового эмульгатора в воде осуществляют с помощью вискозиметра или с помощью конического пластометра. Тщательно перемешивая, в воду добавляют порошковый эмульгатор, после тщательного перемешивания каждой пробы проводят замер вязкости η или предельного напряжения сдвига Р при 20°С. Опытным путем устанавливают концентрацию, при которой наступает резкий излом на зависимости вязкость-концентрация или появляется предельное напряжение сдвига Р, что и принимают за оптимальную концентрацию порошкового эмульгатора. В качестве порошкового эмульгатора используют: минеральный порошок, тальк, мел, глину, фосфогипс, сажу, являющиеся наполнителями в композиции; цемент, известь, являющиеся вяжущими, повышающими прочность и водостойкость композиции; целлюлозу, асбест-волокнистые добавки, повышающие прочность и трещиностойкость композиции, пигмент-красители и т.п., каждый в отдельности или в смеси. Причем при выборе любого эмульгатора или их смеси с помощью данного способа возможно определить оптимальную концентрацию эмульгатора, что, в свою очередь, позволяет получить композицию с достаточно высокой дисперсностью, однородностью и стабильностью и соответственно обеспечить высокое качество получаемых из нее покрытий.
Способ получения водно-дисперсионной композиции заключается в следующем: нагревают воду, затем ее подают в смеситель-диспергатор.
Осуществляют загрузку порошкового эмульгатора при смеси эмульгаторов оптимальной концентрации С в работающий смеситель-диспергатор, заполненный в требуемом количестве водой. После тщательного перемешивания в дисперсионную среду загружают горячий расплав термопластичного вяжущего; причем пластификатор в термопластичное вяжущее вводится в таком количестве, при котором температура размягчения по КиШ вяжущего достигает значения 46-52°С; температура термопластичного вяжущего составляет 120-150°С; в процессе подачи расплава термопластичного вяжущего в смеситель-диспергатор одновременно подается дополнительно вода в количестве, обеспечивающем осадку конуса готовой водно-дисперсионной композиции в пределах 12-14 см. В качестве термопластичного вяжущего используют нефтеполимерную смолу, канифоль с пластификаторами и т.п.; в качестве пластификатора используют дибутилфталат, диоктилфталат и т.п.
Состав композиции подбирают по достижению требуемых показателей свойств образцов композиции, приготовленных из смеси расплавленного вяжущего и нагретых до 120-150°С порошковых компонентов, и проверяют по показателям свойств образцов, приготовленных из водно-дисперсионной композиции в возрасте 14 сут. В таблице 1 представлены составы водно-дисперсионных композиций, в таблице 2 - данные по основным свойствам предложенных разновидностей водно-дисперсионных композиций. В столбцах таблиц под №1-6 обозначены составы на отдельных порошковых эмульгаторах, под №№7-9 - составы из смесей порошковых эмульгаторов согласно изобретению, под №10 - состав по прототипу.
Таблица 1
Компонент
Состав, мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
8a
9
10
Битум нефтяной марки БНД 60/90
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
41
Бутадиен-стирольный латекс СКС-65ГП
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4
Известь-пушонка
-
-
-
-
-
16
-
3
3
7
2
Отходы асбестоцементного производства
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
18
Минеральный порошок известняковый
-
30
-
-
-
-
-
12
12
-
-
Тальк
-
-
-
-
30
-
-
-
-
-
-
Цемент
-
-
30
-
-
-
12
-
-
-
-
Глина
15
-
-
-
-
-
12
12
12
-
-
Пигмент красный железоокисный
-
-
-
-
-
-
-
3
3
-
-
Асбест
-
-
-
15
-
-
-
-
-
7
-
Нефтеполимерная смола
30
19
19
30
19
29,7
23,5
19
-
30,5
-
Дибутилфталат
10
6
6
10
6
9,3
7,5
6
-
105
-
Канифоль
-
-
-
-
-
-
-
-
20
-
-
Диоктилфталат
-
-
-
-
-
-
-
-
5
-
-
Вода
45
45
45
45
45
45
45
45
45
45
35
Таблица 2
Показатель
№ состава
1
2
3
4
5
6
7
8
8a
9
10
Теплостойкость, °С
81
87
94
80
88
80
91
92
92
80
77
Водопоглощение, %
5,0
4,2
3,7
4,6
4,0
4,9
4,6
4,0
3,9
5,1
5,2
Набухание, %
1,4
0,9
0,5
1,1
0,6
0,6
1,0
1,3
1,2
0,7
1,5
Водонепроницаемость, МПа
0
0,01
0
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
-
Предел прочности при разрыве при 20°С, МПа
0,30
0,38
0,42
0,44
0,39
0,30
0,31
0,4
0,45
0,34
-
Морозостойкость, цикл
5
6
7
6
6
6
6
6
6
7
-
Адгезия к бетону, МПа
0,42
0,4
0,4
0,36
0,39
0,38
0,4
0,41
0,4
0,4
0,3
Однородность (остаток на сите 0,2 мм), мас.%
1,2
1,1
0,8
0,91
1,0
0,8
1,0
1,1
0,9
0,9
1,6
Таким образом, предложенная водно-дисперсионная композиция для отделочных, гидроизоляционных и кровельных покрытий предложенных составов, приготовленная по предложенному способу, имеет лучшие показатели по однородности, более теплостойка и водостойка, имеет более высокую прочность сцепления с бетоном в сравнении с прототипом, имеет меньший расход полимерного вяжущего.
В результате осуществления данного изобретения получается композиция с достаточно высокой дисперсностью, однородностью и стабильностью, которая обеспечивает высокое качество получаемых с ее помощью покрытий. Композиция имеет достаточно простой состав и в процессе реализации способа достигается значительное упрощение технологии получения заявленной водно-дисперсионной композиции.