СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОУПАКОВОЧНОЙ СИЛИКАТНОЙ КРАСКИ
METHOD OF OBTAINING ONE PACK SILICATE PAINT

Предлагаемое изобретение относится к области химии, в частности к производству красок, и касается способа получения одноупаковочной силикатной краски, которая может быть использована для окрашивания изделий из различных минеральных материалов, например, бетона, силикатного и керамического кирпича, природного камня, эксплуатируемых как внутри помещений, так и в атмосферных условиях.
В настоящее время для изготовления силикатных красок в качестве пленкообразующего используют чаще всего калийное жидкое стекло. После его совмещения с наполнителями, пигментами и отвердителями (этот компонент называют еще силикатизатором) получают силикатную краску, пригодную для окрашивания изделий и в интерьере и в атмосфере (Климанова Е.А. Силикатные краски. М.: Стройиздат. 1968. 88с.)
Однако, такую краску приходится готовить в двухупаковочном виде: в одной упаковке отвердитель (как правило это сухой порошок, поэтому с ним смешивают наполнитель и пигменты), в другой - жидкое стекло с жидкими компонентами, не влияющими на его стабильность во времени.
Двухупаковочность вносит определенные технологические неудобства, поэтому были попытки создать рецептуры одноупаковочных силикатных красок и они завершились созданием силикатно-латексных красок, т.е. таких композиций, в составе которых наряду с жидким стеклом есть водная дисперсия полимеров, называемая латексом.
В эти краски отвердитель не вводится, а превращение краски в твердое покрытие происходит вследствие протекания двух процессов. Один - потеря
воды вследствие испарения, что приводит к образованию пленки, формирующейся из твердой полимерной компоненты и твердым же силикатом калия. Полимерный компонент оказывается матрицей, образованной глобулами полимера, например, сополимера стирола с эфиром акриловой кислоты, а силикат калия в виде прослоек располагается в межглобулярном пространстве.
Матрица уже через несколько часов, если формирование лакокрасочного покрытия идет при температуре 15-25°С, становится атмосферостойкой, способной защитить от вымывания дождем силикат калия, который стал твердым, но отнюдь не водостойким.
Во время эксплуатации лакокрасочного покрытия силикат калия вступает во взаимодействие с углекислым газом из воздуха, что приводит к выделению из него кремниевой кислоты в виде аморфного полимерного гидратированного диоксида кремния - вещества не только самого по себе не растворимого в воде, но увеличивающего водостойкость полимерной матрицы за счет «сшивания» ее макромолекул.
Следует также отметить, что эти покрытия проявляют большие адгезионную прочность, эластичность, трещиностойкость, чем те, которые образуются из двухупаковочных силикатных красок.
А еще одно преимущество одноупаковочных силикатных красок заключается в том, что их можно изготавливать на натриевом жидком стекле, а двухупаковочные - только на калиевом. А натриевое жидкое стекло в несколько раз дешевле калийного.
Еще одним недостатком калийного жидкого стекла является то, что оно радиоактивно, потому что радиоактивен природный калий, поскольку наряду со стабильным изотопом К39 в нем есть радиоактивный изотоп К40.
Известен способ получения силикатной одноупаковочной краски (RU 2294947 С1, кл. C09D 1/02, C09D 5/08, C09D 5/28, опубл. 10.03.2007 г.), заключающийся в смешивании (в масс.%): натриевого жидкого стекла 23,0 -25,0; мочевины 2,3 - 2,5; бутадиен-стирольного латекса 18,0 - 20,0; мела 20,0
- 28,0; талька 6,0 - 12,0; железного сурика 2,0 - 2,5; остальное -промышленные сточные воды, содержащие формальдегид, и тонкомолотые отходы стекольного производства, взятые в соотношении к железному сурику 1:2 — 1:6.
Недостатком этой краски является использование сточных вод, содержащих формальдегид - высокотоксичное вещество, тонкомолотых отходов стекольного производства, которые как товарный продукт в России не производятся, поэтому для получения заявляемой краски необходимо организовывать их собственное производство. Также недостатком этой краски является и то, что в качестве полимерного компонента используется бутадиен-стирольный латекс, который при высыхании образует покрытие, не устойчивое к солнечному свету, т.е. оно на южных фасадах зданий будет недолговечным. Кроме этого, недостатком является и использование в составе краски мела, т.е. карбоната кальция. А это вещество является пусть и медленным, но отвердителем жидкого стекла, поскольку оно в щелочной среде подвергается гидролизу с образованием гидроксида кальция, который, собственно, и отверждает жидкое стекло. Вследствие этого и срок жизни краски в таре всего 4 месяца.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ приготовления строительной силикатной краски, защищенный патентом RU 2034810 С1, кл. С04В 28/26, C09D 1/02, С04В 26/04, С04В 26/04, С04В 14/28, С04В 14/30, С04В 24/12, опубл. 10.05.1995 г., принятый за ближайший аналог (прототип).
Способ по прототипу включает смешение жидкого стекла со смесью мела, микроталька и пигмента и разбавление водой, предварительную обработку жидкого стекла мочевиной при 60-80°С до получения вязкости 15-30 с по ВЗ-4, введение в смесь мела, микроталька и пигмента, бутадиен-стирольного латекса при следующем соотношении компонентов краски, мае: жидкое стекло - 21,4-25,2, мел - 27,0-39,5, микротальк - 7,5-10,0, пигмент -0,5-15,0, мочевина - 1,1-3,3, бутадиен-стирольный латекс - 12,0-18,0, вода-
остальное. Полученная указанным способом одноупаковочная силикатная краска обладает повышенной эластичностью и водостойкостью, высокой стабильностью при хранении.
Недостатками способа по прототипу является необходимость нагревания смеси жидкого стекла с мочевиной, что требует определенных энергозатрат, а также необходимость использования в качестве полимерной водной дисперсии бутадиен-стирольного латекса, который при высыхании образует покрытие, не устойчивое к солнечному свету, т.е. на южных фасадах зданий оно будет недолговечным. Наряду с этим следует отметить, что в нашей стране производство бутадиен-стирольных латексов прекращено из-за малой востребованности в них. Кроме этого, использование в составе краски мела, т.е. карбоната кальция, который является пусть и медленным, но отвердителем жидкого стекла (поскольку в щелочной среде он подвергается гидролизу с образованием гидроксида кальция, который является отвердителем жидкого стекла), вследствие чего срок жизни краски в таре является небольшим - всего 4 месяца.
В задачу изобретения положено создание силикатной одноупаковочной краски, для получения которой не нужно нагревание, а также не нужен бутадиен-стирольный латекс, покрытия из которого, как уже отмечено выше, не устойчивы к солнечному свету.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является сокращение времени, необходимого для изготовления краски, повышение кроющей способности, а также увеличение долговечности покрытий, образующихся из нее.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения одноупаковочной силикатной краски, включающем смешивание пленкообразующего на основе жидкого натриевого стекла и полимерной водной дисперсии, пигмента, талька в качестве наполнителя, разбавление полученной смеси водой, в качестве полимерной водной дисперсии используют водную сополимерную непластифицированную эмульсию на
основе стирола и эфиров акриловой кислоты, в качестве пигмента используют диоксида титана, дополнительно вводят полиакрилат натрия в качестве диспергатора и рыжиковое масло в качестве пеногасителя при следующем соотношении компонентов, масс.%: жидкое стекло натриевое -13,2-14, водная сополимерная непластифицированная эмульсия на основе стирола и эфиров акриловой кислоты - 43,9-46,6, диоксид титана - 4,4-4,7, микротальк - 15,4-16,3, полиакрилат натрия - 0,44-0,47, рыжиковое масло -3,4-3,6, вода - остальное, при этом рыжиковое масло предварительно эмульгируют в жидком натриевом стекле в аппарате вихревого слоя, к образовавшейся эмульсии добавляют остальные компоненты краски, смешивая все с помощью верхнеприводной мешалки со скоростью 250 об/мин в течение 25 мин.
В таблице 1 представлены составы получаемых силикатных одноупаковочных красок и состав силикатной одноупаковочной краски по прототипу.
В таблице 2 представлены данные о свойствах получаемых силикатных одноупаковочных красок и силикатной одноупаковочной краски по прототипу.
В таблице 3 представлены данные о пеногасящей способности рыжикового масла до и после обработки в аппарате вихревого слоя.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Пеногаситель, в качестве которого используют рыжиковое масло, в количестве 3,4-3,6 мае. %, предварительно эмульгируют в жидком натриевом стекле, взятом в количестве 13,2-14 мас.% в аппарате вихревого слоя (модель 297, изготовитель ООО «Межрегионметтранс», г. Нижний Новгород) в течение 45-120 сек.
Используют рыжиковое масло, представляющее собой растительное масло, извлеченное из семян растения «рыжик», производства ООО «Ленок» (г. Чкаловск, Нижегородская область).
Экспериментально установлено, что при количестве рыжикового масла менее 3,4 масс. % полного пеногашения не происходит, а количество более
3.1 масс. % уже излишне потому, что при данном количестве масла пена полностью исчезает.
Как видно из данных, приведенных в таблице 3, увеличение продолжительности обработки в аппарате вихревого слоя сверх 120 с не приводит к снижению количества рыжикового масла, необходимого для предотвращения образования пены. Поэтому продолжительность обработки, равная 120 с и принята за предельную продолжительность обработки. Минимальная продолжительность обработки в 45 с выбрана потому, что запускать аппарат вихревого слоя на меньшую продолжительность функционирования технологически неудобно.
К образовавшейся эмульсии добавляют остальные компоненты:
- полимерную водную дисперсию, в качестве которой используют водную сополимерную непластифицированную эмульсию на основе стирола и эфиров акриловой кислоты, в количестве 43,9-46,6 мас.%;
- пигмент, в качестве которого используют диоксид титана, в количестве 4,4-
4.1 мас.%;
- наполнитель, в качестве которого используют тальк, в количестве 15,4-16,3 мас.%;
- диспергатор, в качестве которого используют полиакрилат натрия, в количестве 0,44-0,47 мае. %.
В качестве водной сополимерной непластифицированной эмульсии на основе стирола и эфиров акриловой кислоты используют, например, стирол-акриловую дисперсию марки Рузин-14 Г. Стирол-акриловая дисперсия марки Рузин-14 Г представляет собой анионную водную дисперсию, предназначенную для получения фасадных и интерьерных строительных красок. Массовая доля основного вещества в ней составляет 48-52 %, рН - 9, плотность -  1,09 г/см, размер частиц около 0,1  мкм, выдерживает
механическое перемешивание со скоростью 300 об/мин в течение не менее 5 мин.
Указанный интервал значений количества стирол-акриловой дисперсии марки Рузин-14Г в предлагаемом способе обусловлен тем, что ее количество после введения всех компонентов краски должно быть не менее 43,9 мае. %, иначе не достигается необходимая вязкость, а ее использование в количестве более 46,6 мас.% приводит к удорожанию краски, не добавляя при этом положительных свойств.
x
В качестве пигмента используют, например, диоксид титана пигментный марки TiO-220. Экспериментально установлено, что введение диоксида титана в количестве менее 4,4 масс. % не обеспечивает заданной белизны краски, а в количестве более 4,7 - уже не повышает ее белизну.
В качестве наполнителя используют, например, микротальк фракционированный марки МИТ АЛ. Экспериментально установлено, что его введение в количестве более 16,3 масс. % приводит к чрезмерной вязкости краски, а в количестве менее 15,4 масс. % - невыгодно с экономической точки зрения.
В качестве диспергатора используют, например, водный раствор полиакрилата натрия марки Рустан-ЮДН. Он предназначен для диспергирования пигментов и наполнителей в воднодисперсионных красках-шпатлевках на основе акриловых и стирол-акриловых дисперсий. Ускоряет равномерное распределение в них твердых частиц, обеспечивает стабильность по возможности готовых материалов при длительных сроках хранения. Массовая доля нелетучих веществ в нем - не менее 28%, рН - не менее 7,5 , условная вязкость при 20°С по ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм -не менее 10 с. Экспериментально установлено, что при введении Рустана 10-ДН в количестве менее 0,44 масс. % из краски при её хранении выпадает осадок, при введении в большем количестве осадок не выпадает. Чтобы обеспечить более надежную стабилизацию, вводится некоторый избыток полиакрилата натрия марки Рустан 10-ДН. Поэтому за верхний предел принято количество 0,47 масс. %. Полимерные дисперсии, в которые вводится Рустан-ЮДН, должны иметь рН более 9.
Рекомендуемая доля диспергатора от 0,1 до 1,6 % в расчете на общую массу пигментов и наполнителей.
Полученную смесь разбавляют водой до 100 мас.%, смешивая все с помощью верхнеприводной мешалки со скоростью 250 об/мин в течение 25 мин.
Предлагаемый способ обеспечивает сокращение времени, необходимого для изготовления краски, повышение кроющей способности, а также увеличение долговечности покрытий, образующихся из нее.
Ниже представлены экспериментальные данные, подтверждающие осуществление заявленного изобретения.
Примечания: критерием пеногашения является отсутствие пузырьков воздуха на поверхности лакокрасочного покрытия.