КРАСКА ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ
WATER DISPERSION PAINT

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к водно-дисперсионным краскам на основе сополимерной акрилатной дисперсии, с введением пигментов, наполнителей и добавлением различных вспомогательных веществ, и предназначенным преимущественно для наружной окраски зданий и сооружений по деревянным, бетонным, кирпичным и другим поверхностям.
Из уровня техники известны водно-дисперсионные краски на основе сополимерной акрилатной дисперсии, применяемые, в том числе для наружной окраски зданий и сооружений, в частности, марка ВД-АК-111 (ГОСТ 28196-89 «Краски водно-дисперсионные. Технические условия»). В этой краске в качестве белого пигмента используется двуокись титана пигментная по ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная».
Известны патенты на изобретения на рецептуры водно-дисперсионных красок, в том числе для наружного применения, в составе которых в качестве белого пигмента также используют двуокись титана пигментную по ГОСТ 9809-84 в количествах от 5-30 мас.%. В зависимости от назначения и уровня достижения физико-механических и эксплуатационных характеристик водно-дисперсионных красок используют добавки различных вспомогательных веществ, исполняющих функции наполнителя, пленкообразователя, диспергатора, загустителя, консерванта, коалесцента и др.
Известен состав водно-дисперсионной краски, содержащей в качестве основного пигмента двуокись титана в количестве 15-30 мас.% (RU 2241725 C2, 2003). Использование комплексной системы «плекообразующее - загуститель - пигмент - наполнитель» в заявленном компонентном соотношении обеспечивает повышение стойкости к статическому действию воды и щелочи. Рецептура подобрана таким образом, что краска обладает также повышенной светостойкостью.
Известна водно-дисперсионная краска (RU, 2069223 C1, 1996), где в качестве пигмента используют двуокись титана, ультрамарин, железоокисный пигмент желтый и красный, крон свинцовый желтый и др.
Техническая задача изобретения - создание краски с высокими эксплуатационными свойствами, в частности с повышенной водостойкостью, атмосферостойкостью и морозостойкостью.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату является состав водно-дисперсионной краски (RU 2348665 C1, 2007), содержащей пленкообразующее, загуститель, пигмент - двуокись титана рутильной формы в количестве 13,7-15,0 мас.%, наполнитель, диспергатор, пеногаситель, коалесцирующую и структурирующие добавки.
Технический результат заключается в повышении эксплуатационных показателей краски, в частности атмосферостойкости и светостойкости.
Известные составы водно-дисперсионных красок имеют общий недостаток. Для обеспечения необходимого заявленного уровня физико-механических и эксплуатационных характеристик обязательным условием является наличие в рецептуре состава красок значительного количества пигмента - двуокиси титана рутильной формы, за счет чего обеспечивается достижение требований в отношении атмосферостойкости и светостойкости, предъявляемых к фасадным краскам.
Однако двуокись титана является дорогим компонентом и ее использование серьезно удорожает красочные работы, что особенно сказывается для наружных работ, где расход красок велик.
На практике иногда снижают количество двуокиси титана в рецептуре краски, компенсируя ее дешевыми наполнителями (мел, тальк, мрамор и др.), однако при этом существенно снижаются качественные характеристики краски.
Задачей предлагаемого изобретения является создание состава водно-дисперсионной краски фасадной с сокращением расхода дорогой двуокиси титана в рецептуре при одновременном пигментировании (колеровании) краски в гамму бежевых оттенков по картотеке RAL цвета 1001, 1002, 1004, 1005, 1011, 1014 (http://www.bronepol.ru) с высокой атмосферостойкостью и показателями других физико-механических и эксплуатационных свойств, регламентированными ГОСТ 28196-89.
Поставленная цель достигается тем, что в рецептуре водно-дисперсионной краски комбинация двуокиси титана и других пигментов, дающая в сумме гамму бежевых оттенков, заменяется на смесь двуокиси титана и титановой окалины - промышленного отхода, образующегося при высокотемпературной обработке титана и его сплавов, измельченной до фракции минус 60 мкм (для обеспечения степени перетира краски не более 60 мкм, регламентируемой, в частности, для краски марки ВД-АК-111 (ГОСТ 28196-89).
Типичный состав титановой окалины, мас.%:
TiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SiO<sub>2</sub>
FeO
MgO
Сумма других
86-90
2,5-5
3,6-6
0,2-1
0,1-1
0,5-1
0,5-1
Присутствие в титановой окалине окислов алюминия и ванадия обусловлено содержанием в титановых сплавах этих элементов. Рентгено-фазовый анализ окалины показал, что более 90% присутствующего в ней диоксида титана находится в рутильной форме, типичной для пигментной двуокиси титана.
Таким образом, сокращается введение в рецептуру водно-дисперсионной краски дорогой двуокиси титана, а титановая окалина благодаря присутствию в ней пятиокиси ванадия (3,6-6%) и других примесей обеспечивает дополнительно эффект пигмента, дающего в зависимости от количества введенной в смесь окалины гамму бежевых оттенков.
Количество смеси двуокиси титана и титановой окалины, вводимой в рецептуру краски, составляет 10-30 мас.%.
При этом замена в смеси пигментной двуокиси титана титановой окалиной от 60% дает возможность получения, в частности, цветов краски 1001, 1002, 1014 по картотеке RAL и одновременно достижения ощутимого экономического эффекта, а до 95% - практически полной замены двуокиси титана титановой окалиной дает возможность получения цветов краски 1005, 1011 по картотеке RAL с достижением максимального экономического эффекта.
В составе краски наряду со смесью двуокиси титана и титановой окалины предусматривается использование других компонентов, характерных для водно-дисперсионных красок, а именно наполнителей, пленкообразующего, диспергатора, загустителя, пеногасителя, консерванта, коалесцента при следующем соотношении, мас.%:
Смесь двуокиси титана и титановой окалины
10-30
Наполнители
34-50
Пленкообразующее
12-19
Диспергатор
0,4-0,6
Загуститель
0,8-0,85
Пеногаситель
0,2-0,3
Консервант
0,2-0,3
Коалесцент
0,5-0,6
Вода
Остальное
При этом в качестве пленкообразующего используется стирол-акрилатная дисперсия А-10, например торговой марки Finndisp А-10 (Финляндия). Это непластифицированная дисперсия с низкой вязкостью, мелким размером частиц, стабилизированная специальной анионной системой эмульгатора. Дисперсия обладает большой связующей емкостью для пигмента и хорошим сопротивлением к воде и щелочным средам. Дисперсия используется в качестве связующего для внутренних моющихся высокопигментированных красок, полуматовых красок для стен, фасадных красок по минеральным поверхностям.
Наполнителем выбраны мел и кварцит (микрокварцит) - натуральный тонкоизмельченный белый мрамор с поверхностной обработкой стеаратом кальция, которая обеспечивает наполнителю прекрасные гидрофобные свойства, хорошую диспергируемость, длительную устойчивость к атмосферным воздействиям.
В качестве других компонентов конкретного функционального назначения могут использоваться любые известные торговые марки, которые производятся в России и странах Евросоюза в соответствие сертификатам системы качества ISO 9001:2000 и листам безопасности (MSDS) и поставляются потребителю в жидком виде.
В рецептуре заявленной краски использованы: диспергатор Verowett 8525 - жидкая композиция с высоким молекулярным весом на основе модифицированных жирных кислот, воды для стабилизации пигментов и минеральных частиц, находящихся в дисперсии; загуститель Акрисол ТТ-935 - анионактивный модификатор реалогии на основе акриловых латексов; пеногаситель Фоамастер NXZ - предназначен для использования в полимерных дисперсиях при производстве дисперсных красок и дисперсных клеющих материалов; коалесцент NX 795 (один из группы тексанолов), классифицируется как нелетучий незагрязняющий воздух эффективный материал для разнообразных композиций латексных красок с высокими показателями эксплуатационных свойств при отрицательных температурах, не требует специальной подготовки окрашиваемой поверхности; консервант Росима GT - дезинфицирующий препарат (биоцид) для предотвращения развития бактерий в водно-дисперсионных красках.
Из источников информации известно использование отходов, содержащих двуокись титана, в эмалях, например отхода от производства диоксида титана, образующегося на стадии синтеза (RU 2291174 С1, 2005 г.); в красках - отходов, получаемых при комплексной переработке апатит-нефелиновых руд (Герасимова Л.Г. и др. Пигменты и наполнители из техногенных отходов// Строительные материалы №4, 2002 г. стр. 32-34), а также использование титаносодержащей пыли, уловленной в рукавных фильтрах, для производства лакокрасочных изделий (http://waste.ua/cooperation/2010/theses/suschinskiy.html).
Однако по доступности, благоприятному сочетанию в титановой окалине высокого содержания двуокиси титана в рутильной форме и примесей в ней, обеспечивающих пигментацию краски в гамму бежевых оттенков, популярных для фасадных красок, а также при высокой технико-экономической эффективности использование титановой окалины в качестве пигмента (при замене окалиной 60-95% пигментной двуокиси титана в рецептуре краски) при получении водно-дисперсионных красок для наружных покрытий фасадов зданий, сооружений имеет существенное отличие и преимущество перед известными титаносодержащими пигментами, которые получаются из других отходов и техногенных образований.
Водно-дисперсионную краску готовят с использованием известного оборудования и технологических приемов ее изготовления.
В смеситель (дежу) с мешалкой (диссольвер) заливают воду в нормируемом количестве, затем последовательно при постоянном перемешивании с регулируемой скоростью подают дозированные в рецептурном количестве компоненты краски: пеногаситель и диспергатор; сухие компоненты (наполнители, двуокись титана и мелкодисперсный порошок титановой окалины). Затем смесь диспергируют до получения однородной массы (пасты). В полученную пасту добавляют пленкообразущее, перемешивают, загружают коалесцент, загуститель и консервант, продолжая перемешивание до однородного состояния. По окончании технологического процесса краска проверяется на соответствие нормативным требованиям.
Примеры опробованных рецептур краски приведены в таблице 1.
Определение основных свойств указанных составов предлагаемой водно-дисперсионной краски проводили по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ 28196-89.
Сравнительные результаты свойств предлагаемой краски в сравнении с данными прототипа и нормами для марки ВД-АК-111 по ГОСТ 28196-89 приведены в таблице 2.
Из данных таблицы 2 видно, что при введении в рецептуру краски смеси двуокиси титана и титановой окалины в количестве 8 мас.% наблюдается снижение показателя по атмосферостойкости и, кроме того, при таком содержании смеси двуокиси титана и титановой окалины относительно мал экономический эффект, получаемый от замены двуокиси титана титановой окалиной.
При введении в рецептуру краски смеси двуокиси титана и титановой окалины в количестве 35 мас.% получена повышенная величина укрывистости высушенной пленки, что приводит к увеличению расхода краски.
Результаты испытаний заявленного состава предлагаемой краски показали соответствие ее основных свойств прототипу и нормам ГОСТ 28196-89. Одновременно выявлена высокая атмосферостойкость краски, а также возможность получения широкой гаммы бежевых оттенков краски, что и ставилось технической задачей предлагаемого решения.
Получена опытная партия краски цвета 1002 по картотеке RAL в объеме 50 кг и осуществлено окрашивание одной из стен административного здания на территории производственной площадки.
Наряду с техническим эффектом предлагаемое решение обеспечивает существенный экономический эффект от замены дорогой двуокиси титана титановой окалиной - промышленным отходом от производства изделий из титана и его сплавов. Это иллюстрируется нижеследующими технико-экономическими показателями.
Цена пигментной двуокиси титана в Уральском регионе - 140 руб./кг;
Средний расход двуокиси титана на 1 кг краски, % - 20;
Замена двуокиси титана титановой окалиной, % - 77;
Цена подготовленной для введения в рецептуру краски титановой окалины - 20 руб./кг.
При расходе двуокиси титана 0,2 кг по цене 140 руб./кг составляют - 28 руб. Например, при замене 77% двуокиси титана титановой окалиной суммарные затраты составят: 0,2·0,23·140+0,2·0,77·20=6,44+3,08=9,52 руб.
Таким образом, затраты на материалы, содержащие диоксид титана сокращаются при изготовлении краски в 2,9 раз. Экономия составляет 18,4 руб. на 1 кг краски.
При максимальной замене двуокиси титана титановой окалиной (95%) экономия затрат составит соответственно - 22,8 руб./кг краски.
Дополнительно решается актуальный вопрос повышения эффективности утилизации техногенных отходов.
Источники информации
1. ГОСТ 28196-89 «Краски водно-дисперсионные. Технические условия».
2. ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная».
3. RU 2241725 С2, 2003.
4. RU 2069223 C1, 1996.
5. RU 2348665 C1, 2007.
6. Картотека RAL, http://www.bronepol.ru.
7. RU 2291174 C1, 2005.
8. Герасимова Л.Г. и др. Пигменты и наполнители из техногенных отходов // Строительные материалы №4, 2002 г. стр. 32-34.
9. http://waste.ua/cooperation/2010/theses/suschinskiy.html.