Способ увеличения светостойкости лакокрасочных покрытий и защитных составов
Владельцы патента RU 2441046:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова" (RU)
Изобретение относится к лакокрасочной промышленности. В рецептуру композиции в процессе смешения или синтеза ее ингредиентов в качестве светостабилизатора вносят наноразмерный кремний с размером частиц 5-100 нм. В поверхностном слое частицы содержат диоксид кремния в количестве 0,25-2,5% масс., обладающий устойчивым спектральным поглощением средневолнового УФ-излучения в диапазоне 200-420 нм. Этот эффект сохраняется при высоких температурах, примерно до 650 К. Полученные покрытия не изменяют цвет и эксплуатационные свойства, т.е. сохраняют свето- и атмосферостойкость. 2 табл.
Изобретение относится к области лакокрасочной промышленности. Предложен способ увеличения светостойкости и атмосферостойкости эмалей, красок, защитных составов для различных материалов путем введения в рецептуры наноразмерного кремния с различной удельной поверхностью.
Одним из возможных путей придания окраске или покрытию светостойкости и атмосферостойкости является использование молекул-экранов, препятствующих поглощению фотохимически активного света специальными добавками светостабилизаторов, вводимых в систему, т.к основной вклад в фотодеструкцию красителей вносит УФ-составляющая солнечного спектра.
Известен способ получения светостабилизатора на основе металлокомплексного соединения для окраски поликапроамидного волокна [патент 1623158 Россия, опубл. 10.02.1999, МПК C07F 1/08, С08К 5/00].
Недостатками данного изобретения являются ограниченная область применения из-за низкой термостойкости и невысокая светостойкость по сравнению с настоящим изобретением.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения атмосферостойкого пигмента из сфенового концентрата [патент 2236426 Россия, опубл. 10.09.2003, МПК С09С 1/36].
Недостатком данного изобретения является более низкая светостойкость органического пигмента, в который вводится микронного размера диоксид кремния и узкий диапазон спектрального поглощения средневолнового УФ-излучения по сравнению с настоящим изобретением.
Техническим результатом изобретения является увеличение светостойкости лаков, красок, эмалей и защитных составов различного назначения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в рецептуру лаков, красок, эмалей и защитных покрытий в процессе смешения или синтеза ингредиентов композиции вводят наноразмерный кремний с размером частиц 5-100 нм, с различной удельной поверхностью и содержанием в поверхностном слое ядра диоксид кремния, обладающего устойчивым спектральным поглощением средневолнового УФ-излучения в диапазоне 200-420 нм с сохранением этого эффекта при высоких, до ~650 К, температурах (Баграташвили В.Н., Белогорохов А.И., Ищенко А.А., Стороженко П.А., Туторский И.А. Управление спектральными характеристиками многофазных ультрадисперсных систем на основе нанокристаллического кремния в УФ-диапазоне длин волн. // Доклады Академии Наук. Физическая химия, 2005, т.405, с.360-363), в количестве 0,25-2,5% масс.
В процессе нанесения композиции на обрабатываемую поверхность и во время ее фиксации наночастицы кремния, содержащие в поверхностном слое ядра диоксида кремния, мигрируют в поверхностные слои материала, что обеспечивает эффект поглощения УФ-излучения (200-420 нм) от 80 до 99%. В результате чего лакокрасочное, эмалевое или защитное покрытие не изменяет свой цвет и эксплуатационные свойства, то есть сохраняет свето- и атмосферостойкость более продолжительное время, по сравнению с исходной композицией.
Наноразмерный кремний, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, получают методом плазмохимической переконденсации крупнокристаллического кремния в нанокристаллический порошок (ncSi). Синтез ncSi осуществляют в аргоновой плазме в замкнутом газовом цикле в плазменном испарителе конденсаторе, работающем в дуговом низкочастотном разряде. После синтеза частицы наноразмерного кремния подвергают микрокапсулированию, при котором на их поверхностях создается защитная оболочка из SiO2, предохраняющая порошок от атмосферного воздействия и делающая его устойчивым при хранении.
Удельную поверхность частиц наноразмерного кремния определяют методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ).
Наноразмерный кремний с различной удельной поверхностью (36-120 м2/г), содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, способен поглощать электромагнитные волны до 100% в области 200-350 нм и до 98% в области 350-420 нм и пропускать видимый свет. Достоинством этого материала является отсутствие развития нежелательных радикальных процессов в материале, экологическая чистота и эффективность защитного действия, не сопровождающегося переизлучением в других областях спектра. Этот препарат является добавкой полифункционального назначения для получения светостойкости защитных покрытий, лаков, красок, косметических и полимерных изделий.
Примеры реализации технического результата изобретения
Пример 1
Берут композиции для малосминаемой и малоусадочной отделки ткани, состав которых приведен в таблице 1, и добавляют наноразмерный кремний с удельной поверхностью 120 м2/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 5 нм, в количестве 0,25 %масс. Полученными композициями обрабатывают хлопчатобумажную ткань. Полученный материал помещают в камеру искусственной погоды и при 75% влажности и комнатной температуре облучают УФ-лампой высокого давления ДРТ-375 с расстояния 30 см.
При этом визуально фиксируют изменение окраски поверхности. Оценку проводили по пятибалльной шкале три независимых наблюдателя, причем максимальному изменению окраски (минимальной светостойкости) соответствует оценка 1, а максимальной светостойкости - оценка 5. Данные оценки светостойкости приведены в таблице 2.
| Таблица 1 Состав композиций для малосминаемой и малоусадочной отделки |
|||
| Наименование препарата | Концентрация препарата, г/л | ||
| Композиция №1 | Композиция №2 | Композиция №3 | |
| Карбамол ЦЭМ | 160 | - | - |
| Карбамол ГЛ | - | 200 | - |
| Отексид НФ | - | - | 100 |
| Мочевина | 7 | 10 | 2-5 |
| ПВА | 30 | 25 | - |
| ПЭЭ | - | 25 | 10 |
| MgCl2 | 15 | 15 | 15 |
Пример 2
Аналогично примеру 1, но вместо композиций для малосминаемой и малоусадочной отделки ткани берут полимерную композицию на основе (со)полимера винилхлорида для профильно-погонажных изделий, применяющихся в строительстве [патент 92001103, Россия, опубл. 27.04.1996, МПК C08L 27/06].
Пример 3
Аналогично примеру 1, но в качестве композиции берут состав для покрытий на основе эпоксидной диановой смолы [патент 2335521, Россия, опубл. 10.10.2008, МПК C09D 133/08, C09D 163/02, C09D 5/28] и добавляют наноразмерный кремний с удельной поверхностью 36 м2/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 100 нм, в количестве 2,5% масс.
Пример 4
Аналогично примеру 3, только в качестве композиции берут декоративное покрытие для отделочных работ на основе полиэфирной смолы, кварцевого песка, двуокиси титана и др. [патент 2157392, Россия, опубл. 10.10.2000, МПК C09D 5/02, C09D 109/00].
Пример 5
Аналогично примеру 1, только в качестве композиции берут атмосферостойкую эмаль на основе коллоксилина ПСВ, олеата меди и сополимера бутилметакрилата с метакриловой кислотой [патент 2167178, Россия, опубл. 20.05.2001, МПК C09D 101/18, C09D 133/10] и добавляют наноразмерный кремний, с удельной поверхностью 97 м2/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 6 нм, в количестве 0,4% масс.
Пример 6
Аналогично примеру 5, только в качестве композиции берем лакокрасочную композицию для покрытий, применяющихся в строительстве, на основе алкидной пентафталевой и сополимерной нефтеполимерной (молекулярная масса 650-850 у.е.) смол [патент 2209224, Россия, опубл. 27.07.2003, МПК C09D 167/08, C09D 157/02].
Пример 7
Аналогично примеру 5, только в качестве композиции берем светостойкую водно-дисперсионную краску на основе сополимера стирола и акриловой кислоты, двуокиси титана и др. [патент 2277560, Россия, опубл. 10.06.2006, МПК C09D 5/02, C09D 133/04].
Данные по испытаниям образцов материалов приведены в таблице 2.
| Таблица 2 Результаты оценки светостойкости композиций |
||||
| Композиция | Светостойкость после облучения в течение 1000 час, баллы | |||
| Наблюдатель 1 | Наблюдатель 2 | Наблюдатель 3 | Среднее | |
| №1 исходная | 2 | 2 | 2 | 2 |
| №1 с нанокремнием | 4 | 5 | 5 | 4,6 |
| №2 исходная | 2 | 2 | 3 | 2,3 |
| №2 с нанокремнием | 4 | 4-5 | 4 | 4,3 |
| №3 исходная | 1 | 1-2 | 1-2 | 1,3 |
| №3 с нанокремнием | 4 | 4-5 | 4-5 | 4,3 |
| №4 исходная | 1 | 2 | 1 | 1,3 |
| №4 с нанокремнием | 4-5 | 4-5 | 4-5 | 4,5 |
| №5 исходная | 3 | 4 | 3 | 3,3 |
| №5 с нанокремнием | 4 | 4,5 | 4 | 4,3 |
| №6 исходная | 3 | 3 | 3 | 3 |
| №6 с нанокремнием | 4 | 4 | 4 | 4 |
| №7 исходная | 3 | 2 | 3 | 2,6 |
| №7 с нанокремнием | 5 | 4-5 | 5 | 4,8 |
Способ увеличения светостойкости лаков, красок, эмалей и защитных покрытий, включающий внесение в рецептуру композиции в процессе смешения или синтеза ингредиентов композиции светостабилизатора, отличающийся тем, что в качестве светостабилизатора вносят наноразмерный кремний с размером частиц 5-100 нм и содержанием в поверхностном слое ядра диоксида кремния в количестве 0,25-2,5 мас.%, обладающего устойчивым спектральным поглощением средневолнового УФ-излучения в диапазоне 200-420 нм и с сохранением этого эффекта при высоких, до ~650 К, температурах.
