Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция
Изобретение относится к лакокрасочным материалам, предназначенным для покрытия металлических и эмалированных поверхностей и для окраски неметаллических материалов. Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция включает полимерный акриловый компонент, пигменты, органический загуститель, поверхностно-активное вещество. Помимо воды, биоцидной, коалесцирующей добавок композиция содержит ингибиторы коррозии пролонгированного и мгновенного действия, тиксотропную реологическую добавку, пластификатор - дибутилфталат, антипирен и дополнительно модификаторы свойств пленочного покрытия композиции, в качестве которых используют микробарит фракционированный, гидроксид магния, гидроксид алюминия, микроволластонит, микрослюду фракционированную. Техническим результатом является повышение огнестойкости покрытий и одновременно антикоррозионных свойств металлов - черных, алюминия, латуни, эмалированных поверхностей при длительной эксплуатации с сохранением декоративных свойств. 4 табл., 1 пр.
Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам и может найти применение в качестве покрытия для защиты металлических, эмалированных поверхностей и для окраски неметаллических материалов: стекла, фаянса, бетона, железобетона, кирпича, природного камня, штукатурки, строительной керамики, шифера, древесных материалов, асбестоцементных, гипсоволокнистых плит.
Известно использование метилсиликоната натрия в качестве основного компонента для придания водоотталкивающих свойств строительным материалам, например, по патенту РФ №2305667.
Известны огнезащитные лакокрасочные материалы, содержащие вспучивающие добавки на основе кремнийорганического гидрофобизатора, например, по патенту РФ №2244727.
Известны полимерные композиции биоцидного действия, например, по патенту РФ №2303615, имеющие узконаправленное защитное действие, на основе биоцидных добавок.
Известны водно-дисперсионные лакокрасочные материалы для защиты поверхностей в условиях воздействия агрессивных сред и перепада температур. Например, по патентам РФ №№2154079, 2212423, 2209223, С09D 5/02. К общим недостаткам этой группы аналогов можно отнести невысокие декоративные свойства, экологическую небезопасность.
Известные группы аналогов имеют тот недостаток, что они или изготовлены не на водной основе и вследствие этого неэкологичны и дороги, или же имеют узкую направленность на улучшение одного-двух защитных свойств покрытия. Заявителю неизвестны водно-дисперсионные составы универсального действия, в комплексе улучшающие антикоррозионные, атмосферостойкие, термостойкие свойства покрытий.
Наиболее близким по составу и назначению к заявляемой композиции является состав по патенту РФ №2268275, С09D 5/02, содержащий акрилатсодержащую дисперсию, пигментную массу, ингибитор коррозии и фторсодержащие добавки. При этом: акрилатсодержащая дисперсия содержит акрилатсодержащее связующее, коалесцирующие добавки, загустители, пеногаситель при необходимости, а пигментная масса кроме пигментов содержит ПАВ, загуститель, биоцидную добавку, пеногаситель и антифриз, при необходимости водно-дисперсионный лакокрасочный состав может также дополнительно содержать нейтрализатор, пеногаситель, антифриз.
К недостаткам известной композиции можно отнести отсутствие свойств термостойкости и огнезащитности, использование дорогостоящих составляющих, например стиролакриловой дисперсии марки Лакротэн Э-24, использование вредных для экологии веществ, например в качестве биоцидной добавки - вещества на основе тетраметилтиурамдисульфида, недостаточную укрывистость, вследствие нестойкости стиролакриловой дисперсии и при ее склонности к пожелтению недостаточную белизну получаемого колера. К тому же технология производства известной композиции сложна и включает несколько операций: получение полуфабриката пигментной массы путем растворения, замешивания и диспергирования, получение полуфабриката акрилатсодержащей дисперсии и смешивание в смесителе полученных полуфабрикатов.
Техническим результатом предлагаемого решения является создание комплексного водно-дисперсионного материала, обладающего одновременно антикоррозионными свойствами и огнезащитной эффективностью, что влечет за собой повышение огнестойкости покрытия и огнезащиты покрываемых объектов, устойчивости антикоррозионных свойств водно-дисперсионной лакокрасочной композиции, в том числе специальных антикоррозионных свойств для защиты металлов - черных, а также алюминия, латуни, эмалированных поверхностей при длительной эксплуатации с сохранением декоративных свойств, значительное упрощение технологии изготовления, а также экологичность упрощаемой технологии и снижение себестоимости продукта.
Технический результат достигается тем, что водно-дисперсионная лакокрасочная композиция для защитных покрытий металлических поверхностей, содержащая полимерный акриловый компонент, пигменты, загустители, ингибитор коррозии, нейтрализатор, биоцидную, пеногасящую, коалесцентную, диспергирующую добавки, ПАВ, воду, согласно изобретению в качестве ингибитора коррозии одновременно содержит мгновенного действия нитрат натрия и в качестве ингибитора коррозии пролонгированного действия фосфат цинка, тиксотропную реологическую добавку в виде филосиликотов, в качестве пластификатора дибутилфталат или трибутилфосфат, антипирены и дополнительно модификаторы свойств пленочного покрытия краски, при соотношении компонентов композиции без учета содержания модификаторов свойств пленочного покрытия в композиции, мас.%:
| вода | 9,0-17,0 |
| акриловая дисперсия | 25,0-50,0 |
| органический загуститель | 03-06 |
| пигменты-наполнители | 16-24 |
| биоцидная добавка | 01-05 |
| ингибитор коррозии мгновенного действия | 05-15 |
| ингибитор коррозии пролонгированного действия | 4,0-6,5 |
| коалесцентная добавка | 3,0-4,0 |
| тиксотропная реологическая добавка | 0,0-0,9 |
| диспергирующая добавка | 0,7-1.3 |
| постоянный пластификатор | 0,5-1,0 |
| нейтрализатор-регулятор рН | 0,4-0,7 |
| пеногасящая добавка | 0,08-0,12 |
| поверхностно-активные вещества (ПАВ) | 0,03-0,08 |
| антипирены | 5,0-35,0 |
В качестве акриловой дисперсии используют гомологический ряд продуктов "MAINCOTE" (например, HG-86ER) концерна "ROHM & HAAS".
В качестве загустителя используют продукты ТМ "COMBIZELL" («КОМБИЦЕЛЛ») производства концерна Ashland Aqualon Functional Ingredients (www.ashland.com).
В качестве пигментов используют наполнители в виде талька, диоксида титана, каолина.
В качестве биоцидной добавки используют "Katon LXE" («Катон LXE») производства концерна "ROHM & HAAS".
В качестве коалесцентной добавки используют «Некскоут 795» производства компании "NESTE Chemicals".
В качестве тиксотропной реологической добавки используют марки «Бентоне LT», «STRODEX ТН-100», «CULMINAL MC AQUAFLOW NLS-200», это продукция концернов Ashland Aqualon Functional Ingredients и Momentive Speciality Chemicals (официальный дистрибьютор названных компаний на территории России и СНГ - НТФ «Эфиры Целлюлозы», г.Новосибирск, www.efcell.ru).
В качестве пластификатора используют дибутилфталат или трибутилфосфат.
В качестве диспергирующей добавки используют «Оротан-731».
В качестве нейтрализатора-регулятора рН используют аммиак.
В качестве пеногасящей добавки используют «Пента АС-60».
В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) используют «Сульфанол П».
В качестве антипиренов используют:
- «Антипирен 1» - вещество ТМ «ПЕНТАЭРИТРИТ»;
- «Антипирен 2» - вещество ТМ «Меламин» (брутто-формула C3H6N6) производства компании "PULWAY" (Польша);
- смола-катализатор гидратации антипиренов, отвечающая в составе ЛКМ за эффект вспучивания огнезащитного состава - вещество ТМ "Antiblaze МС" производства компании "Albemarle", Великобритания; представляет собой неорганическое соединение аммония полифосфат (NH4)3PO4×[7-9]Н2О.
В качестве модификаторов свойств пленочного покрытия краски используют микробарит фракционированный «МИБАРИ», гидроксид магния «ФРАМИТЕКС», гидроксид алюминия «ФРАМИАЛ», микроволластонит «МИВОЛЛ», МИКРОСЛЮДУ фракционированную - все названные модификаторы производства ЗАО «ГЕОКОМ» (Калужская обл., п. Полотняный Завод).
Дополнительное использование в качестве модификаторов свойств покрытия, например, таких нетоксичных неорганических добавок, как выпускаемые ЗАО «Геоком» гидроксид магния «ФРАМИТЕКС», гидроксид алюминия «ФРАМИАЛ», вермикулита, микроволластонита позволит улучшить гидроизоляционные свойства и термостойкость покрытия. Действие этих компонентов основано на разложении гидроксидов магния и алюминия при повышенных температурах, как правило, начиная с 220 градусов Цельсия (340 градусов Цельсия - гидроксида магния) с выделением кристаллизационной влаги в виде пара и эндотермическим эффектом, что способствует понижению температуры в зоне пиролиза (теплогазификации), его замедлению и снижению скорости горения, связыванию и разбавлению потенциально огнеопасных газов - продуктов пиролиза, образованию парового барьера на пути поступления кислорода к зоне горения и отвода продуктов горения. При этом продукты термического разложения безвредны, экологически чисты.
Введение в состав микробарита (микронизированный барит), высококачественного инертного наполнителя, например «МИБАРИ» (ЗАО «ГЕОКОМ», Калужская обл., РФ), приводит к повышению стойкости краски к агрессивным атмосферным воздействиям, высоким температурам. Обладая низкой маслоемкостью и высоким для наполнителя коэффициентом преломления, «МИБАРИ» позволит сэкономить связующее и пигменты, увеличит тоннаж готовой продукции.
Микроволластонит является очищенным природным метасиликатом кальция. Белый игольчатый волластонитовый наполнитель, например «МИВОЛ» (ЗАО «ГЕОКОМ»), способствует увеличению износостойкости и атмосферостойкости покрытий, экономии антикоррозионных пигментов за счет синергических эффектов, обладает выраженным структурирующим действием в производстве и нанесении лакокрасочных покрытий, придает повышенную яркость краскам, придает стойкость к УФ-излучению.
Антипирены, например меламин, пентаэритрит, полифосфат аммония, препятствуют распространению пламени при возгорании за счет свойств тугоплавкости, негорючести, свойств выделять аммиак при высоких температурах (полифосфат аммония), который препятствует доступу кислорода к объекту.
Модифицирующие добавки возможно применять в составе рецептур покрытия как в виде смесей, так и в виде индивидуальных аппретов, усиливающих или корректирующих основные контролируемые свойства композиции.
Количество добавляемого аппрета (аппретов), кг, также может быть выражено в достаточно широком диапазоне значений - в зависимости от назначения, моделируемых свойств и предполагаемого способа нанесения покрытия (что влечет за собой изменение значения условной вязкости продукта и, следовательно, % содержания в составе ОКП (объемный коэффициент покрытия) пигмента.
Предлагаемый лакокрасочный состав готовят следующим образом. Через дозатор загружают в смесительный бак диссольвера готовые для смешивания компоненты и перемешивают их до полного совмещения.
Значительное упрощение технологии изготовления предлагаемой композиции по сравнению с известными технологическими процессами и, как следствие, снижение времени изготовления и производственных энергозатрат достигнуты за счет предварительного анализа сырьевых компонентов по критериям оптимального подбора: размер частиц, взаимная реакционная устойчивость, седиментационная совместимость и пр. Это позволило исключить стадии измельчения, перетира, сепарации в основном технологическом процессе и свести его к быстрому сдвигу (перемешиванию) в одном реакторе (дисольвере) для жидких сред-красок (прямой асинхронный привод со скоростью ~1400 об/мин) либо к комбинации быстрого и медленного сдвига (до 100 об/мин) в случае более вязких продуктов - фактурных, специальных модифицированных составов. Медленный сдвиг осуществляется в шнековом смесителе горизонтального типа. Важным преимуществом технологии является ее безотходность, т.е. замкнутый цикл: промывные воды реактора после предыдущего замеса используются в качестве исходного сырья для изготовления следующей партии продукта. Разделение идет только по принципу колерования: необходимо предусмотреть для производства отдельные технологические линии для белой базы и для колерованных продуктов. Таким образом, производственные стоки предприятия не загрязняются химикатами (дополнительное преимущество экологичности технологии), а использование смывок в рецептурах положительно влияет на оптимизацию себестоимости выпускаемой продукции без ущерба ее качеству.
При колеровании состав может дополнительно содержать цветные пигментные пасты на водной основе без органических связующих. По химическому составу пигментирующие вещества являются железоокисными пигментами. Пигментные пасты производятся компанией "EUROCOLORY S.r.J. Speciality Chemical" (Италия). Количество их в составе композиции составляет 1-15% (в зависимости от интенсивности получаемого колера) сверх 100% рецептурной массы сформированной белой базы ВДЛКМ под колерование.
Составы предлагаемой лакокрасочной композиции проведены в таблице 1. Основные свойства композиции приведены в таблицах 2, 3, 4.
| Таблица 4 | |||||
| Огнезащитная эффективность согласно НД (нормативному документу): | Характеристика механизма огнезащиты | Адгезия, баллы, не более, по ГОСТ18140 | Укрывистость высушенной пленки, г/м2, не более, по ГОСТ 8784 | Допустимые способы нанесения | |
| Покрытие предназначено для огнезащиты металлоконструкций. | |||||
| 1 | 1-я группа - не менее 150 мин. ГОСТ Р 53295 | Концентрация антипиренов - максимально возможная для данного типа ВДЛКМ (принимаем за 100%). Механизм защиты - вспучивание защитного слоя при высокотемпературном воздействии, вследствие чего между подложкой и слоем покрытия образуется бескислородная газовая «подушка», препятствующая процессу окисления (горения). | 2 | 170 | Намазной способ (шпатель, флейц) либо пневматическое распыление с применением специальной щелевой форсунки для вязких сред |
| При достижении предельного состояния происходит спекание покрытия без последующего отслоения | |||||
| 2 | 2-я группа - не менее 120 мин. ГОСТ Р53295 | Покрытие предназначено для огнезащиты металлоконструкций; механизм защиты аналогичен п.1. Концентрация антипиренов - 75% по отношению к рецептуре п.1. При достижении предельного состояния происходит спекание покрытия без последующего отслоения | 2 | 150 | Намазной способ (шпатель, флейц) либо пневматическое распыление с применением специальной щелевой форсунки для вязких сред |
| 3 | 3-я группа - не менее 90 мин. ГОСТ Р53295 | Покрытие предназначено для огнезащиты металлоконструкций; механизм защиты аналогичен п.1. Концентрация антипиренов - 50% по отн. к рецептуре п.1 При достижении предельного состояния происходит спекание покрытия с частичным отслоением (до 50% общей площади) | 1 | 120 | Механически (кисть, валик); пневматическое либо безвоздушное краско-распыление |
| 4 | 4-я группа - не менее 60 мин. 5-я группа не менее 45 мин. ГОСТ Р53295 | Покрытие предназначено для огнезащиты металлоконструкций; механизм защиты - см. п.1. | 1 | 100 | Механически (кисть, валик); пневматическое либо безвоздушное краско-распыление |
| Концентрация антипиренов - 35% по отн. к рецептуре п.1. При достижении предельного состояния происходит отслоение и стекание покрытия | |||||
| 5 | 6-я группа не менее 30 мин. 7-я группа не менее 15 мин. ГОСТ Р53295 | Антикоррозионное покрытие для создания грунт-подслоя либо финишного покрытия. Покрытие создает фосфатный слой на поверхности металла, который наряду с защитой от коррозии по катодному типу служит антипиреном в огнезащите по следующему механизму: при возгорании пленки покрытия происходит выделение пассивирующих газов, препятствующих дальнейшему доступу кислорода к подложке. Это водные пары и аммиак (легкая фракция), окислы фосфора в различной степени окисления (тяжелая фракция - локализуется у поверхности подложки). | 2 | 100-120 | Механически (кисть, валик); пневматическое либо безвоздушное краско-распыление |
| Примечание: краска огнезащитная для металла вспучивающаяся предназначена для повышения предела огнестойкости стальных строительных конструкций в соответствии с нормативными требованиями СНиП 2.01.02-85 |
Из таблицы 2 следует, что в прототипе отсутствуют данные об основных прочностных и эксплуатационных характеристиках водно-дисперсионной краски, которые необходимо проводить по действующим в настоящее время ГОСТ Р 52020, ГОСТ 28196. По остальным показателям заявляемый продукт не уступает известному по прототипу, а по времени высыхания значительно превосходит.
В таблице 3 представлены показатели и характеристики средств огнезащиты для стальных конструкций, предусмотренные требованиями ГОСТ Р 53295, в прототипе полностью отсутствуют.
Таблица 4 содержит характеристики механизма огнезащиты в зависимости от достигнутой степени огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53295, описание допустимых способов нанесения покрытия, а также достигнутые уровни основных прочностных характеристик ВДЛКМ (адгезия ГОСТ 51140, укрывистость высушенной пленки ГОСТ 8784) в зависимости от уровня огнезащитной эффективности покрытия (ГОСТ Р 53295), данные в прототипе также полностью отсутствуют.
Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция для защитных покрытий металлических поверхностей, содержащая полимерный акриловый компонент, пигменты-наполнители, органический загуститель, ингибитор коррозии, нейтрализатор, биоцидную, пеногасящую, коалесцентную, диспергирующую добавки, поверхностно-активное вещество, воду, отличающаяся тем, что в качестве ингибитора коррозии композиция одновременно содержит в качестве ингибитора коррозии мгновенного действия нитрат натрия и в качестве ингибитора коррозии пролонгированного действия фосфат цинка, тиксотропную реологическую добавку в виде филосиликатов, в качестве пластификатора дибутилфталат, антипирен и дополнительно модификаторы свойств пленочного покрытия краски при соотношении компонентов композиции без учета содержания модификаторов свойств пленочного покрытия в композиции, мас.%:
| Вода | 9,0-17,0 |
| Акриловая дисперсия | 25,0-50,0 |
| Органический загуститель | 0,3-0,6 |
| Пигменты-наполнители | 16-24 |
| Биоцидная добавка | 0,1-0,5 |
| Ингибитор коррозии мгновенного действия | 0,5-1,5 |
| Ингибитор коррозии пролонгированного действия | 4,0-6,5 |
| Коалесцентная добавка | 3,0-4,0 |
| Тиксотропная реологическая добавка | 0,0-0,9 |
| Диспергирующая добавка | 0,7-1,3 |
| Постоянный пластификатор | 0,5-1,0 |
| Нейтрализатор-регулятор рН | 0,4-0,7 |
| Пеногасящая добавка | 0,08-0,12 |
| Поверхностно-активные вещества | 0,03-0,08 |
| Антипирены | 5,0-35,0 |
