Водная композиция для покрытия
Изобретение относится к водной композиции для покрытия, содержащей диспергированный акрилатный связующий полимер, растворимый в щелочи акриловый полимер со средневесовой молекулярной массой самое большее 200000 г/моль и кислотным числом в интервале от 20 до 150 мг KOH/г полимера и диспергированную смолу окислительной сушки, где массовое содержание смолы окислительной сушки ниже, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера. При этом массовое содержание акрилатного связующего полимера выше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера, а содержание твердых веществ композиции для покрытия находится в интервале от 28 до 55 мас.%, и содержание неорганических твердых частиц находится в интервале от 8 до 40 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия. Технический результат – обеспечение водной композиции покрытия, которая при таком умеренном содержании твердых веществ, то есть с содержаниями и соотношением для акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера и смолы окислительной сушки, имеет очень хорошие свойства нанесения, в частности «открытое время», то есть времени, в течение которого краска остается «влажной» или «открытой», достаточно, чтобы дать возможность для обработки кистью и восстановления. 13 з.п. ф-лы, 4 табл., 22 пр.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к водной композиции для покрытия, содержащей диспергированный акрилатный связующий полимер, растворимый в щелочи акриловый полимер и необязательно диспергированную смолу окислительной сушки.
Уровень изобретения
Водные композиции для покрытия, содержащие диспергированные смолы, такие как диспергированные акрилатные связующие полимеры, диспергированные смолы окислительной сушки, такие как, например, алкиды, или их комбинации, хорошо известны в данной области техники. Такие водные композиции с диспергированными смолами исключают высокие содержания летучих органических соединений (ЛОС (VOC)) традиционных алкидных красок на основе органических растворителей и при этом привносят положительный вклад с точки зрения здоровья и экологической устойчивости.
В документе WO 00/24837, например, раскрыта водная композиция для покрытия, содержащая в качестве связующего диспергированную полиуретановую смолу с окислительно-высыхающими группами и диспергированный полиуретан-акрилатный гибрид.
В публикации WO 2006/128875 раскрыта водная композиция, содержащая эмульгированный алкид, эмульгированный акрилат и несшиваемый растворимый в щелочи акриловый полимер, для приготовления водных красок с содержаниями твердых веществ свыше 60% масс., которые показывают улучшенные характеристики нанесения, такие как «открытое время», розлив при нанесении кистью или валиком и смачивание подложки, по сравнению с водными красками на акрилатной или алкид/акрилатной основе без растворимого в щелочи акрилового полимера.
В данной области техники существует потребность в водных композициях для покрытия, в частности в водных композициях для покрытия, содержащих значительное количество неорганических твердых частиц, то есть неорганических цветных или белых пигментов и/или неорганических непрозрачных наполнителей, таких как непрозрачные краски, которые имеют улучшенные свойства нанесения кистью или валиком, в частности, «открытое время» и выравнивание, не только при высоком содержании твердых веществ, но также при умеренном содержании твердых веществ, при этом давая сухое покрытие достаточной твердости.
Сущность изобретения
Установлено, что использование диспергированного акрилатного связующего полимера в комбинации с растворимым в щелочи акриловым полимером и необязательно смолой окислительной сушки в водной композиции для покрытия с содержанием неорганических твердых частиц, по меньшей мере, 8% масс., такой как непрозрачная краска, приводит к дополнительно улучшенным характеристикам нанесения кистью и валиком композиции для покрытия при содержании твердых веществ композиции для покрытия в интервале от 28 до 55% масс., если содержание любой смолы окислительной сушки меньше, чем содержание растворимого в щелочи акрилового полимера, а содержание акрилатного связующего полимера больше, чем содержание растворимого в щелочи акрилового полимера. Более того, установлено, что такие композиции для покрытия дают высушенные покрытия с приемлемыми характеристиками твердости и приемлемой водостойкостью.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает водную композицию для покрытия, содержащую диспергированный акрилатный связующий полимер, растворимый в щелочи акриловый полимер со средневесовой молекулярной массой самое большее 200000 г/моль и кислотным числом в интервале от 20 до 150 мг KOH/г полимера, и необязательно диспергированную смолу окислительной сушки, где массовое содержание смолы окислительной сушки, если она присутствует, меньше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера, и где массовое содержание акрилатного связующего полимера выше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера, при этом содержание твердых веществ в композиции для покрытия находится в интервале от 28 до 55% масс., и содержание неорганических твердых частиц находится в интервале от 8 до 40% масс. из расчета на общую массу композиции для покрытия.
Подробное описание изобретения
Водная композиция для покрытия в соответствии с изобретением содержит диспергированный акрилатный связующий полимер, то есть, пленкообразующий акрилатный полимер, который, как правило, имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 300000 г/моль, обычно, по меньшей мере, 500000 г/моль, или даже, по меньшей мере, 1000000 г/моль, и растворимый в щелочи акриловый полимер со средневесовой молекулярной массой самое большее 200000 г/моль. В данном случае ссылка на средневесовую молекулярную массу относится к средневесовой молекулярной массе, определенной в соответствии со стандартом ISO 16014.
Необязательно композиция дополнительно содержит диспергированную смолу окислительной сушки. Композиция для покрытия может содержать дополнительные связующие полимеры. Предпочтительно композиция для покрытия свободна от связующих полимеров, отличных акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера и смолы окислительной сушки.
Диспергированный акрилатный связующий полимер может представлять собой любой акрилатный связующий полимер, подходящий для использования в качестве пленкообразующего полимера в водных композициях для покрытия, таких как краски. Такие акрилатные связующие полимеры хорошо известны в данной области техники, и их часто называют эмульгированными латексными связующими. Акрилатный связующий полимер может представлять собой исключительно акриловый полимер, то есть содержащий только акриловые мономеры, такие как (мет)акриловая кислота или эфиры (мет)акриловой кислоты, или сополимер виниловых и акриловых мономеров или сополимер стирольных и акриловых мономеров. Подходящие коммерчески доступные примеры диспергированных чисто акриловых или стирол/акриловых акрилатных связующих полимеров включают Primal AC-2508 (Dow Chemical), NeoCryl XK-98 (DSM Coating Resins), Alberdingk® AC 3600 (Alberdingk Boley).
Акрилатный связующий полимер предпочтительно представляет собой уретан-акрилатный гибридный связующий полимер. Такой полимер является гибридом полиакрилата и полиуретана. Такие гибриды, например, могут быть образованы, если подвернуть один или несколько акриловых мономеров условиям свободно-радикальной полимеризации в присутствии дисперсии полиуретановой смолы с уже удлиненной цепочкой полиуретановой смолы с использованием обычных методик. Это может быть, например, выполнено путем добавления свободно-радикальных инициаторов к смеси полиуретановой дисперсии и акрилового мономера, или, альтернативно, путем постепенного добавления акрилового мономера к полиуретановой дисперсии, содержащей инициатор. В другом варианте получения такого уретан-акрилатного гибридного связующего полимера готовят раствор оконченного изоцианатом уретанового предполимера в акриловом мономере. Раствор затем эмульгируют в водной среде и удлиняют цепочку оконченного изоцианатом предполимера. Затем или акриловый мономер может быть добавлен и инициирована его полимеризация, или полимеризация акрилового мономера может быть инициирована и дополнительный акриловый мономер может быть добавлен во время полимеризации. Подходящие примеры коммерчески доступных дисперсий уретан-акрилатного гибридного связующего полимера включают NeoPac E-125 (DSM), Hybridur® 570 Dispersion (Air Products) и Hybridur® 540 Dispersion (Air Products).
Акрилатный связующий полимер может быть снабжен сшиваемой функциональностью, такой как, например, карбонильная функциональность, которая может быть сшита гидразинами или карбонил-реакционными полиаминами. Такие сшиваемые акрилатные связующие полимеры с карбонильной функциональностью, например, описаны в документах WO 00/56827 и WO2006/128875. Акрилатный полимер с карбонильной функциональностью может нести аминную и гидразиновую функциональные группы в дополнение к карбонильным группам, так что акрилатные полимеры являются самосшиваемыми. С другой стороны, отдельные полиамины или гидразины присутствуют в композиции для покрытия, чтобы сшивать акрилатный полимер с карбонильной функциональностью, как правило, в концентрации от 0,02 до 1,6 моль, предпочтительно от 0,05 до 0,9 моль аминных или гидразиновых групп на моль карбонильной функциональной группы. Подходящие полиамины и гидразины известны в данной области техники и описаны, например, в документе WO 2006/128875.
Акрилатный связующий полимер, как правило, имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 300000 г/моль, предпочтительно, по меньшей мере, 350000 г/моль, более предпочтительно, по меньшей мере, 500000 г/моль, даже более предпочтительно, по меньшей мере, 1000000 г/моль. Средневесовая молекулярная масса предпочтительно составляет самое большее 10000000 г/моль.
Композиция для покрытия также содержит растворимый в щелочи акриловый полимер. В данном случае ссылка на растворимые в щелочи акриловые полимеры относится к акриловым полимерам, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 75% которых растворяется в щелочной водной композиции, имеющей pH в интервале от 7,5 до 9,0. Такие полимеры известны в данной области техники и, как правило, находят применение в чернилах или в качестве интенсификатора помола при измельчении пигментов. Подходящие примеры коммерчески доступных растворимых в щелочи акриловых полимеров включают NeoCryl® BT-24, NeoCryl® BT-20, NeoCryl® BT-100 (DSM) и RhoplexTM I-1955 (The Dow Chemical Company).
Растворимые в щелочи акриловые полимеры, как правило, имеют средневесовую молекулярную массу ниже 200000 г/моль. Предпочтительно несшиваемый растворимый в щелочи акриловый полимер имеет средневесовую молекулярную массу в интервале от 8000 до 100000 г/моль, более предпочтительно от 10000 до 60000 г/моль, даже более предпочтительно от 15000 до 50000 г/моль.
Растворимый в щелочи акриловый полимер предпочтительно имеет относительно высокое кислотное число, чтобы обеспечить карбонильные группы, которые образуют анионные группы в щелочной среде. Следовательно, растворимый в щелочи акриловый полимер имеет кислотное число, по меньшей мере, 20 мг KOH/г полимера. Кислотное число может достигать значения до 150 мг KOH/г полимера. Чтобы исключить низкую водостойкость высушенного покрытия, кислотное число предпочтительно равно самое большее 100 мг KOH/г полимера, более предпочтительно самое большее 80 мг KOH/г полимера. Кислотное число предпочтительно находится в интервале от 30 до 100 мг KOH/г полимера, более предпочтительно в интервале от 40 до 80 мг KOH/г полимера, даже более предпочтительно в интервале от 55 до 75 мг KOH/г полимера. Кислотное число может быть определено методами титрования, хорошо известными в данной области техники. Подходящим методом определения кислотного числа полимеров является стандарт ISO 2114.
Растворимый в щелочи акриловый полимер предпочтительно является несшиваемым, что означает, что он не образует ковалентные связи со смолой окислительной сушки, акрилатным связующим полимером и любым другим связующим полимером в композиции для покрытия, если таковые есть в наличии.
Растворимый в щелочи акриловый полимер предпочтительно имеет температуру стеклования в интервале от 15 до 65°C, более предпочтительно от 18 до 60°C, даже более предпочтительно от 20 до 55°C. В данном случае ссылка на температуру стеклования относится к теоретической температуре стеклования, рассчитанной с помощью хорошо известного уравнения Фокса (рассчитанная Tст Фокса) по весовым долям используемых сомономеров и значений Tст гомополимеров, полученных из сомономеров. Более высокие температуры стеклования будут отрицательно влиять на пленкообразующие свойства при комнатной температуре и вместе с тем на свойства нанесения кистью или валиком.
Предпочтительно композиция для покрытия содержит от 1 до 10% масс. растворимого в щелочи акрилового полимера, более предпочтительно от 2 до 8% масс., даже более предпочтительно от 3 до 7% масс. из расчета на общую массу композиции для покрытия.
Предпочтительно композиция для покрытия дополнительно содержит диспергированную смолу окислительной сушки. Смола окислительной сушки, например, может представлять собой алкид, модифицированную жирной кислотой акрилатную или полиуретановую смолу с окислительно-высушиваемыми группами. Такие окислительно-высушиваемые группы представляют собой производные ненасыщенных жирных кислот, предпочтительно полиненасыщенных жирных кислот, предпочтительно тех, которые содержат от 12 до 26 атомов углерода. Предпочтительно смола окислительной сушки содержит или представляет собой алкидную или полиуретановую смолу с окислительно-высушиваемыми группами. Более предпочтительно, смола окислительной сушки содержит алкид или представляет собой алкид. Алкид предпочтительно представляет собой модифицированный уретаном алкид, также называемый ПУ-модифицированными алкидами.
Диспергированные смолы окислительной сушки хорошо известны в данной области техники. Такие смолы, например, описаны в документах US 5589535, WO 00/24837 и WO 2006/128875. Подходящие примеры коммерчески доступных алкидных дисперсий включают Uradil AZ554 (DSM) и Synaqua 4804 (Arkema). Подходящим примером коммерчески доступной полиуретановой смолы с окислительно-высушиваемыми группами является Urotuf F97 (Reichold). Valires HA 040.01 (Umicore) и Worlee® E150W (Worlée) являются примерами подходящих коммерчески доступных уретан-модифицированных алкидов.
Смола окислительной сушки предпочтительно содержит самоэмульгирующиеся группы, такие как карбоксильная группа, или другая группа, способная образовывать анион. Такие смолы известны и раскрыты, например, в документе US 5589535.
Массовое содержание смолы окислительной сушки, если она присутствует, может быть ниже 0,1% масс. Чтобы улучшить водостойкость высушенного покрытия и улучшить адгезию покрытия к подложке, композиция предпочтительно содержит, по меньшей мере, 1,0% масс., более предпочтительно, по меньшей мере, 1,5% масс., смолы окислительной сушки из расчета на общую массу композиции для покрытия. Предпочтительно композиция содержит самое большее 6% масс., более предпочтительно самое большее 5% масс. смолы окислительной сушки из расчета на общую массу композиции для покрытия. Количество смолы окислительной сушки из расчета на общее количество связующих полимеров в композиции, то есть, общее содержание акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера, смолы окислительной сушки и любого дополнительного связующего полимера, составляет предпочтительно самое большее 4% масс.
В композиции для покрытия в соответствии с изобретением массовое содержание смолы окислительной сушки, если она присутствует, меньше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера. Массовое содержание акрилатного связующего полимера выше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера. В данном случае ссылка на массу полимера относится к массе сухого или твердого вещества такого полимера.
В водной композиции для покрытия массовое содержание акрилатного связующего полимера предпочтительно выше, чем общее массовое содержание смолы окислительной сушки и растворимого в щелочи акрилового полимера. Массовое отношение акрилатного связующего полимера к смоле окислительной сушки предпочтительно составляет самое большее 10:1, более предпочтительно находится в интервале от 1,5:1 до 7:1.
Общее содержание акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера, смолы окислительной сушки и любого дополнительного связующего полимера в композиции для покрытия предпочтительно находится в интервал в интервале от 12 до 30% масс., более предпочтительно от 15 до 25% масс., даже более предпочтительно от 16 до 20% масс.
Термины смола и связующий полимер в данном документе используются взаимозаменяемо.
Содержание твердых веществ композиции для покрытия находится в интервале от 28 до 55% масс. из расчета на общую массу композиции для покрытия, предпочтительно от 35 до 50% масс., более предпочтительно от 40 до 50% масс. из расчета на общую массу композиции для покрытия. В данном случае ссылка на содержание твердых веществ относится к общему содержанию твердых веществ, то есть, к сумме содержания сухого вещества полимеров и других твердых ингредиентов, таких как цветные и белые пигменты, наполнители и добавки. Установлено, что при таком умеренном содержании твердых веществ композиция для покрытия в соответствии с изобретением, то есть с содержаниями и соотношением для акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера и смолы окислительной сушки, которые определены выше, имеет очень хорошие свойства нанесения, в частности «открытое время». В данном случае ссылка на «открытое время» относится ко времени, когда краска остается «влажной» или «открытой» достаточно, чтобы дать возможность для обработки кистью и восстановления.
Водная композиция для покрытия в соответствии с изобретением имеет содержание неорганических твердых частиц в интервале от 8 до 40% масс., предпочтительно в интервале от 10 до 35% масс., более предпочтительно от 12 до 32% масс. Именно в водных композициях для покрытия со значительным количеством неорганических твердых частиц, таких как неорганические цветные или белые пигменты, частицы неорганического непрозрачного наполнителя или неорганические добавки в форме частиц, такие как матирующие средства или модифицирующие реологию глины, свойства нанесения кистью или валиком становятся критическими. Особенно в таких композициях для покрытия полезной является комбинация диспергированного акрилатного связующего полимера и растворимого в щелочи акрилового полимера, которая определена конкретно выше.
Неорганические цветные и белые пигменты и частицы неорганического непрозрачного наполнителя обычно используют в композициях для покрытия, и они хорошо известны в данной области техники. Подходящие частицы неорганического непрозрачного наполнителя включают, но не ограничиваются ими, карбонат кальция, сульфат кальция, сульфат бария, силикаты, каолин и другие глины, и гидратированные алюмосиликаты, тальк и слюду, карбонат калия-магния, оксид алюминия и гидроксид алюминия.
Композиция для покрытия представляет собой водную композицию для покрытия, означающую, что полимерные связующие и другие ингредиенты диспергированы или растворены в жидкой фазе, имеющей воду в качестве основного компонента. Незначительные количества органических жидкостей могут присутствовать в качестве со-растворителей.
Если композиция для покрытия содержит смолу окислительной сушки, композиция для покрытия может содержать сиккативы или высушивающие вещества, чтобы стимулировать отверждение смолы окислительной сушки. Такие сиккативы хорошо известны в данной области техники и включают металлические соли карбоновых кислот и металл-лигандные комплексы. Сиккативы, как правило, используют в количестве, находящемся в интервале 0,001 до 5% масс. металла из расчета на массу смолы окислительной сушки.
Композиция для покрытия может также содержать цветные пигменты, неорганические наполнители и добавки, как правило, применяемые в красках, в том числе, но без ограничения ими, биоциды, выравниватели, матирующие средства, УФ стабилизаторы, дисперсанты, поверхностно-активные вещества, пеногасители, смачивающие агенты, антипленкообразователи и воски.
Композиция для покрытия предпочтительно содержит загущающий агент. Загущающий агент или загуститель предпочтительно представляет собой ассоциативный органический загуститель, более предпочтительно ассоциативный органический загуститель типа HEUR (гидрофобно-модифицированные этоксилат-уретановые загустители). Загуститель предпочтительно используют в количестве от 1 до 10% масс., более предпочтительно от 2 до 5% масс. (масса твердых веществ загустителя из расчета на общую массу композиции для покрытия).
Композиция для покрытия предпочтительно представляет собой лакокрасочную композицию. Лакокрасочная композиция может представлять собой композицию цветной краски, то есть, включающую цветные пигменты, композицию белой краски, то есть, включающую белый пигмент, такой как, например, диоксид титана, или композицию прозрачной краски, то есть без или с очень небольшим количеством цветных или белых прозрачных пигментов. Предпочтительно лакокрасочная композиция представляет собой композицию цветной или белой краски.
Примеры
Изобретение проиллюстрировано с помощью следующих неограничивающих примеров.
Методы испытаний
«Открытое время»
«Открытое время» белых красок определяют путем нанесения на стандартную черную Byk-карточку слоя влажной краски толщиной 100 мкм с помощью стержневого аппликатора в условиях искусственного микроклимата при 23°C и относительной влажности 50-55%. Сразу же после нанесения девять X-образных крестов наносят на слой краски с помощью деревянного конца одноразовой кисти. Через 5,0 мин кисть со свежей белой краской (с которой избыток краски был удален путем соскабливания вдоль края банки с краской) перемещают 10 раз вверх и вниз в перпендикулярном направлении к первоначальному мазку краски в месте расположения первого X-образного креста.
Эту операцию повторяют для других X-образных крестов при интервалах в одну минуту (операция при t=6,0 мин для седьмого креста; при t=7,0 мин для третьего креста; и т.д.). После последней операции карточку помещают в сушильную камеру на 24 час при 23°C и относительной влажности 50-55%.
Высушенную карточку оценивают визуально. «Открытое время» представляют, как последнее время, при котором крест стал невидимым после «операции 10 движений кисти» (это означает, что, если, например, при t=11,0 мин крест остался видимым после «операции 10 движений кисти», «открытое время» равно 10,0 мин). Указанное «открытое время» представляет собой среднее значение визуальной оценки четырьмя людьми. Испытание проводят дважды.
Выравнивание
Выравнивание представляет собой способность соседних полос краски или следов кисти растекаться до уровня слоя краски. Выравнивание белых красок определяют следующим образом.
Слой белой краски толщиной 90 мкм равномерно наносят на вертикально установленную панель, покрытую оловом, с помощью кисти при 23°C и относительной влажности 50-55%. Панели сушат при 23°C и относительной влажности 50-55% до тех пор, пока больше не будет иметь место дополнительная потеря массы (обычно через 24 час) и затем визуально оценивают выравнивание по шкале от 1 (очень плохое выравнивание: видимые глубокие следы кисти; меньше чем 25% поверхности являются гладкими) до 10 (прекрасное выравнивание: нет следов кисти и 100%-ная гладкая поверхность).
Твердость пленки
Твердость по Кенигу пленок, полученных из белых красок, оценивают с использованием испытания на демпфирование маятника в соответствии со стандартом DIN53157. Стеклянную панель покрывают пленкой белой краски толщиной 90 мкм и выдерживают при 23°C и относительной влажности 50% в течение 7 дней. Через эти 7 дней измеряют твердость при 23°C и относительной влажности 50% с помощью маятника Кенига. Измеряют количество колебаний, необходимых для снижения от начального отклонения 6° до отклонения 3°.
Водостойкость
Стеклянную панель покрывают пленкой белой краски толщиной 150 мкм с использованием стержневого аппликатора и выдерживают при 23°C и относительной влажности 50-55% в течение 7 дней. Затем капли воды наносят с помощью пипетки на горизонтальную пленку высушенной краски в четырех разных тестовых точках (четыре капли из пипетки на каждой тестовой точке). Каждую каплю покрывают прозрачной чашкой, чтобы исключить испарение воды. Через разные интервалы времени (15 мин, 30 мин, 1 час, 2 час, 4 час и 24 час после нанесения капель воды) каплю воды удаляют и пленку краски на тестовых точках оценивают визуально. После оценки каплю воды наносят повторно на ту же точку и удаляют через следующие интервалы времени для следующей визуальной оценки. После последней оценки через 24 час панель сушат 24 час и оценивают восстановление целостности пленки. Водостойкость классифицируют следующим образом:
1 - плохая: макропузыри в пределах 4 час
2 - неудовлетворительная: макропузыри в пределах 24 час
3 - приемлемая: микропузыри в пределах 24 час; нет макропузырей через 24 час
4 - хорошая: нет микропузырей в пределах 4 час и нет макропузырей через 24 час
5 - очень хорошая: нет микропузырей и нет макропузырей через 24 час.
Ингредиенты
Акрилатные связующие полимеры
Используют следующие дисперсии акрилатных связующих полимеров:
Акрилат 1: Водная дисперсия (38% масс. твердых веществ) несшиваемого уретан-акрилатного гибридного полимерного связующего в воде.
Акрилат 2: Водная дисперсия (43% масс. твердых веществ) сшиваемого стирол/акрилового связующего полимера в воде.
Акрилат 3: Водная дисперсия (50% масс. твердых веществ) несшиваемого стирол/акрилового связующего полимера в виде.
Акрилат 4: NeoPac® E-125 (DSM Coating Resins). Водная дисперсия (34,5-36,5% масс. твердых веществ) алифатического, самосшиваемого уретан-акрилатного гибридного полимерного связующего.
Акрилат 5: NeoCryl® XK-98 (DSM Coating Resins). Водная дисперсия (43-45% масс. твердых веществ) анионного исключительно акрилового сополимера.
Акрилат 6: Alberdingk© AC 3600 (Alberdingk Boley). Водная дисперсия (40-42% масс. твердых веществ) многофазного, самосшиваемого исключительно акрилового полимера.
Растворимые в щелочи акриловые полимеры
Используют следующие коммерчески доступные растворимые в щелочи акриловые полимеры:
Растворимый в щелочи акриловый сополимер 1 (РЩАС 1 (ASA 1)): Neocryl® BT-24 (DSM Coating Resins). Коммерчески доступная эмульсия растворимого в щелочи акрилового сополимера (44-46% масс. твердых веществ). Кислотное число: 73 мг KOH/г полимера.
Растворимый в щелочи акриловый сополимер 2 (РЩАС 2): Neocryl® BT-20 (DSM Coating Resins). Коммерчески доступная эмульсия растворимого в щелочи акрилового сополимера (39-41% масс. твердых веществ). Кислотное число: 57 мг KOH/г полимера.
Смола окислительной сушки
Используют следующие дисперсии смол окислительной сушки:
Алкид 1: Водная дисперсия (40% масс. твердых веществ) ПУ-модифицированного алкида с самостабилизирующимися карбоксильными группами. Дисперсию получают за счет взаимодействия изоцианат-функционального уретанового олигомера с карбоксильными группами (полученного за счет взаимодействия диметилолпропионовой кислоты с диизоцианатом) с алкидом с остаточными OH-группами.
Алкид 2: Водная дисперсия (50% масс. твердых веществ) алкида с содержанием масла 35% и кислотным числом 10 мг KOH/г полимера.
Алкид 3: Synaqua® 4804 (Arkema). Водная дисперсия «тощей» алкидной смолы; содержание твердых веществ 49-51% масс.
Алкид 4: Worleesol® E 150W (Worlée). Водная дисперсия (38-42% масс. твердых веществ) ПУ-модифицированной алкидной смолы «средней жирности».
Приготовление пигментных паст
Готовят три разные пигментные пасты путем совместного измельчения следующих ингредиентов (все количества в массовых процентах).
Таблица 1. Пигментные пасты
| Пигментная паста 1 | Пигментная паста 2 | Пигментная паста 3 | |
| Вода | 11,2 | 8,1 | 11,2 |
| Со-растворитель (пропиленгликоль) | 11,0 | 12,3 | 11,0 |
| Дисперсант (Orotan 731) | 2,6 | 3,7 | 2,6 |
| Смачивающий агент | 4,0 | 4,0 | |
| Противопенная добавка | 1,3 | 0,7 | 1,3 |
| Нейтрализующий агент (20,5%-ный масс. раствор гидроксида аммония) | 0,3 | 1,5 | 0,3 |
| TiO2 | 68,2 | 56,4 | 68,2 |
| Матирующее средство | 1,5 | 1,5 | |
| Наполнитель (Ca2CO3) | 17,2 | ||
| Высушивающее вещество (Borchi ® Oxy-Coat) | 0,2 | ||
| Всего | 100 | 100 | 100 |
Пигментную пасту 3 готовят с теми же самыми ингредиентами в тех же самых количествах, что и пигментную пасту 1.
Приготовление белых красок
Белые краски готовят путем смешения пигментной пасты с дисперсиями полимера (акрилатного связующего полимера с растворимым в щелочи акриловым полимером и/или смолой окислительной сушки) и добавления со-растворителя, поверхностно-активного вещества, воска, воды и загустителя типа HEUR (Acrysol RM2020). Таблицы 2 и 3 показывают используемые ингредиенты, конечную концентрацию твердых веществ полимеров и общее содержание твердых веществ в различных красках из расчета на общую массу композиции. Краски № 1-3 и 6-7 готовят с пигментной пастой 1; краски № 4 и 5 с пигментной пастой 2; и краски № 8-22 с пигментной пастой 3.
Испытания белых красок
«Открытое время» и твердость пленок определяют для всех красок. Выравнивание и водостойкость измеряют для красок от 8 до 22. В таблицах 2 и 4 представлены результаты испытаний.
Таблица 2. Композиция/свойства красок 1-7, приготовленных с пигментными пастами 1 и 2
| Краска, № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Ингредиенты (все в % масс.) | |||||||
| Пигментная паста 1 | 37,8 | 37,8 | 37,8 | 37,8 | 37,8 | ||
| Пигментная паста 2 | 41,3 | 41,3 | |||||
| Акрилат 1 | 31,2 | 25,0 | 17,5 | 30,1 | 18,4 | 19,4 | 11,8 |
| РЩАС 1 | 9,0 | 10,4 | 7,1 | 12,5 | 7,9 | 3,5 | 7,1 |
| Алкид 1 | 5,7 | 10,1 | 20,9 | 12,1 | 28,0 | 21,1 | 26,3 |
| Со-растворитель | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | ||
| Поверхностно-активное вещество | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,5 | 0,5 | 0,2 | 0,2 |
| Воск | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 0,1 | 0,1 | 2,0 | 2,0 |
| Вода | 8,8 | 8,8 | 8,8 | 0,2 | 0,2 | 8,8 | 8,8 |
| Загуститель | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 3,7 | 3,7 | 4,0 | 4,0 |
| Содержание твердых веществ полимеров и общее содержание твердых веществ (все в % масс.) | |||||||
| Твердые вещества акрилата | 11,9 | 9,5 | 6,7 | 11,4 | 7,0 | 7,4 | 4,5 |
| Твердые вещества алкида | 2,3 | 4,0 | 8,3 | 4,8 | 11,2 | 9,2 | 10,5 |
| Твердые вещества РЩАС | 4,0 | 4,7 | 3,2 | 5,6 | 3,5 | 1,6 | 3,2 |
| Соотношение акрилат/алкид/РЩАС |
2,9/0,6/1 | 2,0/0,9/1 | 2,1/2,6/1 | 2,0/0,9/1 | 2,0/3,2/1 | 4,7/5,9/1 | 1,4/3,3/1 |
| Твердые вещества связующего | 18,2 | 18,2 | 18,2 | 21,8 | 21,7 | 18,2 | 18,2 |
| Всего твердых веществ | 47 | 47 | 47 | 52 | 52 | 47 | 47 |
| Свойства при нанесении и свойства покрытия | |||||||
| Открытое время (мин) | 9,5 | 9,5 | 7,5 | 6,8 | 5,8 | 7,0 | 7,3 |
| Твердость пленки | 22 | 18 | 15 | 20 | 15 | 15 | 13 |
Таблица 3. Используемые ингредиенты, % масс. (по сухому веществу) связующих полимеров и твердых веществ в красках 8-22
| Краски, № | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
| Ингредиенты (все в % масс.) | |||||||||||||||
| Пигментная паста 3 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 36,7 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 | 37,6 |
| Акрилат 1 | 25,6 | 25,6 | 24,9 | 25,6 | 25,6 | 48,4 | 33,9 | 36,6 | |||||||
| Акрилат 2 | 22,7 | ||||||||||||||
| Акрилат 3 | 19,5 | ||||||||||||||
| Акрилат 4 | 27,0 | ||||||||||||||
| Акрилат 5 | 22,1 | ||||||||||||||
| Акрилат 6 | 23,7 | 31,4 | 33,9 | ||||||||||||
| РЩАС 1 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 9,7 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | ||||
| РЩАС 2 | 11,3 | ||||||||||||||
| Алкид 1 | 10,4 | 10,4 | 10,4 | 10,4 | 10,4 | 10,4 | 10,4 | 13,8 | 13,8 | ||||||
| Алкид 2 | 8,1 | ||||||||||||||
| Алкид 3 | 8,3 | ||||||||||||||
| Алкид 4 | 10,4 | ||||||||||||||
| Со-растворитель | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 1,4 | 1,5 | 1,5 | 0,6 | 1,1 | 1,0 | 2,5 | 2,5 |
| Поверхностно-активное вещество | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Воск | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Вода | 7,7 | 6,4 | 5,3 | 9,6 | 12,8 | 10,2 | 8,6 | 12,1 | 9,8 | 7,7 | 6,2 | 6,4 | 7,6 | 7,5 | 8,8 |
| Загуститель | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 4,9 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Содержание твердых веществ полимеров и общее содержание твердых веществ (все в % масс.) | |||||||||||||||
| Акрилат | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 9,7 | 18,4 | 12,9 | 13,9 | 12,9 | 13,9 |
| Алкид | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 5,5 | 5,5 | |||
| AS акриловый полимер | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | |||
| Всего связующего | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 | 18,4 |
| Всего твердых веществ | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 |
Таблица 4. Соотношение полимеров, всего связующего полимера, содержание твердых веществ и свойства красок 8-22
| Краски | Отношение полимеров (акрилат/алкид/ASA) |
Всего твердых веществ (% масс.) |
Твердые вещества полимера (% масс.) |
«Открытое время» (мин) | Выравнивание | Твердость пленки (1 неделя) | Водостойкость |
| 8 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 8,5 | 8,5 | 23 | 3 |
| 9 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 8,8 | 7,0 | 20 | 3 |
| 10 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 8,0 | 7,0 | 18 | 3 |
| 11 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 9,5 | 9,0 | 13 | 5 |
| 12 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 9,0 | 7,5 | 10 | 3 |
| 13 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 9,0 | 7,5 | 11 | 3 |
| 14 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 6,8 | 8,0 | 16 | 4 |
| 15 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 9,8 | 7,5 | 21 | 3 |
| 16 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 8,3 | 7,5 | 18 | 3 |
| 17 (заявляемая) | 2,2:0,9:1,0 | 49 | 18,4 | 7,0 | 8,0 | 19 | 3 |
| 18 (сравнительная) | Акрилат, только | 49 | 18,4 | 5,0 | 6,5 | 46 | 1 |
| 19 (сравнительная) | 2,9:1,2:0,0 | 49 | 18,4 | 5,8 | 8,0 | 24 | 1 |
| 20 (заявляемая) | 3,1:0,0:1,0 | 49 | 18,4 | 7,0 | 7,0 | 33 | 2 |
| 21 (сравнительная) | 2,9:1,2:0,0 | 49 | 18,4 | 5,8 | 8,0 | 16 | 3 |
| 22 (заявляемая) | 3,1:0,0:1,0 | 49 | 18,4 | 8,0 | 7,5 | 23 | 2 |
1. Водная композиция для покрытия, содержащая диспергированный акрилатный связующий полимер, растворимый в щелочи акриловый полимер со средневесовой молекулярной массой самое большее 200000 г/моль и кислотным числом в интервале от 20 до 150 мг KOH/г полимера и диспергированную смолу окислительной сушки,
где массовое содержание смолы окислительной сушки меньше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера, и где массовое содержание акрилатного связующего полимера выше, чем массовое содержание растворимого в щелочи акрилового полимера,
где содержание твердых веществ композиции для покрытия находится в интервале от 28 до 55 мас.% и содержание неорганических твердых частиц находится в интервале от 8 до 40 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия.
2. Водная композиция для покрытия по п. 1, в которой акрилатный связующий полимер представляет собой уретан-акрилатный гибридный полимер.
3. Водная композиция для покрытия по п. 1 или 2, в котором акрилатный связующий полимер имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 300000 г/моль, предпочтительно, по меньшей мере, 1000000 г/моль.
4. Водная композиция для покрытия по п. 1 или 2, в которой растворимый в щелочи акриловый полимер имеет средневесовую молекулярную массу в интервале от 8000 до 100000 г/моль, предпочтительно от 10000 до 60000 г/моль, более предпочтительно от 15000 до 50000 г/моль.
5. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой кислотное число растворимого в щелочи акрилового полимера находится в интервале от 30 до 100 мг KOH/г полимера, предпочтительно в интервале от 40 до 80 мг KOH/г полимера, более предпочтительно в интервале от 55 до 75 мг KOH/г полимера.
6. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой композиция содержит от 2 до 8 мас.% растворимого в щелочи акрилового полимера, предпочтительно от 3 до 7 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия.
7. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой смола окислительной сушки содержит алкид, предпочтительно представляет собой алкид.
8. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой алкид представляет собой уретан-модифицированный алкид.
9. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой массовое содержание акрилатного связующего полимера выше, чем общее массовое содержание смолы окислительной сушки и растворимого в щелочи акрилового полимера.
10. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой массовое отношение акрилатного связующего полимера к смоле окислительной сушки находится в интервале от 1,5:1 до 7:1.
11. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой общее содержание акрилатного связующего полимера, растворимого в щелочи акрилового полимера, смолы окислительной сушки и любого дополнительного связующего полимера находится в интервале от 12 до 30 мас.%, предпочтительно от 15 до 25 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия.
12. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой содержание твердых веществ композиции для покрытия находится в интервале от 40 до 50 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия.
13. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, в которой содержание неорганических твердых частиц находится в интервале от 10 до 35 мас.% из расчета на общую массу композиции для покрытия.
14. Водная композиция для покрытия по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая загуститель типа HEUR.
