Акрилова художня фарба

Реферат: Запропонована дешевша акрилова художня фарба з підвищеною водостійкістю і з нижчою температурою плівкоутворення. Акрилова художня фарба містить акриловий полімер, загусник, консервант, диспергатор, пігменти, наповнювач, діетиленгліколь і воду. Як акриловий полімер вона містить співполімер бутилакрилату і стиролу Acronal 290D, як загусник - водну дисперсію акрилового співполімеру Latekoll D, що містить карбоксильні групи, як консервант - о-фенілфенол, як диспергатор використаний полярний неіоногенний диспергатор - Additol VXW 6208 або універсальний диспергатор - Олакріл 671, і додатково містять коалесціюючу добавку - Lusolvan FBH, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Акрилова дисперсія Acronal 25,0-26,0 290 D Загусник Latecoll D 1,1-1,2 Консервант о-фенілфенол 0,070-0,075 Диспергатор Additol YXW 6208 1,1-1,2 Коалесціююча добавка 0,6-0,625 Lusolvan FBH Діетиленгліколь 2,0-3,0 Пігменти 3,75-10,0 Наповнювач 26,8-37,8 Вода дистильована або зм'якшена решта. UA 100742 C2 (12) UA 100742 C2 UA 100742 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до виробництва водорозчинних акрилових фарб для живопису. Акрилова фарба в основному складається з трьох речовин: пігменту, сполучної речовини та води. Сполучна речовина - це синтетичний матеріал, який отримав назву акрилової полімерної дисперсії. Відома акрилова художня фарба [а. с. СРСР № 412220, C09D 5/06], що включає синтетичну сполучну речовину, гліцерин, алізаринове масло, фенол, пігмент, наповнювач, кальциновану соду та воду. Як синтетичну сполучну речовину у фарбі використовують полімер, вибраний з групи, що містить співполімер метакрилової кислоти та метакриламіду, гідролізований поліакрилонітрил і обмилений поліакрилонітрил при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: синтетична сполучна 3,0-50,0 речовина алізаринове масло 0,1-0,2 гліцерин 4,0-7,0 фенол 0,25-0,4 пігмент 0,6-60,0 наповнювач 15,0-45,0 сода кальцинована 1,0-2,0 вода решта. Дана фарба, як вказують автори, висихає протягом 30 хвилин, у неї висока еластичність і покриваність, хороша фактура. Як консервант у фарбі використовують фенол, який у даний час майже не застосовують у фарбах через високу токсичність. Відома акрилова художня фарба [пат. РФ № 2218373, C09D 5/06], що включає акриловий полімер, пігмент, наповнювач, консервант і воду. Як акриловий полімер вона містить суміш двох акрилових дисперсій: співполімеру на основі бутилакрилату, метилметакрилату та метакрилової кислоти у співвідношенні 58:37:7 (співполімер А) і співполімеру на основі метилакрилату та метилметакрилату в співвідношенні 55:45 (співполімер Б), при співвідношенні двох співполімерів 85-90:10-15, або акрилову дисперсію на основі бутилакрилату, вінілацетату та метакрилової кислоти у співвідношенні 84:15:1, додатково введений загусник, а як консервант використовують полігексаметиленгуанідинфосфат або похідне ізотіазолінону, або їх суміш у співвідношенні 1:1. Крім того, фарба додатково містить загусник, алізаринове масло, діетиленгліколь (ДЕГ) і стеарат натрію, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: акрилова дисперсія 26,0-40,0 загусник 3,0-6,0 алізаринове масло 3,3-8,0 ДЕГ 2,6 стеарат натрію 1,4-3,0 пігмент 4,5-20,8 наповнювач 13,0-22,7 консервант 0,4-0,8 вода решта. Приведена акрилова фарба однорідна, без сторонніх включень, при висиханні не утворює тріщин, вільно набирається на пензлик, час висихання при температурі 20±2 °C складає 40-45 хв., ступінь перетирання - 30 мкм, умовна консистенція - 25-35 мм, фарба після висихання не змивається водою, як затверджують автори. Проте при повторенні рецептури фарби деякі характеристики не співпали з даними, що приведені в патенті. Найголовнішою проблемою, що виникла при відтворенні, виявилося те, що після висихання при протиранні накраски вологою серветкою на ній залишається видимий слід пігментів. Цей дефект можна пояснити або недостатньою кількістю акрилової дисперсії для утворення плівки, або високою наповненістю пігментами, або надмірним вживанням водорозчинних складових, таких як алізаринове масло, діетиленгліколь, стеарат натрію, які негативно впливають на якість плівки при мокрому стиранні. Також проблематичним виявився час висихання накраски: по даних, що приведені в патенті, накраска при 20±2 °C висихає протягом 40-45 хвилин, але при відтворенні рецептури час висихання склав 60-65 хвилин, а при нижчих температурах час висихання взагалі виявився проблемою, бо при температурі 15 °C і нижче повне висихання відбувається за 2-2,5 години, і оскільки художникам доводиться працювати при різних температурах, то це може створити додаткові проблеми. 1 UA 100742 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Таким чином, до недоліків приведеної фарби слід віднести незадовільну стійкість до мокрого стирання, тривалий час плівкоутворення при температурах нижче 15 °C та високі витрати сполучної речовина до 40 %, що ведуть до подорожчання фарби. В основу даного винаходу поставлена задача розробити дешевшу акрилову художню фарбу з підвищеною водостійкістю та з нижчою температурою плівкоутворення. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що акрилова художня фарба, що містить акриловий полімер, загусник, консервант, диспергатор, пігменти, наповнювач, діетиленгліколь і воду, згідно з винаходом, додатково містить коалесціюючу добавку - Lusolvan FBH, як акриловий полімер використовується співполімер бутилакрилату та стиролу Acronal 290D, як загусник - водна дисперсія акрилового співполімеру - LatekollD, що містить карбоксильні групи, як консервант - о-фенілфенол, як диспергатор використовують полярний неіоногенний диспергатор - Additol VXW 6208 або універсальний диспергатор - Олакріл 671 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: акрилова дисперсія 25,0-26,0 загусник 1,1-1,2 коалесціююча добавка 0,6-0,625 консервант о-фенілфенол 0,07-0,075 диспергатор 1,0-1,5 пігменти 3,75-10,0 наповнювач 26,8-37,8 діетиленгліколь 1,5-2,0 вода останнє. Використання акрилової дисперсії у поєднанні з коалесціюючою добавкою, а також зменшення кількості водорозчинного диспергатора в 2 рази та загусника в 2,7-5,0 разів (у порівнянні з прототипом) і в сукупності з іншими компонентами дозволило знизити мінімальну температуру плівкоутворення на 10-15 °C, підвищити стійкість до мокрого стирання накрасок, а також поліпшити стабільність фарб при зберіганні. Акрилова дисперсія - Acronal 290 D - є аніонною середньов'язкою дисперсією на основі водного співполімеру бутилакрилату та стиролу, має високу сумісність з наповнювачами і пігментоємкість, що і дозволило суттєво зменшити кількість дисперсії в 1,6 рази (в порівнянні з прототипом), а це, у свою чергу, понизило вартість фарби. Зменшення кількості акрилової дисперсії менше ніж до 25 мас. % погіршує властивості плівки, а збільшення більше ніж до 26 мас. % недоцільно, бо збільшується вартість фарби. Використання як загусника Latekoll D - дисперсії акрилового співполімеру, що містить карбоксильні групи, спільно з акриловою дисперсією - Acronal 290 D, забезпечило можливість зменшити кількість самого загусника у 2,7-5,0 разів (у порівнянні з прототипом), що у свою чергу знизило і вартість фарби. Малої кількості загусника виявилося достатньо для надання дисперсії псевдопластичних властивостей і забезпечило підвищення стабільності фарби при зберіганні. Збільшення кількості загусника більше ніж до 1,2 мас. % різко підвищує в'язкість фарби, крім того збільшує собівартість, а зменшення менше ніж до 1,1 мас. % приводить до того, що система не досягає потрібної консистенції. Використання коалесціюючої добавки - Lusolvan FBH, що є сумішшю діізобутилефірів дикарбонових кислот, дозволило понизити мінімальну температуру плівкоутворення фарби, крім того, вказана добавка запобігає розтріскуванню та підвищує стійкість високонаповнених фарб до змивання і вологого абразиву. На підставі дослідів з'ясувалося також, що коалесціант виконує роль і піногасника. Збільшення кількості коалесціюючої добавки більше ніж до 0,065 % мас. небажано, оскільки в цьому випадку фарби починають сохнути дуже швидко, а зменшення менше ніж до 0,6 % мас. приводить до сповільненого висихання при низьких температурах. Як консервант використаний о-фенілфенол - слаботоксична речовина, що використовується для дезінфекції та консервації. Збільшення кількості консерванту недоцільне, оскільки не дає позитивного ефекту, а зменшення ж небажане у зв'язку із збільшенням вірогідності розмноження бактерій. Як диспергатор використовується полімерний неіоногенний агент - Additol VXW 6208 або універсальний диспергатор - Олакрил 671, що є водним розчином натрієвої солі поліакрилової кислоти. Це забезпечило поліпшення ступеня перетирання пігментів (пігменти є найдорожчою складовою), кількість яких зменшена в 1,5-2,0 рази (в порівнянні з прототипом) при одній і тій же насиченості тону, що у свою чергу понизило вартість фарби. 2 UA 100742 C2 5 10 15 20 25 30 35 Зменшення кількості диспергатора менше ніж до 1,0 мас. % приводить до збільшення часу диспергування пігментів, а збільшення більше ніж до 1,5 % мас. небажано з економічної точки зору. Як наповнювач використаний Turcarb - природний високої білизни карбонат кальцію з обробленою поверхнею частинок, який практично не вимагає додаткової диспергації (середній розмір частинок складає 2-3 мкм). Дрібнодисперсність його дозволяє одержатичисті, яскраві підфарбування, що добре зберігаються, поліпшує здатність фарби до нанесення пензлем, запобігає осіданню пігментів, тобто додатково стабілізує фарбу. За рахунок застосування пігментоємкої акрилової дисперсії вкладення наповнювача вдалося збільшити в 1,6 разу (наповнювач є найдешевшою складовою), що забезпечило одержання яскравіших і чистіших кольорів та хорошу покриваність фарб. Зменшення наповнювача менше ніж до 26,8 мас. % недоцільно з економічної точки зору, крім того, наповнювач за рахунок високого ступеня білизни дає у фарбах особливо чисті тони. Збільшення кількості наповнювача більше ніж до 37,8 мас. % приводить до розбілювання і, отже, до додаткового вкладення пігментів. Діетиленгліколь у водно-емульсивних системах є стабілізатором при заморожуванні відтаненні. Зменшення кількості діетиленгліколю менше ніж до 1,5 мас. % може згубно позначитися на якості фарб, що зберігаються при понижених температурах, а збільшення більш ніж до 2,0 мас. % погіршує якість плівки. Для отримання колірної гамми використані органічні, неорганічні пігменти й їх суміші, в основному пігменти ТОВ "Цвебет" м. Київ. З урахуванням застосування пропонованого диспергатора вдалося при тій же насиченості кольору, як було вже сказано, зменшити вкладення пігментів в середньому в 1,5-2,0 рази, що дуже істотно позначилося на вартості композиції, оскільки пігменти несуть основну складову ціноутворення. У таблиці 1 приведені рецептури акрилових художніх фарб; у таблиці 2 приведені властивості акрилових фарб і порівняння їх з прототипом. Конкретний приклад У стакан, ємністю 150 мл, забезпечений мішалкою, заливають 12,5 мл води і додають 0,075 г консерванту і 25 г акрилової дисперсії. Вимішують протягом 10-15 хв., додають 1,2 г загуснику і продовжують перемішування 15-20 хв. Вимикають мішалку і суміш залишають на 2 години. У лабораторну фарботерку заливають 25 мл води, 1 г диспергатора та 2 г діетиленгліколю, добре перемішують і додають 3,75 г пігментів. Суміш диспергують до ступеню перетирання пігментів 15-20 мкм (ГОСТ 6589-74). У готову суміш додають 28,85 г наповнювача і 0,625 г коалесціюючої добавки, перемішують і переносять в стакан з готовою акриловою основою, гомогенізують і отримують 100 г фарби заданого кольору. 3 UA 100742 C2 Таблиця 1 Рецептури складу акрилових художніх фарб Вміст компонентів, мас, % Прототип Зразки 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 Акрилова композиція АК - 470 30,0 40,0 Арилова композиція АК-215 26 Акрилова композиція Acronal 290 24 26 25 25 25 25 26 26 Загусник Техіроl 63-502 3 4 6 Загусник Latekoll D 0,9 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 Стеарат натрію 1,4 2,0 3,0 Алізаринове масло 6,8 3,3 8,0 Плівкотвірна добавка Lusolvan FBH 0,6 0,625 0,6 0,6 0,5 0,6 0,625 0,625 Диспергатор Additol XVW або 1,2 1,2 2,0 2,0 1,2 1,5 1,0 1,1 Олакрил 671 Діетиленгліколь 4,0 2,0 6,0 2,0 2,0 2,0 4,0 3,0 2,0 3,0 3,0 ПІГМЕНТИ 20,8 21,0 Окис цинку Кадмій червоний 11,0 Пігмент жовтий світлостійкий 23 4,5 0,4 Червоний світлостійкий ВВМ 3,35 0,18 Лак рубіновий 3,57 3,75 Помаранчевий 1,4 3,75 Червоний ВПС 2,35 Жовтий залізо-окисний 10,0 Крон лимонний міцний 5,0 НАПОВНЮВАЧ мармурова мука 13,0 22,7 15,0 27,9 40,0 32,8 32,0 30,0 29,3 26,8 37,8 Консервант Parmetol A - 26 0,4 0,4 0,8 Консервант о-фенілфенол 0,075 0,075 0,07 0,075 0,075 0,07 0,075 0,075 Вода дистильована 24,6 31,2 10,2 39,575 24,15 30,68 20,225 36,375 30,42 36,3 26,45 Найменування компонентів Таблиця 2 Властивості акрилових фарб і порівняння їх з прототипами Прототип Показники 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 Зовнішній вигляд Накраска однорідна, суцільна, без сторонніх включень, без тріщин, накраски просвітів підкладки. Рознесення Фарба вільно набирається на кисть, легко розноситься на підкладці. Стійкість до дії води Фарба після висихання не змивається водою (легке протирання) Міра перетирання, мкм 30,0 30,0 30,0 20,0 15,0 20,0 20,0 15,0 15,0 15,0 15,0 Умовна консистенція 25,0 30,0 35,0 26,0 29,0 26,0 30,0 27,0 31,0 29,0 30,0 Час висихання до степені 40,0 45,0 40,0 45,0 40,0 35,0 35,0 35,0 0 35,0 35,0 1 при t=20±2 °C, хв. Час висихання при 125,0 150,0 140,0 90,0 68,0 60,0 60,0 60,0 70,0 65,0 67,0 t=15±2 °C, xв. Стійкість накраски до Незадовільна Хороша мокрого стирання 5 Як видно з таблиць № 1 та № 2, запропонована акрилова фарба має наступні переваги: 1. зменшена кількість запропонованої акрилової дисперсії приблизно в 1,5 рази без погіршення якості плівки; 2. за рахунок застосування нового диспергатора, покращав ступінь перетирання пігментів в 1,5 рази, при цьому зменшилася кількість вкладення пігментів приблизно в 1,2-4 рази при одній і 4 UA 100742 C2 5 10 15 тій же насиченості тону. А також покращала стійкість до мокрого тертя, зокрема, і за рахунок відсутності водорозчинних складових (алізаринове масло, стеарати і тому подібне); 3. зменшена кількість запропонованого загусника в 5 разів, при цьому якість фарби покращала; 4. збільшена кількість наповнювача приблизно в 1,67 разу, що привела до здешевлення композиції, оскільки наповнювач є найдешевшою складовою фарб. 5. оптимізований час висихання накрасок при температурах нижче 20 °C приблизно в 2 рази за рахунок застосування коалесціюючої добавки, яка є розчинником, що використовується для підняття мінімальної температури плівкоутворення водних полімерних дисперсій. В даній роботі розроблена лабораторна методика отримання акрилових фарб, одержані дослідні зразки, проведені випробування та отримані позитивні відгуки художників. Організація промислового випуску запропонованих складів акрилових художніх фарб не представляє особливих труднощів, тим паче, що на Україні таке виробництво відсутнє і продукція постачається із-за кордону. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Акрилова художня фарба, що містить акриловий полімер, загусник, консервант, диспергатор, пігменти, наповнювач, діетиленгліколь і воду, яка відрізняється тим, що як акриловий полімер містить співполімер бутилакрилату і стиролу - Acronal 290D, як загусник - водну дисперсію акрилового співполімеру - Latecoll D, що містить карбоксильні групи, як консервант - офенілфенол, як диспергатор - полярний неіоногенний диспергатор - Additol VXW 6208 або універсальний диспергатор - Олакрил 671, і додатково містить коалесціюючу добавку - Lusolvan FBH при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: акрилова дисперсія Acronal 290 D 25,0-26,0 загусник Latecoll D 1,1-1,2 консервант о-фенілфенол 0,070-0,075 диспергатор Additol VXW 6208 або Олакрил 671 1,0-1,5 коалесціююча добавка Lusolvan FBH 0,6-0,625 діетиленгліколь 1,5-2,0 пігменти 3,75-10,0 наповнювач 26,8-37,8 вода решта. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5