Водно-дисперсійна фарба

Реферат: Винахід належить до лакофарбових матеріалів для фарбування зовнішніх та внутрішніх поверхонь з бетонів, деревноволокнистих і деревностружкових, цементно-піщаних штукатурок та інших матеріалів. Винахід дозволяє підвищити атмосферостійкість покриття, зменшити рівень зниження твердості та адгезійної міцності покриттів. Водно-дисперсійна фарба містить такі основні компоненти: плівкотвірне - водну емульсію співполімеру стиролу і акрилових UA 110414 C2 (12) UA 110414 C2 мономерів "Акремос-101"; загусник - водний розчин акрилового співполімеру "Акремос-401", та інші загальноприйняті добавки, а також новий компонент - активний розчинник метилметакрилат. UA 110414 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до лакофарбових матеріалів, а саме до водно-дисперсійних фарб, призначених для фарбування зовнішніх і внутрішніх поверхонь бетонів, деревноволокнистих і деревностружкових, цементно-піщаних штукатурок та інших матеріалів, як нових, так і раніше пофарбованих. Відома водно-дисперсійна фарба, на основі гомополімерної полівінілацетатної дисперсії [Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. - М.: Химия, 1982. - С. 324-326]. Покриття на основі даної дисперсії мають низьку водостійкість, що не забезпечує необхідний рівень захисту зовнішніх поверхонь (фасадів будівель) при атмосферному впливі. Відома водно-дисперсійна фарба на основі акрилатного латексу [Авторское свидетельство 3 СССР 883116, МПК C09D 3/74. Состав для покрытия. В.В. Лысенкова, В.Б. Манеров, Б.К. Басов, Т.А. Кузнецова, В.Ф. Лапин, Н.А. Подчищалова, А.С. Самоволев, В.А. Котов. Опубл. БИ № 43, 1981]. Недоліком даного матеріалу є низькі декоративні якості, зокрема блиск, а також, недостатньо висока стійкість до тріщин і морозостійкість лакофарбового покриття. Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю і досягнутим результатом є воднодисперсійна фарба, що містить плівкотвірне - водну емульсію співполімеру стиролу і акрилових мономерів "Акремос-101", загусник - водний розчин акрилового співполімеру "Акремос-401", пігмент - діоксид титану рутильної форми, наповнювач - крейда, диспергатор - поліфосфат натрію, антифриз - діетиленгліколь, піногасник - протиспінювач "Нопко NXZ", коалесціюючу добавку - уайт-спірит, біоцидну добавку "Гідол", структуруючу добавку - аеросил та воду [Патент RU 2348665 МПК C09D 5/02. Водно-дисперсионная краска. Т.А. Низина, В.П. Селяев, Н.О. Зубанкова - Заявка 12.11.2007. Опубл. БИ № 7 10.03.2009], при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: плівкотвірне 13,7-15,0 загусник 2,06-2,2 пігмент 13,7-15,0 наповнювач 14,2-29,0 диспергатор 2,75-2,9 антифриз 5,55-5,9 піногасник 0,69-0,7 коалесціююча добавка 1,37-1,5 біоцидна добавка 0,69-0,7 структуруюча добавка 0,45-1,4 вода решта. Хоча водно-дисперсійна фарба і має хороші техніко-експлуатаційні властивостями (покривна здатність, розтікання - "розлив", час висихання), але покриття на її основі має недостатню атмосферостійкість, що характеризується різким зниженням його фізико-механічних характеристик - міцності та адгезійної міцності на цементно-піщаних основах. Задачею винаходу є розробка складу водно-дисперсійної фарби, в якій шляхом підбору компонентів було б забезпечено її підвищена адгезія до цементно-піщаної основи, а саме, зростання меж міцності при відриві та відшаруванні, що дозволяє забезпечити збереження стабільності захисних властивостей покриття при дії атмосферних чинників. Поставлена задача вирішується тим, що водно-дисперсійна фарба для захисту цементнопіщаних поверхонь, що містить плівкотвірне - водну емульсію співполімеру стиролу і акрилових мономерів "Акремос-101", загусник - водний розчин акрилового співполімеру "Акремос-401", пігмент - діоксид титану рутильної форми, наповнювач - крейда, диспергатор - поліфосфат натрію, антифриз - діетиленгліколь, піногасник - протиспінювач "Нопко NXZ", коалесціюючу добавку - уайт-спірит, біоцидну добавку "Гідол", структуруючу добавку - аеросил та воду, згідно з винаходом, додатково містить активний розчинник - метилметакрилат, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: плівкотвірне 14,3-14,6 загусник 2,09-2,14 пігмент 14,3-14,6 наповнювач 27,5-28,2 диспергатор 2,75-2,82 антифриз 5,62-5,71 піногасник 0,65-0,68 коалесціююча добавка 1,45-1,47 біоцидна добавка 0,65-0,68 структуруюча добавка 1,34-1,36 1 UA 110414 C2 5 10 15 активний розчинник 4,75-2,91 вода решта. Відмінною особливістю від прототипу є використання у водно-дисперсійному складі фарби додаткового компонента - метилметакрилату - вихідного мономеру для отримання емульсійним способом стирол-акрилового співполімеру. Завдяки низькій гідрофобності метилметакрилату низькій розчинності у воді при 20 °C, його дія забезпечує підвищену коалесціюючу здатність на пористих поверхнях і в умовах високої вологості [Марек О., Томка М. Акриловые полимеры / Пер. с чеш. Под ред. Г.А. Носаева. - М.: Химия. - 1966. - 320 с.]. Компоненти фарби відповідають наступній документації: акрилова дисперсія "Акремос-101" (ТУ 2241-134-05757593-2000), акрилова дисперсія "Акремос-401" (ТУ 2241-016-55856863-2002), біоцид "Гідол" (ТУ 2499-259-05757593-00), поліфосфат натрію (ГОСТ 20291-80, ТУ 48-0328-219), уайт-спірит (ГОСТ 3134-78), діетиленгліколь (ГОСТ 10138-93), діоксид титану рутильної форми (ГОСТ 9808-84, ТУ 6-34-5762326-10-91), аеросил марки А-300 (ГОСТ 14922-77), крейда природна збагачена (ГОСТ 12085). Акрилова дисперсія "Акремос-101" (ТУ 2241-134-05757593-2000) - виробництво ВАТ "Дзержинське Оргскло" являє собою співполімер стиролу і акрилових мономерів, отриманий емульсійним методом. Основні властивості "Акремос-101" Найменування показників Зовнішній вид Масова частка сухої речовини, % рН дисперсії Система емульгування Стійкість до хлористого кальцію Стабільність до механічного перемішування (2500 об/хв) Здатність до введення пігментного пасти Середній розмір часток, мкм, не більше Масова частка залишкового мономера, %, не більше Мінімальна температура плівкоутворення, °C 20 25 30 35 Норма Молочно-біла рідина 50±1 8±0,5 Аніонна Витримує випробування Витримує випробування Витримує випробування 0,1 0,1 +10 "Акремос-101" не містить органічних розчинників, продукт належить до 4 класу небезпеки. Полімерні частки, які містяться в продукті, легко осаджуються звичайними присадками. Акрилова дисперсія "Акремос-401" - водна акрилова дисперсія, що містить 6 % основної речовини. За зовнішнім виглядом це біла густа рідина, рН якої дорівнює 8. "Акремос-401" використовується як загусник у водно-дисперсійних фарбах. Ця дисперсія є нестійкою при зберіганні, тому її готують безпосередньо перед застосуванням з дистильованої води, "Акремос-402" (виробництво ВАТ "Дзержинське Оргскло"), що являє собою висококарбоксилований акриловий співполімер та розчин аміаку. При цьому беруть 3,5 частини "Акремос-402", 5,7 частини дистильованої води, ретельно перемішують і додають розчин аміаку до рН 8-8,5. Біоцид "Гідол" (ТУ 2499-259-05757593-00) - це водна композиція, що містить 45-55 % основної речовини і додаткові компоненти. Основна речовина являє собою форміат 5,5-диметилгідантоїну. За зовнішнім виглядом являє собою рідину білого або злегка жовтого кольору без механічних домішок, рН водного розчину 6,5-8,0. Добре розчинний у воді, спиртах, ацетоні, складних ефірах; не розчинний в оліях та жирах. За ступенем впливу на організм людини відноситься до 4 класу небезпеки. "Нопко NXZ" - піногасник фірми "Henkel-Nopco" - протиспінювач для емульсійних фарб, являє собою суміш аліфатичних вуглеводів і емульгаторів на основі стирол-бутадієну, акрилатів, полівінілхлориду і його співполімерів, етиленвінілацетату, вініліденхлоридів і водорозчинних алкідів. За зовнішнім виглядом це мутна рідина янтарного кольору, що має запах мінерального масла, емульгується у воді. 2 UA 110414 C2 Технічні характеристики піногасника "Нопко NXZ" Щільність при 25 °C (DIN 51757) В'язкість при 25 °C (Брукфильд) Вміст води (метод К. Фішера) 3 рН (при 20 г/см , 20 °C) Температура займання 5 0,86-0,91 г/мл 50-1000 мПа 0-0,5 % 5,5-7,5 >140 °C Метилметакрилат - СН2=С(СН3)СООСН3 - безбарвна, прозора рідина, молярна маса 100,12. У воді розчиняється слабо (15,9 г в 1 л при 20 °C). Для ММА характерні реакції за подвійним зв'язком і реакції за складноефірним групуванням. За подвійним зв'язком метилметакрилат приєднує водень, галогени, мінеральні кислоти, аміни, спирти. Легко полімеризується і співполімеризується в умовах вільно-радикальної або аніонної полімеризації. Склад запропонованої композиції наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Компоненти Плівкотвірне Загусник Пігмент Наповнювач Диспергатор Антифриз Піногасник Коалесціююча добавка Біоцидна добавка Структуруюча добавка Активний розчинник Вода Вміст компонентів у складі запропонованої водно-дисперсійної фарби, мас. % 1 2 3 14,3 14,4 14,6 2,09 2,12 2,14 14,3 14,4 14,6 27,5 27,9 28,2 2,75 2,79 2,82 5,62 5,67 5,71 0,65 0,67 0,68 1,45 1,46 1,47 0,65 0,67 0,68 1,34 1,35 1,36 4,75 3,85 2,91 24,6 24,72 24,83 Контрольні з використанням запропонованого активного роздріджувача, мас. % 4 5 14,2 14,7 2,06 2,15 14,2 14,7 27,4 28,3 2,74 2,83 5,59 5,77 0,64 0,69 1,44 1,48 0,64 0,69 1,33 1,37 5,21 2,44 24,55 24,88 10 15 20 25 30 Методика отримання водно-дисперсійної фарби для підготовки зразків, які імітують елементи будівельних конструкцій (зовнішні стіни), з підвищеними фізико-механічними характеристиками покриттів ілюструється на прикладі 1. Технологічний процес виготовлення фарб складається з двох етапів: отримання пігментної пасти, суміщення її з плівкотвірною дисперсією і добавкою активного розчинника. Приготування пігментної пасти виробляють у змішувачі з якірною мішалкою. Спочатку завантажують у змішувач рецептурну кількість води (24,61-24,84 мас. %), потім по черзі додають цільові добавки: диспергуючу добавку - поліфосфат натрію) (2,75-2,82 мас. %), піногасник - протиспінювач "Нопко NXZ" (0,65-0,68 мас. %), антифриз - діетиленгліколь (5,625,71 мас. %), коалесціюючу добавку - уайт-спірит (1,45-1,47 мас. %), біоцидну добавку "Гідол" 0,65-0,68 мас. % при безперервному перемішуванні. Потім при працюючому змішувачі додають пігмент - діоксид титану рутильної форми (14,3-14,6 мас. %), наповнювач - крейда (27,5-28,2 мас. %) і структуруючу добавку - аеросил (1,34-1,36 мас. %) і диспергують, перемішуючи до однорідної маси протягом 20-30 хвилин. В отриману пігментну пасту завантажують плівкотвірне - водну емульсію співполімеру стиролу і акрилових мономерів "Акремос-101" (14,3-14,6 мас. %), перемішують, потім додають загусник - водний розчин акрилового співполімеру "Акремос-401" (2,09-2,14 мас. %) і активний розчинник (2,91-4,75 мас. %). Продовжують розмішування ще 20-30 хвилин до однорідного стану, після чого фарба перевіряється на відповідність нормативним вимогам. У разі невідповідності за показником рН середовища (рН має бути на рівні 89) проводиться коригування розчином аміаку. Цементно-піщані пластинки розміром 150×70×15 мм готувалися для випробувань покриттів при натурних випробуваннях впливу кліматичних факторів на стан покриттів. Перед нанесенням сумішей поверхню зразків очищували від пилу водою і щіткою, від нерівностей - шліфуванням. 3 UA 110414 C2 5 Перед нанесенням покриттів проводилося ґрунтування поверхні зразків матеріалами, передбаченими для обраних складів. Схема нанесення: перший шар - ґрунт, два наступних досліджуваний склад. Формування покриттів проводилося при необхідних заданих умовах (в основному при температурі 20±2 °C і відносній вологості повітря 65±5 %). Приклади 2-5 здійснюються аналогічно прикладу 1 і відрізняються кількістю компонентів у водно-дисперсійній фарбі. Властивості кожного складу водно-дисперсійної фарби порівняно з відомим наведено в табл. 2. Таблиця 2 Властивості Міцність покриття (маятниковим методом), ум. од** Адгезійна міцність (методом відриву штампа), МПа Адгезійна міцність (методом відшарування), Н/м** Водопоглинання, %*** Модуль пружності, МПа**** Руйнівна напруга, МПа**** Відносне подовження при розриві, %**** Час висихання до ступеня 3 при температурі (20±2)°С, хв. В'язкість по ВЗ-4, с Колір/блиск плівки Зовнішній вигляд плівки Примітка: 10 15 20 25 Показники для складу водно-дисперсійних фарб Що пропонується Відомий* 1 2 3 4 5 0,346 0,348 0,401 0,339 0,347 0,315 0,307 0,310 0,302 0,261 0,252 0,246 2,1 2,2 2,0 1,8 1,7 1,8 157 129 9,0 972 6,68 2,87 160 130 9,2 984 6,62 2,82 161 127 9,7 991 6,53 2,67 147 83 9,9 951 6,69 2,89 142 91 10,4 1004 6,38 2,59 110 63 10,3 804 6,06 2,62 15 17 18 15 21 25 67 65 64 68 63 72 Білий/матовий Після висихання покриття утворює плівку з рівною однорідною поверхнею *) Середні значення показників відомої композиції; **) Чисельник - вихідні показники, знаменник - після кліматичних випробувань протягом 36 міс.; ***) Після витримки у воді протягом 240 годин; ****) Для плівок розміром 100×5×0,1 мм при випробуваннях на розтяг. Істотною відмінністю складу водно-дисперсійної фарби, який заявляється, від відомого прототипу є наявність в ньому як активного розчинника метилметакрилату, що забезпечує підвищену адгезійну міцність до цементно-піщаних поверхонь, а саме, зростання меж міцності при відриву та відшаруванні і дозволяє підвищити атмосферостійкість покриттів на пористих поверхнях - істотно зменшити рівень зниження адгезійної міцності під дією кліматичних факторів. Знайдена відмінність знаходиться відповідно до відносно низького рівня водопоглинання покриттів з покращеними фізико-механічними характеристиками плівок воднодисперсійних фарб. Поряд з цим, технологічні властивості водно-дисперсійної фарби та зовнішній вигляд покриття на її основі в межах співвідношення, яке заявляється, реалізуються на рівні прототипу. Виходити за межі нижнього (склад 1) і верхнього (склад 3) значень вмісту активного розчинника 3-5 мас. % водно-дисперсійної фарби недоцільно, оскільки при цьому властивості останньої погіршуються. Таким чином, запропонована водно-емульсійна фарба для захисних зовнішніх поверхонь огороджувальних конструкцій (зовнішніх стін) забезпечує підвищення їх атмосферостійкості, що приводить до збільшення надійності та довговічності будинків і споруд та захисту огороджувальних конструктивних елементів від кліматичних впливів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Водно-дисперсійна фарба для захисту цементно-піщаних поверхонь, що містить плівкотвірне водну емульсію співполімеру стиролу і акрилових мономерів "Акремос-101", загусник - водний розчин акрилового співполімеру "Акремос-401", пігмент - діоксид титану рутильної форми, наповнювач - крейду, диспергатор - поліфосфат натрію, антифриз - діетиленгліколь, піногасник 4 UA 110414 C2 - протиспінювач "Нопко NXZ", коалесціюючу добавку - уайт-спірит, біоцидну добавку "Гідол", структуруючу добавку – аеросил, та воду, яка відрізняється тим, що додатково містить активний розчинник - метилметакрилат, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: плівкотвірне - водна емульсія співполімеру стиролу 14,3-14,6 і акрилових мономерів "Акремос-101" загусник - водний розчин акрилового співполімеру 2,09-2,14 "Акремос-401" пігмент - діоксид титану рутильної форми 14,3-14,6 наповнювач - крейда 27,5-28,2 диспергатор - поліфосфат натрію 2,75-2,82 антифриз - діетиленгліколь 5,62-5,71 піногасник - протиспінювач "Нопко NXZ" 0,65-0,68 коалесціююча добавка - уайт-спірит 1,45-1,47 біоцидна добавка - "Гідол" 0,65-0,68 структуруюча добавка - аеросил 1,34-1,36 активний розчинник - метилметакрилат 4,75-2,91 вода решта. 5 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5