ФОСФАТНАЯ КРАСКА Российский патент 1998 года по МПК C09D1/00 C09D5/00 

Предлагаемое изобретение относится к лакокрасочной промышленности, в частности, к получению защитно-декоративных покрытий на основе неорганических пленкообразователей, содержащих неорганические кислородсодержащие соединения фосфора и представляющих собой состав фосфатной краски для получения покрытий методом холодного отверждения, который может быть использован в гражданском и промышленном строительстве для отделки внутренних и наружных поверхностей при выполнении реставрационных, живописных, ремонтно-эксплуатационных работ.

Такие краски могут найти применение в судостроительной, автомобильной, станкостроительной и других областях, например при производстве различных изделий хозяйственно-бытового назначения, везде, где необходимо декоративное, коррозионноустойчивое, атмосферостойкое, рентгено- и огнезащитное покрытие.

Лакокрасочные материалы на основе неорганических кислородсодержащих соединений фосфора в качестве пленкообразователей, обеспечивающих холодное отверждение покрытия, известны.

Так известна краска (авт. св. СССР 1004430, C 09 D 1/00, опубл. Б.И. N 10, 1983), включающая кальцийалюминийхромфосфатное связующее в качестве пленкообразователя - 38-49 мас.%, двуокись кремния - 14-18 мас.%, глинозем - 4-7 мас. %, неорганический пигмент - 5-8 мас.%, натриевое жидкое стекло - 2,0-3,5 мас.%, вода - остальное. Краска используется для окрашивания известково-песчаных строительных материалов, например силикатного кирпича и газобетона, а также искусственных камней, керамики, при этом она обеспечивает получение покрытия холодным отверждением (10 - 15^oC в течение 30 - 40 мин). Покрытия приобретают водостойкость в течение суток и имеют сравнительно высокие физико-механические характеристики (адгезия к поверхности силикатного кирпича - 12,6 - 13,0 мПа, прочность на истирание по ГОСТ 20811-75 - 0,22-0,25 кг/мкм, прочность на удар по ГОСТ 4765-73 - 44-47 кг/см).

Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога состав для покрытия (авт. св. СССР 1121275, C 09 D 1/00, опубл. Б.И. N 40, 1984), который включает алюминийхромфосфатное связующее в качестве пленкообразователя - 23,2-25,6 мас.%, двуокиси титана - 9-11 мас.%, двуокись кремния - 8-11 мас. %, каолин - 8-11 мас. %, неорганический пигмент - 1,0-16,0 мас.%, вода - 34,8-38,4 мас.%. Для обеспечения холодного отверждения вводится отверждающая добавка - Al₂O₃ 0,4 ZnOSiO₂ - 1-2 мас.%. Состав предназначен для получения декоративных покрытий изделий из бетона, асбестоцемента, силикатного кирпича и позволяет получать покрытия при комнатной температуре, обладающие низкой смываемостью - 1,00 г/м² (ГОСТ 19214-73) и достаточно высокой укрывистостью - 70-80 г/м² (ГОСТ 8784-75).

Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава краски на основе неорганического кислородсодержащего соединения фосфора в качестве пленкообразователя для получения покрытия методом холодного отверждения, позволяющего использовать его для окраски различных материалов.

Поставленная задача решается тем, что предложен состав фосфатной краски, который содержит фосфорную кислоту в качестве пленкообразователя, алюминийоксидсодержащее вещество, диоксид титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюминийоксидсодержащее вещество - 35 - 50
диоксид титана - 2 - 7
фосфорная кислота (50-65%-ный водный раствор) - остальное.

Для придания краске определенного цвета в нее вводится дополнительно пигмент или пигментная паста в количестве 0,1 - 17 мас.%. В качестве пигментной пасты могут быть использованы продукты переработки различных отработанных растворов гальванических производств, содержащих ионы цветных металлов или их сплавов отработанными щелочными растворами, содержащими фосфат-ион.

Так, в частности, в качестве пигментной пасты в составе предлагаемой краски могут быть использованы продукты переработки кислых отработанных растворов гальванических производств по патенту 2069240, кл. C 25 D 21/16, опубл. Б.И. N 32, 1996). Указанные продукты переработки представляют собой пигментные пасты, которые получают обработкой кислых отработанных растворов гальванических производств, содержащих ионы тяжелого или цветного металла, отработанным раствором из ванны обезжиривания, содержащей фосфат-ион, при pH 6,5 - 8,0 и стехиометрическом соотношении фосфат-ионов и катионов осаждаемого металла.

Так, в случае переработки отработанных ванн кислого меднения образующийся осадок представляет собой пасту - меловую бирюзу и использован при получении краски КЭФ-ВР (пример 5). Указанная паста содержит фосфат меди - 18%, смешанный фосфат-силикат алюминий - 2% и воду - 80%.

В случае переработки кислого отработанногоо раствора предварительного никелирования стали образующийся осадок -пигментная паста ярко-зеленого цвета использована при получении краски КЭФ-БЗ и представлена в примере 7. Указанная паста содержит фосфат никеля - 17%, силикат железа - 8% и воду - 75%.

В случае переработки кислого хромсодержащего раствора образующийся осадок - пигментная паста использована при получении краски КЭФ-ХЗ и представлена в примере 6. Указанная паста содержит фосфат хрома - 18%, силикат железа - 2%, воду - 80%.

Содержание компонентов в составах красок и физико-механические показатели покрытий на основе красок, полученных с использованием продуктов переработки кислых отработанных растворов гальванических производств в качестве неорганических пигментов, представлены в таблице.

Предлагаемые фосфатные краски фактически представляют собой суспензию наполнителей и пигментов в водном растворе фосфорной кислоты и маркируются как краски экологически безопасные фосфатные - краски КЭФ. В зависимости от цвета и состава пигментов фосфатные краски КЭФ маркируются следующим образом, например: краска КЭФ-Б - краска экологически безопасная фосфатные белила, краска КЭФ-БР - краска экологически безопасная фосфатная бирюза, краска КЭФ-ХЗ - краска экологически безопасная хромовая зеленая, краска КЭФ-НЗ - краска экологически безопасная никелевая зеленая, краска КЭФ-А - краска экологически безопасная алая.

Основным и принципиальным отличием предлагаемого состава краски от состава ближайшего аналога является использование в качестве пленкообразователя фосфорной кислоты.

При нанесении краски тонким слоем на окрашиваемые поверхности часть фосфорной кислоты впитывается в материал окрашиваемой поверхности через поры (например, в дерево, древесно-стружечные плиты, стекло, цемент, ткани и т.д. ).

Частицы диоксида титана нанометрических размеров в пленке химически связаны с частицами алюминийоксидсодержащего наполнителя и в значительной степени обуславливают высокую укрывистость, причем отличительным признаком предлагаемой краски КЭФ по сравнению с составом ближайшего аналога является то, что она обеспечивает высокие показатели укрывистости при более низком содержании двуокиси титана (2 - 7 мас.%) по сравнению с составом ближайшего аналога (9 - 11 мас.%).

Обожженный кирпич, керамика являются сложными алюминийсиликатными комплексами, с которыми предлагаемая краска КЭФ прекрасно взаимодействует, обеспечивая прочную связь покрытия к изделиям. В пленке поликонденсационно-кристаллизационные процессы продолжаются длительное время и после формирования плотной пленки, чем, собственно, и объясняется отмеченный рост прочности покрытий со временем. За три года испытаний прочность увеличилась с 20 мПа до 50 мПа.

В предлагаемой краске в качестве пленкообразователя используются водные растворы (50 - 65%-ные) технической фосфорной кислоты.

В качестве алюминийоксидсодержащего вещества используются оксид алюминия, окись алюминия отработанная (отход производства ТУ 113-03-05-11-84), каолин, порошок глинозема, отходы производства фосфора, фаянса, в том числе электрофарфора.

В качестве добавки, увеличивающей укрывистость фосфатной краски, используется оксид титана.

В качестве пигмента могут быть использованы органические и минеральные кислотоустойчивые красители, такие как охра, красные пигменты - мумия, желтый сурик, красные охры и сиены, марс красный, крон красный; коричневые пигменты - умра, марганцевая коричневая; синие пигменты - ультрамарин, кобальт синий, марганцевая голубая; зеленые пигменты - окись хрома, зелень изумрудная.

Как упоминалось выше, при изготовлении предлагаемых красок могут быть использованы в качестве пигментов пигментные пасты, являющиеся продуктами переработки отходов гальванических производств (RU, патент 2069240, C 25 D 21/16, 1996).

Краски КЭФ готовят следующим образом: окись алюминия, каолин либо другое алюминийоксидсодержащее вещество и выбранный для получения определенного цвета пигмент смешивают в заданном соотношении в шаровой мельнице или другом измельчителе в течение 10 - 30 мин до получения однородной массы и однотонного состояния. По окончании перетира смесь выгружают. Перед проведением работы по нанесению покрытия в смеситель заливают водный раствор фосфорной кислоты и добавляют пигментированную часть краски, после чего перемешивают в течение 3 - 15 мин. Полученную фосфатную краску КЭФ наносят тонким слоем на окрашиваемую поверхность при помощи валика, краскопульта или кисти. В случае если окрашиваемая поверхность является карбонизованной, необходимо ее грунтовать разбавленным раствором фосфорной кислоты. Затем краску КЭФ наносят тонким слоем на подготовленную таким образом поверхность.

Нижеследующие примеры поясняют изобретение.

Пример 1. Готовят краску следующего состава, мас.%: двуокись титана - 7, окись алюминия - 50, 60%-ный водный раствор фосфорной кислоты - 43.

Двуокись титана и окись алюминия перемешивают в шаровой мельнице или краскотерке 15 мин. Смесь выгружают и перед проведением работ по нанесению покрытия в смеситель загружают водный раствор фосфорной кислоты и смесь окиси алюминия и двуокиси титана.

Полученную краску КЭФ наносят тонким слоем на окрашиваемую поверхность валиком или кистью. Физико-механические характеристики образованного покрытия представлены в таблице.

Примеры 2 - 8. Краску готовят по методике примера 1. Соотношение компонентов и физико-механические характеристики покрытий представлены в таблице.

Предлагаемые краски КЭФ могут быть использованы для нанесения покрытий на различные материалы, такие как стекло, бетон, кирпич, керамика различных сортов, дерево, древесно-стружечные плиты, картон, бумага, ткани, различные металлы и их сплавы и др.

Покрытия на основе красок КЭФ долговечны и влаго- и светостойки, атмосфероустойчивы, обладают высокими прочностными характеристиками.

Кроме высоких потребительских свойств покрытия на основе красок КЭФ, содержащие фосфаты тяжелых металлов, придают изделиям огнестойкость и рентгенозащитные свойства.

Краски КЭФ обладают высокой скоростью высыхания и низкой температурой отверждения.

Не содержащие вредных летучих примесей и летучих компонентов, предлагаемые фосфатные краски КЭФ обладают экологической безопасностью.

Фосфатная краска рекомендуется для защитно-декоративных покрытий внутренних и наружных поверхностей. Краска содержит в качестве кислородсодержащего неорганического соединения 50 - 65%-ный водный раствор фосфорной кислоты. Помимо алюминийоксидсодержащего соединения и двуокиси титана в композицию дополнительно введен пигмент. В качестве пигмента возможно использовать продукты переработки кислых отработанных растворов гальванических производств, содержащих ионы цветного или тяжелого металла, отработанным щелочным раствором, содержащим фосфат-ион. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает хорошие физико-механические свойства покрытия. 1 табл.

1. Фосфатная краска, содержащая пленкообразователь - кислородсодержащее неорганическое соединение фосфора, двуокись титана и алюминийоксидсодержащее соединение, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразователя она содержит фосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминийоксидсодержащее соединение - 35 - 50
Двуокись титана - 2 - 7
Фосфорная кислота (50-65%-ный водный раствор) - Остальное
2. Краска по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пигмент в количестве 0,1 - 17,0 мас.%. 3. Краска по п.2, отличающаяся тем, что она в качестве пигмента содержит продукты переработки кислых отработанных растворов гальванических производств, содержащие ионы цветного или тяжелого металла, отработанные щелочным раствором, содержащим фосфат-ион.