КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2003 года по МПК C09D1/04 C04B12/04 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для получения защитно-декоративных покрытий на строительных конструкциях при внутренней и наружной отделке зданий и сооружений.

Известен состав для изготовления силикатной краски, включающий следующие компоненты в маc.% (по сухому веществу):
Натриевое жидкое стекло с плотностью 1,36 г/см³ - 21,0-33,6
Мочевина - 2,3-3,7
Бутадиенстирольный латекс - 11,8-18,7
Шлам электрохимических производств - 11,2 -22,6
Вода - Остальное
(патент РФ 2041900, С 09 D 1/04).

Недостатком известного состава является невысокая адгезия и плотность покрытия за счет того, что входящие в него мочевина и шлам электрохимических производств, взаимодействуя с бутадиенстирольным латексом, образуют полимерное соединение с высокой пористостью, приводящее к снижению плотности и адгезии покрытия.

Наиболее близким аналогом к заявляемой композиции является состав для покрытия, включающий следующие компоненты, маc.%:
Жидкое калиевое стекло - 44,6-47,0
Тонкодисперсный песок - 8,60-9,70
Тонкодисперсный гидросиликат кальция состава CaO•SiO₂•H₂O - 22,3-27,45
Тонкодисперсный шлак производства безуглеродистого феррохрома - 8,50-13,0
Сульфитно-дрожжевая бражка (в пересчете на сухое вещество) - 0,20-0,35
Карбамид - 0,10-0,20
Бутадиенстирольный латекс - 8,00-9,00
(авт. свид. СССР 1717573, С 04 В 12/04).

Недостатком известного состава являются низкая плотность и адгезионная прочность покрытия за счет того, что входящие в состав тонкодисперсный гидросиликат кальция состава CaO•SiO₂•2H₂O и тонкодисперсный шлак производства безуглеродистого феррохрома являются ускорителями твердения жидкого стекла, а входящий в состав карбамид, взаимодействуя с сульфитно-дрожжевой бражкой, образует высокопористые полимерные соединения, приводящие к набуханию и снижению плотности покрытия и его адгезионной прочности.

В основу изобретения поставлена задача разработать такой состав композиции для защитно-декоративного покрытия, который обеспечил бы получение покрытия с высокой адгезией и плотностью.

Поставленная задача решается тем, что известная композиция для защитно-декоративного покрытия, включающая жидкое стекло, наполнитель, лигносульфонат технический, бутадиенстирольный латекс и воду, согласно изобретению, дополнительно содержит карбоксиметилцеллюлозу и в качестве пигмента - природную охру, или мел, или каолин, или железный сурик, или мумию, или сиену, или умбру при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Жидкое стекло - 20,0-26,0
Наполнитель - 35,0-45,0
Лигносульфонат технический - 0,1-0,3
Бутадиенстирольный латекс - 10,0-16,0
Указанный пигмент - 5,0-15,0
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,1-0,3
Вода - 13,4-13,8
Пигмент представляет собой тонкоизмельченное минеральное вещество, нерастворимое или малорастворимое в воде и органических растворителях.

Охра - природный пигмент желтого цвета, состоящий из глинистых минералов, окрашенных гидратированными оксидами железа. Обладает высокой прочностью, свето- и щелочестойкостью. Укрывистость 65-115 г/м², плотность 2,3-2,5 г/см³.

Мел - природный белый пигмент, состоящий из углекислого кальция СаСO₃. Мел легко измельчается, обладает свето- и щелочестойкостью, укрывистость составляет 100-120 г/м², плотность 2,5-2,6 г/см³.

Каолин - белая глина, состоящая из водного силиката алюминия. Укрывистость 120 г/м², плотность 2,3-2,5 г/см³.

Железный сурик - природный пигмент красно-коричневого цвета, состоящий из оксида железа с примесью глинистых минералов и кварца. Обладает высокой прочностью, светостойкостью, химической стойкостью. Укрывистость 20 г/м², плотность 2,7-2,8 г/см³.

Мумия - природный глинистый неорганический пигмент коричневого цвета, окрашенный оксидами железа. Обладает свето- и щелочестойкостью, укрывистость 25 г/м², плотность 2,3-2,5 г/см³.

Сиена - глиняный желтый пигмент, сходный с охрой. При прокаливании цвет переходит в красно-коричневый и пигмент называют жженой сиеной. Натуральная и жженая сиена стойки к действию щелочей, укрывистость 40 г/м², плотность 2,3-2,5 г/см³.

Умбра - природный пигмент коричневого или темно-желтого цвета с зеленоватым оттенком, состоящий из алюмосиликата с примесями оксидов железа и марганца. Обладает высокой прочностью, долговечностью, красящей способностью. Укрывистость составляет 40 г/м², плотность 2,3 2,4 г/см³.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - натриевая соль целлюлозногликолевой кислоты, получаемая при взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлорацетатом натрия. По внешнему виду представляет собой измельченную волокнистую или порошкообразную массу белого или кремового цвета. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) легко набухает и растворяется в воде, хорошо смешивается с пигментами, не изменяя их цвета, обладает биологической стойкостью, хорошо сцепляется с основанием (см. Чмырь В.Д. Материаловедение для маляров. - М.: Высшая школа, 1987. - С. 36-58, С. 61-62).

Известно использование пигментов в защитно-декоративных покрытиях для придания цвета, непрозрачности, улучшения прочности покрытия и долговечности за счет уменьшения толщины связующего на минеральных частицах пигмента и наполнителя (см. Комар А. Г. Строительные материалы и изделия. М.: Высшая школа, 1983. - С. 469-470).

В заявляемой композиции указанные пигменты наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами проявляют новое техническое свойство, заключающееся в инициировании процесса полимеризации жидкого стекла за счет наличия на поверхности тонкодисперсного пигмента кислотных ион-радикалов, являющихся активными центрами. На них осуществляется адсорбция молекул воды, входящих в состав жидкого стекла, что приводит к их отщеплению от молекулы ортокремниевой кислоты H₄SiO₄ и к образованию цепи -Si-О-Si-O, ускоряющей полимеризацию жидкого стекла, что способствует увеличению плотности покрытия и его адгезионной прочности.

Кроме того, наличие в пигментах оксидов многозарядных металлов позволяет в присутствии бутадиенстирольного латекса образовывать редокс-системы, обеспечивающие активацию коагуляции бутадиенстирольного латекса. Это приводит к образованию мостиковых связей между полимерными цепями бутадиенстирольного латекса и увеличению его эластичности, что также способствует увеличению плотности и адгезионной прочности защитно-декоративного покрытия.

Известно использование карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в качестве клея для приклеивания отделочных материалов и в качестве связующего в клеевых красочных составах (см. Рыбьев И.А. и др. Общий курс строительных материалов. - М. : Высшая школа, 1987. - С. 459).

В заявляемой композиции карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) проявляет новое техническое свойство, заключающееся в регулировании процесса полимеризации жидкого стекла путем удаления с поверхности наполнителя замедляющих полимеризацию жидкого стекла примесей СO₂, О₂, SO₂ и др. Это способствует увеличению плотности и адгезионной прочности заявляемой композиции.

Кроме того, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) проявляет также новое техническое свойство, заключающееся в активации процесса закрепления молекул бутадиенстирольного латекса на поверхности минеральных частиц. Это обеспечивается за счет наличия в карбоксиметилцеллюлозе (КМЦ) гидроксильных групп, что приводит к их химическому взаимодействию с кислотными группами бутадиенстирольного латекса и снижению уровня рН на границе раздела фаз "наполнитель - бутадиенстирольный латекс", "пигмент - бутадиенстирольный латекс". В результате происходит закрепление бутадиенстирольного латекса на поверхности частиц наполнителя и пигмента, что также способствует увеличению плотности и адгезионной прочности заявляемой композиции.

На основании вышеизложенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемая композиция для защитно-декоративного покрытия не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует уровню патентноспособности "изобретательский уровень".

Пример конкретного выполнения
Для приготовления заявляемой композиции для защитно-декоративного покрытия в лабораторных условиях были использованы следующие исходные материалы:
- жидкое стекло по ГОСТ 13079-81 плотностью 1,38 г/см³;
- бутадиенстирольный латекс СКС-65 ГП по ГОСТ 10564-75;
- лигносульфонат технический по ОСТ 13-183-83;
- карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) по ОСТ 605-386-80.

В качестве наполнителя был использован кремнеземсодержащий компонент, например тонкодисперсный кварцевый песок.

В качестве пигмента были использованы природная охра, железный сурик, мел.

Готовят композицию следующим образом.

В воде растворяют лигносульфонат технический (ЛСТ) и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), затем вводят бутадиенстирольный латекс, наполнитель и соответствующий пигмент для придания композиции необходимого цвета. Компоненты смешивают в заявляемых пределах в течение 15 минут, затем в смесь вводят предварительно разбавленное водой до плотности 1,14-1,18 г/см³ жидкое стекло. Смесь вновь перемешивают до получения однородной текучей массы в течение 5 минут, после чего она готова к употреблению для изготовления защитно-декоративного покрытия.

Для обоснования преимущества заявляемой композиции для защитно-декоративного покрытия по сравнению с прототипом, а также для обоснования количественного содержания компонентов в заявляемой композиции было приготовлено и испытано 10 составов композиции:
- составы 1-3 с заявляемым содержанием компонентов и использованием в качестве пигмента природной охры;
- состав 4 с содержанием компонентов, выходящим за минимальные заявляемые пределы;
- состав 5 с содержанием компонентов, выходящим за максимальные заявляемые пределы;
- составы 6 и 7 с заявляемым содержанием компонентов и использованием в качестве пигмента железного сурика;
- составы 8 и 9 с заявляемым содержанием компонентов и использованием в качестве пигмента мела.

Состав 10 был приготовлен по прототипу.

Составы композиций приведены в таблице 1, а результаты их испытания в таблице 2.

Анализ результатов исследования показывает, что заявляемая композиция (опыты 1-3, 6-9) позволяет по сравнению с прототипом повысить плотность на 11,8-13,9% и увеличить адгезионную прочность на 28,5-35,4% при сохранении практически одинаковой толщины защитно-декоративного покрытия.

Использование композиции состава 4 нецелесообразно ввиду того, что получаемое защитно-декоративное покрытие обладает низкой плотностью. Использовать композицию состава 5 также нецелесообразно из-за низкой адгезионной прочности защитно-декоративного покрытия.

Кроме того, использование заявляемой композиции позволяет получать защитно-декоративные покрытия различной цветовой гаммы и однородной окраски.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая композиция для защитно-декоративного покрытия работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе, что подтверждается примерами конкретного выполнения. Соответственно заявляемая композиция может найти широкое применение в качестве защитно-декоративных покрытий на строительных конструкциях при внутренней и наружной отделке зданий и сооружений.

Следовательно, заявляемая композиция соответствует условию патентоспособности - "промышленная применимость".

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для получения защитно-декоративных покрытий на строительных конструкциях при внутренней и наружной отделке зданий и сооружений. Композиция для защитно-декоративного покрытия включает жидкое стекло, наполнитель, лигносульфонат технический, бутадиенстирольный латекс, пигмент, карбоксиметилцеллюлозу, воду. Введение в композицию пигмента (природной охры, или мела, или каолина, или железного сурика, или мумии, или сиены, или умбры) и карбоксиметилцеллюлозы обеспечивает получение защитно-декоративного покрытия с повышенной плотностью и высокой адгезионной прочностью. 2 табл.

Композиция для защитно-декоративного покрытия, включающая жидкое стекло, наполнитель, лигносульфонат технический, бутадиенстирольный латекс и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбоксиметилцеллюлозу и в качестве пигмента - природную, охру или мел, или каолин, или железный сурик, или мумию, или сиену, или умбру при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Жидкое стекло - 20,0-26,0
Наполнитель - 35,0-45,0
Лигносульфонат технический - 0,1-0,3
Бутадиенстирольный латекс - 10,0-16,0
Указанный пигмент - 5,0-15,0
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,1-0,3
Вода - 13,4-13,8