КРАСКА ВОДНО-ДИСПЕРСИОННАЯ Российский патент 2015 года по МПК C09D133/02 C09D133/04 C09D125/08 

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к водно-дисперсионным краскам на основе сополимерной акрилатной дисперсии, с введением пигментов, наполнителей и добавлением различных вспомогательных веществ, и предназначенным преимущественно для наружной окраски зданий и сооружений по деревянным, бетонным, кирпичным и другим поверхностям.

Из уровня техники известны водно-дисперсионные краски на основе сополимерной акрилатной дисперсии, применяемые, в том числе для наружной окраски зданий и сооружений, в частности, марка ВД-АК-111 (ГОСТ 28196-89 «Краски водно-дисперсионные. Технические условия»). В этой краске в качестве белого пигмента используется двуокись титана пигментная по ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная».

Известны патенты на изобретения на рецептуры водно-дисперсионных красок, в том числе для наружного применения, в составе которых в качестве белого пигмента также используют двуокись титана пигментную по ГОСТ 9809-84 в количествах от 5-30 мас.%. В зависимости от назначения и уровня достижения физико-механических и эксплуатационных характеристик водно-дисперсионных красок используют добавки различных вспомогательных веществ, исполняющих функции наполнителя, пленкообразователя, диспергатора, загустителя, консерванта, коалесцента и др.

Известен состав водно-дисперсионной краски, содержащей в качестве основного пигмента двуокись титана в количестве 15-30 мас.% (RU 2241725 C2, 2003). Использование комплексной системы «плекообразующее - загуститель - пигмент - наполнитель» в заявленном компонентном соотношении обеспечивает повышение стойкости к статическому действию воды и щелочи. Рецептура подобрана таким образом, что краска обладает также повышенной светостойкостью.

Известна водно-дисперсионная краска (RU, 2069223 C1, 1996), где в качестве пигмента используют двуокись титана, ультрамарин, железоокисный пигмент желтый и красный, крон свинцовый желтый и др.

Техническая задача изобретения - создание краски с высокими эксплуатационными свойствами, в частности с повышенной водостойкостью, атмосферостойкостью и морозостойкостью.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату является состав водно-дисперсионной краски (RU 2348665 C1, 2007), содержащей пленкообразующее, загуститель, пигмент - двуокись титана рутильной формы в количестве 13,7-15,0 мас.%, наполнитель, диспергатор, пеногаситель, коалесцирующую и структурирующие добавки.

Технический результат заключается в повышении эксплуатационных показателей краски, в частности атмосферостойкости и светостойкости.

Известные составы водно-дисперсионных красок имеют общий недостаток. Для обеспечения необходимого заявленного уровня физико-механических и эксплуатационных характеристик обязательным условием является наличие в рецептуре состава красок значительного количества пигмента - двуокиси титана рутильной формы, за счет чего обеспечивается достижение требований в отношении атмосферостойкости и светостойкости, предъявляемых к фасадным краскам.

Однако двуокись титана является дорогим компонентом и ее использование серьезно удорожает красочные работы, что особенно сказывается для наружных работ, где расход красок велик.

На практике иногда снижают количество двуокиси титана в рецептуре краски, компенсируя ее дешевыми наполнителями (мел, тальк, мрамор и др.), однако при этом существенно снижаются качественные характеристики краски.

Задачей предлагаемого изобретения является создание состава водно-дисперсионной краски фасадной с сокращением расхода дорогой двуокиси титана в рецептуре при одновременном пигментировании (колеровании) краски в гамму бежевых оттенков по картотеке RAL цвета 1001, 1002, 1004, 1005, 1011, 1014 (http://www.bronepol.ru) с высокой атмосферостойкостью и показателями других физико-механических и эксплуатационных свойств, регламентированными ГОСТ 28196-89.

Поставленная цель достигается тем, что в рецептуре водно-дисперсионной краски комбинация двуокиси титана и других пигментов, дающая в сумме гамму бежевых оттенков, заменяется на смесь двуокиси титана и титановой окалины - промышленного отхода, образующегося при высокотемпературной обработке титана и его сплавов, измельченной до фракции минус 60 мкм (для обеспечения степени перетира краски не более 60 мкм, регламентируемой, в частности, для краски марки ВД-АК-111 (ГОСТ 28196-89).

Типичный состав титановой окалины, мас.%:

TiO₂ Al₂O₃ V₂O₅ SiO₂ FeO MgO Сумма других 86-90 2,5-5 3,6-6 0,2-1 0,1-1 0,5-1 0,5-1

Присутствие в титановой окалине окислов алюминия и ванадия обусловлено содержанием в титановых сплавах этих элементов. Рентгено-фазовый анализ окалины показал, что более 90% присутствующего в ней диоксида титана находится в рутильной форме, типичной для пигментной двуокиси титана.

Таким образом, сокращается введение в рецептуру водно-дисперсионной краски дорогой двуокиси титана, а титановая окалина благодаря присутствию в ней пятиокиси ванадия (3,6-6%) и других примесей обеспечивает дополнительно эффект пигмента, дающего в зависимости от количества введенной в смесь окалины гамму бежевых оттенков.

Количество смеси двуокиси титана и титановой окалины, вводимой в рецептуру краски, составляет 10-30 мас.%.

При этом замена в смеси пигментной двуокиси титана титановой окалиной от 60% дает возможность получения, в частности, цветов краски 1001, 1002, 1014 по картотеке RAL и одновременно достижения ощутимого экономического эффекта, а до 95% - практически полной замены двуокиси титана титановой окалиной дает возможность получения цветов краски 1005, 1011 по картотеке RAL с достижением максимального экономического эффекта.

В составе краски наряду со смесью двуокиси титана и титановой окалины предусматривается использование других компонентов, характерных для водно-дисперсионных красок, а именно наполнителей, пленкообразующего, диспергатора, загустителя, пеногасителя, консерванта, коалесцента при следующем соотношении, мас.%:

Смесь двуокиси титана и титановой окалины 10-30 Наполнители 34-50 Пленкообразующее 12-19 Диспергатор 0,4-0,6 Загуститель 0,8-0,85 Пеногаситель 0,2-0,3 Консервант 0,2-0,3 Коалесцент 0,5-0,6 Вода Остальное

При этом в качестве пленкообразующего используется стирол-акрилатная дисперсия А-10, например торговой марки Finndisp А-10 (Финляндия). Это непластифицированная дисперсия с низкой вязкостью, мелким размером частиц, стабилизированная специальной анионной системой эмульгатора. Дисперсия обладает большой связующей емкостью для пигмента и хорошим сопротивлением к воде и щелочным средам. Дисперсия используется в качестве связующего для внутренних моющихся высокопигментированных красок, полуматовых красок для стен, фасадных красок по минеральным поверхностям.

Наполнителем выбраны мел и кварцит (микрокварцит) - натуральный тонкоизмельченный белый мрамор с поверхностной обработкой стеаратом кальция, которая обеспечивает наполнителю прекрасные гидрофобные свойства, хорошую диспергируемость, длительную устойчивость к атмосферным воздействиям.

В качестве других компонентов конкретного функционального назначения могут использоваться любые известные торговые марки, которые производятся в России и странах Евросоюза в соответствие сертификатам системы качества ISO 9001:2000 и листам безопасности (MSDS) и поставляются потребителю в жидком виде.

В рецептуре заявленной краски использованы: диспергатор Verowett 8525 - жидкая композиция с высоким молекулярным весом на основе модифицированных жирных кислот, воды для стабилизации пигментов и минеральных частиц, находящихся в дисперсии; загуститель Акрисол ТТ-935 - анионактивный модификатор реалогии на основе акриловых латексов; пеногаситель Фоамастер NXZ - предназначен для использования в полимерных дисперсиях при производстве дисперсных красок и дисперсных клеющих материалов; коалесцент NX 795 (один из группы тексанолов), классифицируется как нелетучий незагрязняющий воздух эффективный материал для разнообразных композиций латексных красок с высокими показателями эксплуатационных свойств при отрицательных температурах, не требует специальной подготовки окрашиваемой поверхности; консервант Росима GT - дезинфицирующий препарат (биоцид) для предотвращения развития бактерий в водно-дисперсионных красках.

Из источников информации известно использование отходов, содержащих двуокись титана, в эмалях, например отхода от производства диоксида титана, образующегося на стадии синтеза (RU 2291174 С1, 2005 г.); в красках - отходов, получаемых при комплексной переработке апатит-нефелиновых руд (Герасимова Л.Г. и др. Пигменты и наполнители из техногенных отходов// Строительные материалы №4, 2002 г. стр. 32-34), а также использование титаносодержащей пыли, уловленной в рукавных фильтрах, для производства лакокрасочных изделий (http://waste.ua/cooperation/2010/theses/suschinskiy.html).

Однако по доступности, благоприятному сочетанию в титановой окалине высокого содержания двуокиси титана в рутильной форме и примесей в ней, обеспечивающих пигментацию краски в гамму бежевых оттенков, популярных для фасадных красок, а также при высокой технико-экономической эффективности использование титановой окалины в качестве пигмента (при замене окалиной 60-95% пигментной двуокиси титана в рецептуре краски) при получении водно-дисперсионных красок для наружных покрытий фасадов зданий, сооружений имеет существенное отличие и преимущество перед известными титаносодержащими пигментами, которые получаются из других отходов и техногенных образований.

Водно-дисперсионную краску готовят с использованием известного оборудования и технологических приемов ее изготовления.

В смеситель (дежу) с мешалкой (диссольвер) заливают воду в нормируемом количестве, затем последовательно при постоянном перемешивании с регулируемой скоростью подают дозированные в рецептурном количестве компоненты краски: пеногаситель и диспергатор; сухие компоненты (наполнители, двуокись титана и мелкодисперсный порошок титановой окалины). Затем смесь диспергируют до получения однородной массы (пасты). В полученную пасту добавляют пленкообразущее, перемешивают, загружают коалесцент, загуститель и консервант, продолжая перемешивание до однородного состояния. По окончании технологического процесса краска проверяется на соответствие нормативным требованиям.

Примеры опробованных рецептур краски приведены в таблице 1.

Определение основных свойств указанных составов предлагаемой водно-дисперсионной краски проводили по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ 28196-89.

Сравнительные результаты свойств предлагаемой краски в сравнении с данными прототипа и нормами для марки ВД-АК-111 по ГОСТ 28196-89 приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что при введении в рецептуру краски смеси двуокиси титана и титановой окалины в количестве 8 мас.% наблюдается снижение показателя по атмосферостойкости и, кроме того, при таком содержании смеси двуокиси титана и титановой окалины относительно мал экономический эффект, получаемый от замены двуокиси титана титановой окалиной.

При введении в рецептуру краски смеси двуокиси титана и титановой окалины в количестве 35 мас.% получена повышенная величина укрывистости высушенной пленки, что приводит к увеличению расхода краски.

Результаты испытаний заявленного состава предлагаемой краски показали соответствие ее основных свойств прототипу и нормам ГОСТ 28196-89. Одновременно выявлена высокая атмосферостойкость краски, а также возможность получения широкой гаммы бежевых оттенков краски, что и ставилось технической задачей предлагаемого решения.

Получена опытная партия краски цвета 1002 по картотеке RAL в объеме 50 кг и осуществлено окрашивание одной из стен административного здания на территории производственной площадки.

Наряду с техническим эффектом предлагаемое решение обеспечивает существенный экономический эффект от замены дорогой двуокиси титана титановой окалиной - промышленным отходом от производства изделий из титана и его сплавов. Это иллюстрируется нижеследующими технико-экономическими показателями.

Цена пигментной двуокиси титана в Уральском регионе - 140 руб./кг;

Средний расход двуокиси титана на 1 кг краски, % - 20;

Замена двуокиси титана титановой окалиной, % - 77;

Цена подготовленной для введения в рецептуру краски титановой окалины - 20 руб./кг.

При расходе двуокиси титана 0,2 кг по цене 140 руб./кг составляют - 28 руб. Например, при замене 77% двуокиси титана титановой окалиной суммарные затраты составят: 0,2·0,23·140+0,2·0,77·20=6,44+3,08=9,52 руб.

Таким образом, затраты на материалы, содержащие диоксид титана сокращаются при изготовлении краски в 2,9 раз. Экономия составляет 18,4 руб. на 1 кг краски.

При максимальной замене двуокиси титана титановой окалиной (95%) экономия затрат составит соответственно - 22,8 руб./кг краски.

Дополнительно решается актуальный вопрос повышения эффективности утилизации техногенных отходов.

Источники информации

1. ГОСТ 28196-89 «Краски водно-дисперсионные. Технические условия».

2. ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная».

3. RU 2241725 С2, 2003.

4. RU 2069223 C1, 1996.

5. RU 2348665 C1, 2007.

6. Картотека RAL, http://www.bronepol.ru.

7. RU 2291174 C1, 2005.

8. Герасимова Л.Г. и др. Пигменты и наполнители из техногенных отходов // Строительные материалы №4, 2002 г. стр. 32-34.

9. http://waste.ua/cooperation/2010/theses/suschinskiy.html.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к водно-дисперсионным краскам на основе сополимерной акрилатной дисперсии с введением пигментов, наполнителей и вспомогательных веществ. Водно-дисперсионная краска предназначена преимущественно для наружной окраски зданий и сооружений и содержит в качестве пигмента смесь двуокиси титана и титановой окалины - техногенного отхода, формирующегося с образованием диоксида титана в рутильной форме при промышленной высокотемпературной обработке титана и его сплавов, измельченной до фракции минус 60 мкм. Водно-дисперсионная краска включает пигмент - смесь двуокиси титана и титановой окалины, наполнители - мел и кальцит, пленкообразующее стирол-акрилатную дисперсию А-10, диспергатор, загуститель, пеногаситель, консервант, коалесцент и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пигмент 10-30, наполнители 34-50, пленкообразующее 12-19, диспергатор 0,4-0,6, загуститель 0,8-0,85, пеногаситель 0,2-0,3, консервант 0,2-0,3, коалесцент 0,5-0,6, вода - остальное. Рецептура краски обеспечивает высокие физико-механические и эксплуатационные свойства, в частности повышенные водостойкость, атмосферостойкость и морозостойкость. 2 табл.

Краска водно-дисперсионная, содержащая пигмент - двуокись титана, наполнители, пленкообразующее, диспергатор, загуститель, пеногаситель, консервант, коалесцент и воду, отличающаяся тем, что в качестве пигмента используют смесь двуокиси титана и титановой окалины - техногенного отхода, образующегося при промышленной высокотемпературной обработке титана и его сплавов, измельченной до фракции минус 60 мкм, в качестве пленкообразующего используется стирол-акрилатная дисперсия А-10, в качестве наполнителей - мел и кальцит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
смесь двуокиси титана и титановой окалины 10-30 наполнители 34-50 пленкообразующее 12-19 диспергатор 0,4-0,6 загуститель 0,8-0,85 пеногаситель 0,2-0,3 консервант 0,2-0,3 коалесцент 0,5-0,6 вода остальное.