УНИВЕРСАЛЬНАЯ КОЛЕРОВОЧНАЯ ПАСТА Российский патент 2023 года по МПК C09D17/00 C09D129/00 C08G18/54 

Изобретение относится к колеровочным пастам, предназначенным для использования в готовых базовых лакокрасочных материалах (ЛКМ).

Из уровня техники известна колеровочная композиция для окрасочных продуктов (патент RU 2157395 опубликовано: 10.10.2000 Бюл. № 28), содержащая 2-75 мас. % пигментного компонента (А), состоящего из одного или более органических и/или неорганических пигментов и, возможно пигментов-наполнителей, 10-60 мас. % компонента-разбавителя (Б), состоящего из одного или более органических растворителей, ни один из которых не является алифатическим спиртом или ароматическим углеводородом, и 10-50 мас.% (в расчете на 100% нелетучей части) компонента - пленкообразующего (В), состоящего из одного или более пленкообразующих, растворимых в компоненте-разбавителе (Б). Она отличается тем, что 20-100% от общей массы компонента-разбавителя (Б) составляет биодеградирующий эфир молочной кислоты и С1-С10 спирта, а 70-100% от общей массы компонента-пленкообразующего (В) составляют кетональдегидная смола, кетонная смола и/или альдегидная смола, которые по меньшей мере частично растворимы в растворителях окрасочных продуктов, включая алифатические углеводороды.

Известна универсальная пигментная колеровочная паста (патент на изобретение RU 2320691, опубликовано: 27.03.2008 Бюл. № 9), содержащая пигмент, пленкообразующее, диспергатор, загуститель, органический растворитель. В качестве пленкообразующего используют алкидную глифталевую смолу на основе льняного масла, глицерина и фталевого ангидрида в соотношении, мас.%: 45-47:17-19:34-38, с вязкостью 60 с, измеренной при температуре (20,0±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246, в виде 50%-ного раствора смолы в ксилоле с кислотным числом 17-19 мгКОН/г, в качестве загустителя используют загуститель Clayton AF, в качестве органического растворителя используют ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный 50%-ный раствор алкидной глифталевой смолы 30-40, ксилол 34-45, диспергатор 0,9-2, загуститель Clayton AF 0,3-0,5, пигмент - остальное.

Недостатком данного состава является ограниченное применение данных концентратов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является цветная паста для растворяющих красок (патент CN101085888, опубл. 12.12.2007). Она состоит из пигментов плюс альдегидных и кетоновых смол с отличной совместимостью с различными смолами, растворителями и добавками, экологически чистыми ацетатными растворителями, высокомолекулярными супердиспергаторами и средствами для обработки поверхности. Ее особенностью является то, что ее массовое содержание составляет: пигмент 25-80%, альдегидная и кетоновая смолы 5-32%, сложноэфирный растворитель 10-40%, диспергатор А составляет 1-9% или диспергатор В составляет 1-6%, средство для обработки поверхности 0-5%.

Недостатком данной пасты является содержание растворителя, что может повлиять на флокуляцию пигментов в каком-либо из типов связующих базовых красок, так как растворитель меняет полярность системы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка универсальной колеровочной пигментной пасты, без содержания растворителей в систему, которые могут пагубно повлиять на процессы стабилизации пигментов.

Данная задача решается тем, что универсальная колеровочная паста, содержит кетональдегидную смолу, смачивающий и диспергирующий агент и пигментный компонент, в качестве смачивающего и диспергирующего агента использован высокомолекулярный полимерный гипердисперсант с молекулярным весом ≥5000 г/моль, основанный на технологии контролируемой полимеризации акрилатов, с группой сродства к пигментам, а в качестве пигментов использован органический или неорганический пигмент, при следующем соотношении ингредиентов, в масс.% кетональдегидная смола – 42- 80, смачивающий и диспергирующий агент – 5-8, - пигментный компонент 15-50.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым составом, является универсальность колеровочной пасты, подходящей для всех известных баз, в том числе эпоксидных, акриловых, алкидных, полиуретановых и т.д.

Колеровочная паста применяется для придания цвета в лакокрасочных материалах.

Колеровочная паста для получения желтого, зеленого или синего цвета имеет следующий состав, масс.%:

- кетональдегидная смола – 42- 80

- смачивающий и диспергирующий агент – 5-8

- пигментный компонент, состоящий из органического или неорганического пигмента - 15-50.

Кетональдегидная смола не способна к пленкообразованию. Смола является производным алкил циклогексанона с карбонильными и гидроксильными функциональными группами. За счет своей химической природы данный тип смолы не омыляется, за счет чего сохраняется стабильность полученной пасты, обладает устойчивостью к пожелтению, что важно для колеровочных паст. Благодаря функциональным группам дает возможность получения паст с высокой интенсивностью цвета (возможность высокой загрузки пигментов), обеспечивает низкую вязкость пигментных концентратов и хорошую совместимость пигментных паст.

Смачиватель - диспергатор высокомолекулярный подбирали исходя из его эффективных свойств, а именно высокий молекулярный вес, хорошие реологические свойства системы, так как смачиватель – диспергатор имеет влияние на реологические свойства и смачивание пигмента, от чего зависит количество пигмента в колеровочной пасте. В качестве смачивающего и диспергирующего агента используют добавки, которые содержат в себе группы, обладающие сродством к пигменту, содержащие нейтрализованные группы «кислота и основание».

Высокомолекулярные смачивающие- диспергирующие добавки — это добавки с молекулярным весом ≥5000 г/моль, основаны на технологии контролируемой полимеризации акрилатов. Данная технология подразумевает структурированное распределение мономеров. Якорные группы создают молекулярное звено полиакрилата (контролируемой полимеризацией) и расположены в определенных (упорядоченных) местах.

Смачивающий и диспергирующий агент за счет своей молекулярной структуры позволяет ускорить процесс дробления (диспергирования) пигментов, обеспечивают получение стабильной суспензии.

В качестве диспергирующего агента используются амфифильные соединения, они гидрофильны и липофильны. Органические пигменты содержат в основном ароматические группы, поэтому применены добавки с содержанием фенильных и нафтильных групп. Для более лучшей эффективности применены добавки с несколькими функциональными группами для предотвращения процесса флокуляции пигмента. Химическая природа добавок представляет собой высокомолекулярные полимеры с группами, имеющие сродство к пигменту.

Смачивание частиц пигмента важно для их равномерного распределения в жидкости, частица пигмента должна быть полностью окружена жидкой средой, что дает хорошо диспергироваться пигменту в диспергирующей смоле. Диспергирующие добавки должны снижать поверхностное натяжение жидкости. Для смачивания твердого тела жидкостью поверхностное натяжение жидкости должно быть ниже поверхностного натяжения твердого тела. Жидкость с меньшим поверхностным натяжением лучше смачивает пигменты, чем жидкость с высоким поверхностным натяжением. Следовательно, добавка, улучшающая смачивание, должна в первую очередь снижать поверхностное натяжение жидкости. Если этого не происходит, пигмент не смачивается или плохо смачивается в диспергирующей среде.

Смачивающие диспергирующие добавки снижают вязкость колеровочных паст, что позволяет ввести максимальное количество пигмента в систему. Процесс диспергирования можно разделить на две стадии - смачивание, непосредственно диспергирование. Чтобы частицы пигмента были равномерно распределены в жидкой среде, они должны ею смочиться. Воздух, который содержится в пигментном порошке, должен быть полностью замещен, а частицы пигмента полностью окружены жидкостью. Процесс смачивания описывается уравнением Юнга. Смачивание пигмента зависит от поверхностного натяжения поверхностей. Добавка должна снижать поверхностное натяжение. Жидкость, имеющая поверхностное натяжение ниже лучше смачивает частицы пигмента (чем меньше угол смачивания, тем лучше смачивается поверхность частиц пигмента). Процесс диспергирования происходит более качественно, если частицы хорошо смочены диспергирующей фазой. Когда частицы пигмента уже достаточно смочены раствором пленкообразователя, то их поверхность покрыта добавкой, которая ослабляет взаимодействие между частицами пигмента и таким образом снижает вязкость пигментной пасты, что позволяет увеличить загрузку пигмента и процесс диспергирования (дробления) происходит быстрее, т.е. агломераты разрушаются до первичных или до меньших пигментных агрегатов. Оптимальное смачивание происходит, когда угол смачивания равен нулю. Таким образом, процесс диспергирования невозможен без процесса смачивания, так как разделить агломераты, если частицы не смочились жидкостью невозможно, эти функции выполняют добавки смачиватели-диспергаторы.

В качестве пигментов используют следующие пигменты: фталоцианиновый пигмент – пигмент синий с колор индексом 15:3 (Sinco Blue 4382-331); фталоцианиновый пигмент зеленый с колор индексом PG7 (Green 7), неорганический желтый пигмент с колор индексом PY 42 (S 920).

Пигменты выбраны по определенным Колор-Индексам для того, чтобы из набора паст возможно было создание сборных цветов по понтонам. При выборе пигментов руководствовались высокими показателями свето- и атмосферостойкости. Пигмент желтый PY 42 является неорганическим оксидом железа, что дает желтый цвет и стойкость к внешним факторам, пигмент синий органический Pb 15:3, пигмент зеленый PG7 — это синтезированный пигмент, который в зависимости от способа получения имеет различные оттенки. Они созданы на основе фталоцианина и металлов комплексообразователей меди, получая синий, и хлорированием фталоцианина меди приводит к зеленому, эти пигменты обладают химической стойкостью и высокими свойствами к воздействию свето-погоды, имеют насыщенные яркие синий и зеленый цвета. Атмосферостойкость не ниже 4 баллов, светостойкость не ниже 7.

Пигменты – это красящие вещества, которые используются для придания окраски другим материалам, в данном случае для получения цветных ЛКМ. Они влияют на механические характеристики покрытий, улучшают коррозионную стойкость и атмосферостойкость. Органические синтетические пигменты характеризуются входящими в них ароматическими группами, органические синтезированные пигменты имеют яркие цвета. Неорганические природные пигменты имеют в своем составе оксиды, сульфиды и др. и имеют цвета, соответствующие данным соединениям - тусклые, грязноватые оттенки. И те, и другие необходимы для создания полной необходимой палитры цветов. Также пигменты и синтетические, и неорганические нерастворимы в воде, функция у них одна – придание цвета.

Изготовление колеровочной пигментной пасты осуществляется по следующему технологическому процессу:

1. Приготовление смеси диспергирующей смолы, пигментов и добавки. Первым этапом загружается в дежу смола весь объем), сразу после загрузки смолы вводится смачиватель-диспергатор (весь объем). Осуществляется перемешивание до однородной массы. После чего порционно загружается пигмент, порция зависит от плотности пигмента – легкий пигмент смачивается сложнее, синий и зеленый пигменты ~ 5% до полного смачивания в жидкости, желтый - по ~ 10%. Перемешивается до полного его смачивания на средних оборотах диссольвера.

2. Приготовленный пигментный концентрат переходит в стадию диспергирования с помощью бисерной мельницы. Процесс диспергирования проводится с контролем температуры процесса не выше 35°С. Процесс диспергирования завершается при достижении степени перетира 7 мкм. Степень перетира измеряется с помощью лабораторного прибора - гриндометра.

3. Осуществление контроля качества полученного продукта – измерение вязкости, плотности и цветовых характеристик.

Ниже приведены примеры осуществления заявленного изобретения.

Пример 1.

Паста зеленая, имеющая состав, масс.%:

- кетональдегидная смола – 75,0

- пигмент фталоцианиновый зеленый– 20,0

- смачиватель - диспергатор высокомолекулярный W&D ВС 2152 – 5,0.

Результаты совместимости указаны в таблице №1.

Пример 2.

Паста синяя, имеющая состав, масс.%:

- кетональдегидная смола – 80,0

- пигмент фталоцианиновый синий – 15,0

- смачиватель - диспергатор высокомолекулярный W&D ВС 2152 – 5,0.

Результаты совместимости указаны в таблице №1.

Пример 3.

Паста желтая, имеющая состав, масс.%:

- кетональдегидная смола – 42,0

- пигмент неорганический желтый с колор индексом PY 42 (S 920) – 50,0

- смачиватель - диспергатор высокомолекулярный - W&D ВС 163 – 8,0.

Результаты совместимости указаны в таблице №1.

Заявленный состав имеет ряд преимуществ: не содержит растворителей в системе, имеет универсальные свойства по совместимости с различными типами связующих. Универсальность применения колеровочных паст, т. е. применение их с различными типами связующих ЛКМ, объясняется оригинальностью состава, которая достигнута с помощью изучения и применения добавок для смачивания диспергирования, созданных по технологии контролируемой полимеризации, что позволяет более широкий спектр их применения за счет узкого молекулярно-массового распределения, это обеспечивает более широкую совместимость, что доказано практически.

Важным аспектом для конечного потребителя является «универсальность» колеровочных паст, т.е. применение в различных типах связующих. Добиться совместимости колеровочной пасты и базы под колеровку достаточно сложный процесс, который требует множества вариантов проб, поэтому одной из задач стояло сделать такие колоранты, которые требуют минимальной адаптации применения их в базовых красках. Состав колорантов был подобран таким образом, чтобы свойства краски не подвергались значительным изменениям даже при максимальном количестве добавляемого колоранта. Термин «несовместимость» используется для обозначения различных типов проблем, например: ухудшение глянца, увеличение времени высыхания или потеря определенных свойств текучести краски. Совместимость в отношении окрашивания краски колорантом называется цветосоответствием. Это означает, что в противном случае, колорант не может развить свою полную цветосилу в краске.

Основным свойством изобретения является универсальное применение колеровочных паст, которое определяется с помощью rub-out теста с цветовым различием Δ E<1,0. Для проверки на совместимость брали 3% пасты с различными типами связующих, наносили спиральным аппликатором толщиной 300 мкм. Смесь наносится на контрастный картон для проведения rub-out теста - разница в цвете между стертой и нестертой краской. Допустимое значение цветового различия - Δ E≤1,0.

Результаты теста паст, полученных согласно заявляемого изобретения и известных аналогов, представлены в таблице 1.

Таблица 1 База Паста Зеленая Аналог Chromaflo Temacolor™ T 24 Паста Синяя Аналог Chromaflo Temacolor™ T 30 Паста Желтая Аналог Chromaflo Temacolor™ Т 22 Эпоксидное связующее Δ E<1,0 ΔЕ=2,8 Δ E<1,0 ΔЕ=3,9 Δ E<1,0 ΔЕ=4,2 Полиэфирное связующее Δ E<1,0 ΔЕ=1,3 Δ E<1,0 ΔЕ=1,2 Δ E<1,0 ΔЕ=2,0 Акриловое связующее Δ E<1,0 ΔЕ=1,0 Δ E<1,0 ΔЕ=1,2 Δ E<1,0 ΔЕ=1,3 Полиуретановое связующее Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Алкидное связующее Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0 Δ E<1,0

Изобретение относится к колеровочным пастам, предназначенным для использования в готовых базовых лакокрасочных материалах (ЛКМ). Предложена универсальная колеровочная паста, содержащая, масс.%: 42-80 кетональдегидной смолы, 5-8 смачивающего и диспергирующего агента, 15-50 пигментного компонента, при этом в качестве смачивающего и диспергирующего агента использован высокомолекулярный полимерный гипердисперсант с молекулярным весом ≥5000 г/моль, основанный на технологии контролируемой полимеризации акрилатов, с группой сродства к пигментам, а в качестве пигментов использован органический или неорганический пигмент. Технический результат – получение универсальной колеровочной пасты, подходящей для всех известных баз, таких как эпоксидных, акриловых, алкидных, полиуретановых. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Универсальная колеровочная паста, содержащая кетональдегидную смолу, смачивающий и диспергирующий агент и пигментный компонент, отличающаяся тем, что в качестве смачивающего и диспергирующего агента использован высокомолекулярный полимерный гипердисперсант с молекулярным весом ≥5000 г/моль, основанный на технологии контролируемой полимеризации акрилатов, с группой сродства к пигментам, а в качестве пигментов использован органический или неорганический пигмент, при следующем соотношении ингредиентов, масс.%:

- кетональдегидная смола – 42-80;

- смачивающий и диспергирующий агент – 5-8;

- пигментный компонент - 15-50.

2. Универсальная колеровочная паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве смачивающего и диспергирующего агента используют смачиватель - диспергатор высокомолекулярный W&D ВС 163 или W&D ВС 2152.

3. Универсальная колеровочная паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пигментного компонента используют пигмент синий с колор-индексом 15:3 (Sinco Blue 4382-331), фталоцианиновый пигмент зеленый с колор-индексом PG7 (Green 7), неорганический желтый пигмент с колор-индексом PY 42 (S 920).