Композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя Российский патент 2024 года по МПК C08L53/02 C09D7/40 C08K13/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к защитным покрытиям и герметикам на основе растворителей.

Заявленное изобретение может быть использовано в области строительства для покрытия плоской или скатной кровли из битума, технониколя, рубероида, металла, бетона, дерева, ОСБ, шифера, профнастила и других схожих материалов, а также бассейнов, прудов, резервуаров, крыш гаражей, лодок, тентов, не ограничиваясь приведенным перечнем.

Уровень техники

Широко известны акриловые покрытия на водной основе (например, описанные в патентах РФ №№ 2241725 от 17.06.2003, 2550824 от 11.01.2011, 2287506 от 27.04.2005).

Такие покрытия имеют общий недостаток:

Покрытия на водной основе имеют ограниченную полезность в некоторых климатических условиях из-за их чувствительности к осадкам, замерзанию и высокой влажности. Они также имеют плохую адгезию к некоторым распространенным кровельным материалам, включая TPO (термопластичный полиолефин), EPDM (разновидность синтетического каучука) и битумные кровли. Одним существенным недостатком таких покрытий является то, что их обычно нельзя наносить непосредственно на поверхность из асфальта или EPDM. В случае с асфальтом различные окрашенные компоненты вымываются из асфальта и попадают в белый слой покрытия, что снижает теплоотражающую способность покрытия. С крышами из EPDM эти покрытия на основе растворителя вызывают нежелательные уровни набухания и образования складок при нанесении непосредственно на поверхность каучука EPDM.

Известны пигментированные синтетические эластомерные покрытия на основе углеводородных растворителей, обычно содержащие стирол-этилен/пропилен-стирольный блок-полимер и клейкую смолу для обеспечения необходимого уровня водостойкости и адгезии или связывания пигмента.

Недостатком углеводородных растворителей, используемых в композициях для покрытий (алифатические углеводороды, ароматические углеводороды или их смеси), является низкая температура воспламенения. Желательно иметь не менее 37-38°С, для снижения потенциальной опасности возгорания, связанной с углеводородами растворителей. Время высыхания углеводородных растворителей обратно пропорционально температуре вспышки. Для повышения эффективности работ и сведения к минимуму прилипания почвы, листьев или другого мусора, переносимого по воздуху, к поверхности кровельного покрытия желательно быстрое время высыхания. В промышленности существует стремление к более быстрому времени высыхания кровельных покрытий на основе растворителей, чего нельзя достичь с помощью одних только углеводородов из-за пожароопасности необходимых растворителей с более низкой температурой воспламенения и более высокого воздействия таких растворителей на окружающую среду (https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=895821) . 

Материалы на основе полимерной смолы, используемые в покрытиях, хорошо известны в данной области техники. Композиции могут включать любой полимер, пригодный для использования в качестве материала покрытия поверхности (например, алкиды, эпоксидные смолы, полиуретаны, акриловые смолы, винилы, углеводородные смолы, каучуки и т.п.). В контексте кровельных покрытий, герметиков и т.п. предпочтительные полимерные смолы включают, без ограничения, эластомерные полимеры, такие как термопластичные каучуки (натуральные и синтетические, такие как стирол-бутадиен,  полибутадиен, этиленпропилен, акрилонитрилбутадиен, полиизопрен и т.д.), термопластичные углеводородные смолы (например, термопластичные альфа-метилстирольные полимеры, гидрированные углеводородные смолы и т.д.) и т.п.

Особенно предпочтительным эластомерным полимером является синтетический термопластичный каучук, такой как блок-сополимер стирола (например, блок-полимер стирол-этилен/бутилен-стирол (SEBS)). Полимеры SEBS включают блок полистирола, примыкающий к обоим концам блока сополимера этилена/бутилена. Подходящие блок-сополимеры стирола, такие как блок-сополимеры SEBS, хорошо известны в данной области техники и коммерчески доступны из различных источников, таких как продукты серии KRATON полимеров SEBS G (например, KRATON 1652, KRATON 1726 и т.п.) от фирмы Kraton Polymers LLC, Хьюстон, Техас.

Известна композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя, содержащая эластомерную полимерную смолу, диспергированную в растворителе, содержащем н-пропилбромид, где полимерная смола состоит из блок-полимера стирол-этилен/бутилен-стирол (СЭБС) и присутствует в композиции в концентрации в диапазоне от 5 до 60 процентов по массе, и растворитель присутствует в концентрации в диапазоне от 10 до 80 процентов по массе в расчете на общую массу композиции, и композиция включает от 2 до 50 процентов по массе наполнителя в расчете на общую массу композиции.

Растворитель содержит от 5 до 60 процентов по массе н-пропилбромида и от 5 до 40 процентов по массе жидкого алифатического углеводорода в расчете на общую массу растворителя.

Жидкий алифатический углеводород имеет температуру воспламенения по меньшей мере 37°С.

Растворитель дополнительно содержит от 0,1 до 25 мас.% жидкого ароматического углеводорода, содержащий ксилол (аналог - СА №02762672 (С), МПК C09D153/00; C09D5/02; C09D7/12, 2013 г., п.п.1-5).

Недостатком известной композиции является использование органического растворителя н-пропилбромида (1-бромпропан  или nPB). 

В ЕС 1-бромпропан был классифицирован как репродуктивный токсикант согласно регистрации, оценке, разрешению и ограничению химических веществ, что делает его "веществом, вызывающим очень серьезную озабоченность".

С 5 января 2022 года 1-бромпропан был добавлен в список опасных загрязнителей воздуха в соответствии с Законом США о чистом воздухе (HAP)

https://dev.abcdef.wiki/wiki/1-Bromopropane

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.5bb671ed-651c53d4-6dbdaa1e-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/1-Bromopropane

Известна композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя, содержащая от 2 до 50 процентов по весу наполнителя и от 5 до 60 процентов по весу эластомерного полимера, диспергированного в количестве от 10 до 80 процентов по весу от общего веса композиции. основе, растворителя, содержащего от 5 до 60 процентов по весу н-пропилбромида, от 5 до 40 процентов по весу жидкого алифатического углеводорода и от 0,1 до 25 процентов по весу жидкого ароматического углеводорода, на общий вес растворителя; при этом эластомерный полимер состоит из блок-полимера стирол-этилен/бутилен-стирол (SEBS).

Полимер СЭБС присутствует в комбинации в концентрации в диапазоне от 8 до около 30 процентов по весу.

Жидкий алифатический углеводород включает уайт-спирит и
имеет температуру воспламенения по меньшей мере 37°С.

Растворитель составляет от 3 до 20 процентов по массе жидкого ароматического углеводорода, содержащего толуол, ксилол, кумол, псевдокумол или их комбинацию.

Жидкий ароматический углеводород содержит ксилол.

Содержит один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из антиоксиданта, светостабилизатора, поверхностно-активного вещества и диспергатора.

Дополнительно содержащей от 6 до 30 мас.% гидрогенизированной углеводородной смолы (аналог - СА №02762672 (С), МПК C09D153/00; C09D5/02; C09D7/12, 2013 г., п.п.10-18).

Недостатком известной композиции является использование органического растворителя н-пропилбромида (1-бромпропан  или nPB). 

В ЕС 1-бромпропан был классифицирован как репродуктивный токсикант согласно регистрации, оценке, разрешению и ограничению химических веществ, что делает его "веществом, вызывающим очень серьезную озабоченность".

С 5 января 2022 года 1-бромпропан был добавлен в список опасных загрязнителей воздуха в соответствии с Законом США о чистом воздухе (HAP)

https://dev.abcdef.wiki/wiki/1-Bromopropane

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.5bb671ed-651c53d4-6dbdaa1e-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/1-Bromopropane

Известна композиция, выбранная в качестве прототипа, для поверхностного покрытия на основе растворителя, включающая от 2 до 50 процентов по весу наполнителя и от 5 до 60 процентов по весу эластомерной полимерной смолы, диспергированной в растворителе с содержанием от 10 до 80 процентов по весу от 5 до 60% по массе н-пропилбромида и от 5 до 40% по массе жидкого алифатического углеводорода (уайт-спирит); при этом полимерная смола состоит из блок-полимера стирол-этилен/бутилен-стирол (SEBS).

Растворитель дополнительно содержит от 0,1 до 25 мас.% жидкого ароматического углеводорода (толуол, ксилол)

Наполнитель содержит по меньшей мере один минерал, выбранный из группы, состоящей из карбоната кальция, диоксида титана (диоксида титана), диоксида кремния (кремнезема), оксида алюминия (оксида алюминия), гидроксида алюминия, оксида церия (оксида церия), оксид циркония (диоксид циркония), оксид цинка и глина.

Дополнительно содержащая от 6 до 20 мас.% гидрогенизированной углеводородной смолы (см. патент СА №02762672 (С), МПК C09D153/00; C09D5/02; C09D7/12, 2013 г., п.п.6-9). Данное решение принято за прототип.

Недостатком известной композиции является использование органического растворителя н-пропилбромида (1-бромпропан  или nPB). 

В ЕС 1-бромпропан был классифицирован как репродуктивный токсикант согласно регистрации, оценке, разрешению и ограничению химических веществ, что делает его "веществом, вызывающим очень серьезную озабоченность".

С 5 января 2022 года 1-бромпропан был добавлен в список опасных загрязнителей воздуха в соответствии с Законом США о чистом воздухе (HAP)

https://dev.abcdef.wiki/wiki/1-Bromopropane

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.5bb671ed-651c53d4-6dbdaa1e-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/1-Bromopropane

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании экологически приемлемого поверхностного покрытия на основе растворителя применимого, например, в качестве пигментированного полимерного покрытия для крыш, обладающего повышенной долговечностью.

Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении экологии окружающей среды и повышении срока службы за счет исключении из композиции н-пропилбромида (1-бромпропан  или nPB) и применения наночастиц, без ухудшения эксплуатационных показателей композиции. Технический результат от использования изобретения заключается также в повышении гидрофобности покрытия (угол смачивания >90 градусов), вода скатывается с поверхности под минимальным уклоном.

Поставленная техническая проблема и заявленный технический результат достигается за счет того, что в композиции для поверхностного покрытия на основе растворителя, включающей наполнитель, содержащий минералы, выбранные из группы, состоящей из диоксида титана, диоксида кремния, оксида цинка; блок-полимер стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС), диспергированные в растворителе, состоящем из смеси толуола и ксилола; гидрогенизированную углеводородную смолу, антиоксидант и светостабилизатор, в соответствии с изобретением композиция дополнительно содержит нефтеполимерную смолу С9, микрокальцит, тальк, в качестве гидрогенизированной углеводородной смолы выступает гидрогенизированная смола С5, при этом SiO2 представляет собой наночастицы размером 20-30 нм, покрытые лигандом – тетраэтоксисиланом, а ZnO – наночастицы размером 60-70 нм, покрытые лигандом – олеиновая кислота, в следующих соотношениях, масс. ч:

СЭБС -9,7-11;

TiO₂ -2,9 -3,3;

Гидрогенизированная смола С5 7,8 -8,7;

Нефтеполимерная смола С9 1,9 -2,2;

Антиоксидант – 0,2;

Светостабилизатор – 0,2;

Микрокальцит - 19,4-22;

Тальк – 3,9-4,4;

Наночастицы SiO₂ -5-10

Наночастицы ZnO – 5-10

Толуол, о-ксилол – остальное.

В качестве антиоксиданта использован BASF Irganox 1010.

В качестве светостабилизатора использован BASF Tinuvin 329.

Наночастицы покрыты лигандами.

Для наночастиц SiO2 использован лиганд – тетраэтоксисилан.

Для наночастиц ZnO использован лиганд - олеиновая кислота.

СЭБС является резиноподобным материалом, имеющим хорошую устойчивость к атмосферному воздействию: влаге, ветровым нагрузками, УФ и другим внешним факторам; высокой прочностью на разрыв, износостойкость; стойкость к воздействию химических веществ; хорошая эластичность. 

Использование диоксида титана увеличивает износостойкость покрытия, обеспечивает улучшение защиты от ультрафиолетового излучения и возгорания.

Гидрогенизированная смола С5 и нефтеполимерная смола С9 улучшают адгезию.

BASF Irganox 1010 - эффективно защищает пластмассы, синтетические волокна, эластомеры, клеи, воски, масла и жиры от термоокислительной деструкции.

BASF Tinuvin 329 является эффективным стабилизатором света для различных пластмасс и других органических субстратов. Он защищает полимеры от УФ-энергии, помогая сохранить первоначальный внешний вид и физическую целостность формованных изделий, пленок, листов и волокон от выветривания на открытом воздухе. 

Микрокальцит усиливает прочность композиции.

Тальк увеличивает вязкость композиции.

Наночастицы SiO₂ повышают гидрофобные свойства и угол смачивания.

Наночастицы ZnO повышают защитные свойства от УФ-излучения.

Меньший размер частиц даёт большее их количество в поверхностном слое, следовательно повышает эффективность воздействия наночастиц для придания требуемых свойств композиции.

Толуол, о-ксилол – эффективные растворители.

Значения компонентов, приведенных в формуле сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование Описание Примечание Масс. ч KRATON G1643 Сополимер стирола, этилена и бутилена (СЭБС) с содержанием стирола 30% по массе. Полимерная смола, основное связующее материала 9,7-11 TiO₂ Диоксид Титана (наполнитель) Белый пигмент 2,9-3,3 DW100 Гидрогенизированная смола С5 Для улучшения адгезии 7,8-8,7 HIKOTACK P-120 Нефтеполимерная смола С9 Для улучшения адгезии 1,9-2,2 BASF Irganox 1010 Антиоксидант Антиоксидант 0,2 BASF Tinuvin 329 Светостабилизатор Светостабилизатор 0,2 Микрокальцит Минеральный наполнитель Усиление прочности 19,4-22,0 Тальк Минеральный наполнитель Увеличение вязкости 3,9-4,4 Наночастицы SiO₂ Диоксид кремния (наполнитель) Наночастицы, повышение гидрофобных свойств и угла смачивания 5 -10 Наночастицы ZnO Оксид цинка Наночастицы, повышение защитных свойств от УФ-излучения 5 - 10 Толуол,
о-ксилол Растворители Дисперсионная среда Осталь
ное

Осуществление изобретения

Композицию получают следующим образом: в смеситель загружают растворители, затем остальные компоненты: СЭБС, пигмент, нефтеполимерные смолы, антиоксидант, светостабилизатор, наполнители, наночастицы и перемешивают до получения однородной массы. Полученную смесь диспергируют в течение 60 мин.

Диспергирование проводят в диссольвере при комнатной температуре. Порядок смешивания компонентов в растворителе соответствует порядку упоминания компонентов в таблице примеров. Как видно из таблицы примеров, при увеличении концентрации наночастиц SiO2 увеличивается угол смачивания. Действие наночастиц ZnO проверяли визуально после продолжительного воздействия УФ-излучения. Наночастицы вводятся не в чистом виде, а покрытые лигандами - тетраэтоксисилан для увеличения стабильности при диспергировании и увеличения гидрофобных свойств наночастиц SiO2 и лигандами- олеиновая кислота для увеличения стабильности повышения защитных свойств от УФ-излучения наночастиц ZnO.

Продукция представляет собой однородную, однокомпонентную, пластичную массу.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, приведенными в Таблице 2.

Таблица 2.

Наименование Описание При-
мер 1
Масс. ч При-мер 2
Масс. ч При-мер 3
Масс. ч При-мер 4
Масс. ч При-мер 5
Масс. ч При-мер 6
Масс. ч KRATON G1643 Сополимер стирола, этилена и бутилена (СЭБС) с содержанием стирола 30% по массе. 11,0 10,7 10,4 10,2 10,0 9,7 TiO₂
Диоксид Титана (наполнитель) 3,3 3,2 3,1 3,0 3,0 2,9 DW100 Гидрогенизированная смола С5 8,7 8,5 8,4 8,2 8,0 7,8 HIKOTACK P-120 Нефтеполимерная смола С9 2,2 2,1 2,0 2,0 2,0 1,9 BASF Irganox 1010 Антиоксидант 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 BASF Tinuvin 329 Светостабилизатор 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Микрокальцит Минеральный наполнитель 22,0 21,4 20,9 20,4 19,9 19,4 Тальк
Минеральный наполнитель 4,4 4,3 4,2 4,0 4,0 3,9 Наночастицы SiO₂
Диоксида кремния (наполнитель) 5,0
*47° 6,0
*61° 7,0
*76° 8,0
*95° 9,0
*109° 10,0
*111° Наночастицы ZnO Оксида цинка 5,0
**3
балла 6,0
**3 балла 7,0
**3
балла 8,0
**2
балла 9,0
**2
балла 10,0
**3
балла Толуол Растворитель 19,0 18,7 18,3 17,9 17,35 17,0 О-ксилол Растворитель 19,0 18,7 18,3 17,9 17,35 17,0

*- угол смачивания

**- изменение цвета покрытия после 100 ч воздействия УФ лампы (ГОСТ 9.407)

В результате проведенных испытаний композиции с различным сочетанием количественного содержания входящих в его состав компонентов (см. Таблицу 2) был сделан следующий вывод:

Оптимальный состав приведен в примере №4, потому что в нем начинают проявляться заявленные свойства - гидрофобность (угол смачивания >90 градусов), вода скатывается с поверхности под минимальным уклоном, обеспечиваемые оптимальным количество наночастиц в составе, дающим гидрофобные свойства. Покрытие выдерживает испытание непрерывным УФ-излучением в течение 100 ч без изменения внешнего вида, обеспечиваемое оптимальным количеством наночастиц в составе, соответствующее требованиям ГОСТа.

При эксплуатации различные абразивные частицы, такие как песок или лёд с помощью ветра непрерывно воздействуют на поверхность кровли. Такое постоянное воздействие на поверхность вызывает износ материалов. Использование в наполнителе микрокальцита, усиливающего прочность композиции, талька, увеличивающего вязкость композиции, нефтеполимерной алифатической смолы С5 и нефтеполимерной ароматической смолы С9, улучшающих адгезию покрытия, использование частиц наполнителя разного размера даёт большее сопротивление движению слоёв материала относительно друг друга, что повышает сопротивление износу, а следовательно, увеличивает срок эксплуатации покрытия.

Износостойкость напрямую влияет на долговечность.

На основе предлагаемого изобретения разработан жидкий, однокомпонентный полимерный кровельный материал, представляющий собой гидроизоляционный материал, предназначенный для гидроизоляции плоской, а также скатной кровли (далее по тексту – материал или продукция).

Области применения продукции: плоские и скатные кровли из битума, технониколя, рубероида, металла, бетона, дерева, ОСБ, шифера, профнастила и других схожих материалов, а также бассейны, пруды, резервуары, крыши гаражей, лодки, тенты, стеклопластик, пластик.

Как показали результаты испытаний, покрытие, образуемое заявленной композицией, сохраняет свои свойства в условиях умеренного, умеренно-холодного и холодного (У, УХЛ, ХЛ) климата категории размещения 1 и 2 согласно ГОСТ 15150 и ГОСТ 9.104 в интервале температур от минус 55 до плюс 180 °С в течение расчётного срока службы не менее 5 лет.

Материал, изготовленный из заявленной композиции для поверхностного покрытия на основе растворителя, наносится на любую поверхность, очищенную от пыли и грязи, шпателем, кистью, валиком или аппаратным методом при температуре от -25°С до +35°С.

Предварительная грунтовка поверхности не требуется.

Материал, изготовленный из заявленной композиции для поверхностного покрытия на основе растворителя, выдерживает испытания на гибкость в соответствии с ГОСТ 30693.

При изготовлении продукции используются неорганическое вяжущее с использованием силикатных химических добавок и наполнителя минерального происхождения.

По согласованию с заказчиком допускается использовать сырьё других видов (как отечественное, так и импортное), по качеству отвечающее требованиям технических условий и ГОСТов.

Материал, изготовленный из заявленной композиции для поверхностного покрытия на основе растворителя, в условиях эксплуатации не оказывает вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Работа с ним не требует особых мер предосторожности.

Отходы продукции не токсичны. Загрязненные сточные воды не образуются (воды, сбрасываемые в канализацию, считаются условно чистыми)

Материал, изготовленный из заявленной композиции для поверхностного покрытия на основе растворителя, транспортируется любым видом транспорта крытого типа при температуре от минус 30°С до плюс 80°С в условиях, обеспечивающих её сохранность, в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта ГОСТ 9980.5.

Предлагаемая композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя — это современное и эффективное покрытие для крыш, которое является экологически безопасным, долговечным и обеспечивает надежную защиту от воды и коррозии.

Композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя может быть изготовлена на известном технологическом оборудовании.

Заявленное изобретение может быть использовано в области строительства для покрытия плоской или скатной кровли из битума, технониколя, рубероида, металла, бетона, дерева, ОСБ, шифера, профнастила и других схожих материалов, а также бассейнов, прудов, резервуаров, крыш гаражей, лодок, тентов, не ограничиваясь приведенным перечнем.

Настоящее изобретение относится к защитным покрытиям и герметикам на основе растворителей. Предложена композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя, содержащая в масс.ч: 9,7-11 блок-полимера СЭБС, 2,9-3,3 TiO₂, 7,8-8,7 гидрогенизированной смолы С5, 1,9-2,2 нефтеполимерной смолы С9, 0,2 антиоксиданта, 0,2 светостабилизатора, 19,4-22 микрокальцита, 3,9-4,4 талька, 5-10 наночастицы SiO₂, 5-10 наночастицы ZnO, и остальное до 100 масс.ч толуола, при этом SiO₂ представляет собой наночастицы размером 20-30 нм, покрытые лигандом – тетраэтоксисиланом, а ZnO – наночастицы размером 60-70 нм, покрытые лигандом – олеиновая кислота. Технический результат – повышение срока службы и гидрофобности покрытия, а также улучшение экологии окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

1. Композиция для поверхностного покрытия на основе растворителя, включающая наполнитель, содержащий минералы, выбранные из группы, состоящей из диоксида титана, диоксида кремния, оксида цинка; блок-полимер стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС), диспергированные в растворителе, состоящем из смеси толуола и ксилола; гидрогенизированную углеводородную смолу, антиоксидант и светостабилизатор, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит нефтеполимерную смолу С9, микрокальцит, тальк, в качестве гидрогенизированной углеводородной смолы выступает гидрогенизированная смола С5, при этом SiO₂ представляет собой наночастицы размером 20-30 нм, покрытые лигандом – тетраэтоксисиланом, а ZnO – наночастицы размером 60-70 нм, покрытые лигандом – олеиновая кислота, в следующих соотношениях, масс.ч:

СЭБС 9,7-11 TiO2 2,9 -3,3 Гидрогенизированная смола С5 7,8 -8,7 Нефтеполимерная смола С9 1,9 -2,2 Антиоксидант 0,2 Светостабилизатор 0,2 Микрокальцит 19,4-22 Тальк 3,9-4,4 Наночастицы SiO₂ 5-10 Наночастицы ZnO 5-10 Толуол, о-ксилол остальное до 100 масс.ч

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве антиоксиданта использован BASF Irganox 1010.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве светостабилизатора использован BASF Tinuvin 329