Стабильные при хранении водные восковые дисперсии Российский патент 2025 года по МПК C09D191/06 C09D5/14 C08F20/06 

Область техники

Изобретение относится к области коллоидной химии, а точнее к способу получения стабильных при хранении, обладающих хорошими реологическими свойствами, удобных в использовании и простых в получении водных восковых дисперсий, которые могут быть использованы в качестве добавок к лакокрасочным материалам, покрытиям по дереву, покрытиям для металлических банок и т.п.

Уровень техники

Восковые добавки являются важным компонентом в различных отраслях, включая бытовую и промышленную химию, а также промышленную косметику. Также указанные продукты широко применяются для изготовления различного рода и назначения покрытий. В последние годы производители активно исследуют и разрабатывают новые продукты на основе природных и синтетических восков, такие как восковые дисперсии и восковые эмульсии.

Восковые дисперсии повышают стойкость покрытий к механическим воздействиям (царапанью, истиранию), позволяют добиться гидрофобности покрытия, эффекта антиблокинг, а также придают покрытиям матовость и эффект «soft-touch».

Известен способ получения водных восковых дисперсий, состоящих из 20-55% по массе воска, 1-2,5% по массе эмульгатора и 50-80% по массе воды, обладающих вязкостью менее 1000 сПз (патент US 8853284, дата публикации 03.12.2009). Недостатком этого способа является гомогенизация дисперсии в условиях высокого давления.

В патентной заявке US 5746812 А, дата публикации 05.05.1998, описан способ получения водных дисперсий полиолефиновых восков, не содержащих карбоксильных групп, с размером частиц от 1 до 50 мкм с содержанием сухого остатка до 65% по массе и вязкостью от 200 до 5000 сПз. Недостатком этого способа является невозможность получения дисперсий натуральных или окисленных и модифицированных синтетических восков.

В патенте US 9085713 B2, дата публикации 30.05.2013, который принят нами за наиболее близкий аналог, описан способ получения водных дисперсий, состоящих из 5-65% по массе микронизированного воска с размером частиц от 1 до 100 мкм и кислотным числом от 0 до 10 мг KOH/г воска, 0,1-20% загущающего/диспергирующего агента, 0,01-5% растворимого в воде основания, 0,1-40% полимерного связующего, 0,1-5% эмульгатора, 0,1-5% природного глинистого минерала. К недостаткам этого способа можно отнести высокую вязкость получаемых дисперсий -от 2000 до 10000 сПз, что усложняет их использование в покрытиях.

Задачей предложенного изобретения является устранение недостатков известного уровня техники и получение водных дисперсий синтетических, модифицированных синтетических и натуральных восков, отличающихся простотой в получении и обладающих вязкостью менее 1000 сПз.

Раскрытие изобретения

Для решения поставленной задачи предложена стабильная при хранении водная восковая дисперсия.

Техническим результатом изобретения является получение стабильной при хранении водной восковой дисперсии синтетических, модифицированных синтетических и натуральных восков, которые являются простыми в получении и обладают вязкостью менее 1000 сПз, что в свою очередь упрощает возможность использования данных дисперсий для изготовления покрытий.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предложена стабильная при хранении водная восковая дисперсия для использования в покрытиях, которая включает в своем составе следующие компоненты, в мас. %:

a) от 20 до 55 микронизированного воска синтетического или натурального происхождения со средним размером частиц от 1 до 100 мкм;

b) от 1 до 10 диспергирующего агента, в качестве которого могут быть использованы растворы аммонийных или натриевых солей полиметакриловой и полиакриловой кислот, растворы полиметакриловой и полиакриловой кислот, растворы сополимера акриловой кислоты с малеиновой кислотой и т.п.;

c) от 1 до 10 эмульгатора, в качестве которого могут быть использованы неионогенные поверхностно-активные вещества, которые получают путем присоединения окиси этилена к спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и т.п.;

d) от 0,05 до 3 стабилизатора (защитного коллоида), в качестве которого могут быть использованы различные белки, полисахариды, декстраны и пектиновые вещества;

e) от 0,1 до 0,8 пеногасителя, в частности, наиболее предпочтительным является использование силиконсодержащих пеногасителей;

f) от 0,1 до 0,5 биоцида, в качестве которого могут быть использованы соли четвертичного аммония, хлорфенолы, изотиазолин, бром- и хлорорганические соединения, оксазолидиноны, триазины и т.п.;

g) вода - остальное до 100.

В качестве микронизированного воска натурального происхождения используются предпочтительно карнаубский воск со средним размером частиц от 1 до 100 мкм, в качестве микронизированного воска синтетического происхождения используются предпочтительно немодифицированный полиэтиленовый и модифицированный полиэтиленовый воски со средним размером частиц от 1 до 100 мкм. Под термином «модифицированный полиэтиленовый воск» понимается модификация полиэтиленового воска путем введения в его структуру полярных групп. Данный прием модификации полиэтиленового воска является хорошо знакомым специалистам в данной области. Указанный средний размер частиц микронизированного воска является оптимальным для получения заданного размера частиц готовой дисперсии, ее однородности и гомогенности.

Защитные коллоиды (различные белки, полисахариды, декстраны и пектиновые вещества), которые являются стабилизаторами, - это вещества, повышающие агрегативную устойчивость дисперсных систем за счет адсорбции на поверхности дисперсной фазы с образованием адсорбционно-сольватных оболочек.

В качестве пеногасителя используют предпочтительно силиконовые пеногасители. Силиконовые пеногасители превосходят органические аналоги по пеногасящей способности, работают быстрее, действуют дольше. Отличаются экономичностью (расход от 0,00001 до 1% веса), их поверхностное натяжение очень мало и они быстро растекаются по пенящейся среде. Химически инертны к большинству веществ, действуют независимо от компонентов, вызывающих вспенивание. Применяются в широком диапазоне температур от -40 до +250°C. Отличаются малой токсичностью, нелетучестью, способностью работать в различных средах, пожаро-взрывобезопасностью. Силиконовые пеногасители хорошо растворимы в ароматических углеводородах. Не оказывают корродирующего действия на металлы. При хранении стабильны. Не имеют запаха, не являются промышленными аллергенами, не обладают кумулятивными свойствами, экологически безвредны. Силиконовые пеногасители эффективно используется для гашения пены в процессах, сопровождающихся обильным, средним и малым пенообразованием.

Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально и обусловлено получением наиболее лучших показателей получаемой дисперсии, в частности, ее вязкости.

Суть метода получения предложенной дисперсии заключается в загрузке компонентов в сосуд и их диспергировании на высокой скорости (500-1000 об/мин). Диспергирование осуществляют при комнатной температуре и атмосферном давлении. Диспергирование осуществляют с помощью диспергирующего устройства, такого как лабораторный миксер, лабораторный блендер.

В результате получают однородные и стабильные дисперсии с вязкостью от 50 до 1000 сПз.

Не связываясь теорией, мы считаем, что основным отличием предложенного состава от наиболее близкого аналога является использование в наиболее близком аналоге таких модификаторов реологии, которые вызывают значительное увеличение вязкости состава. Данная проблема устранена в нашем изобретении, что подтверждено экспериментальными данными, приведенными ниже.

Осуществление изобретения

Нами были проведены экспериментальные исследования, в результате которых было получено несколько составов по изобретению, свойства которых затем были исследованы. Были получены следующие результаты.

Пример 1

В емкость для диспергирования загрузили 54,35% по массе воды, внесли 0,30% по массе биоцида, представляющего собой биоцид CMIT/MIT, 0,05% по массе стабилизатора, представляющего собой полисахарид, 3,00% по массе эмульгатора, представляющего собой сложный эфир полиоксиэтиленсорбитана и жирной кислоты, 2,00% по массе диспергирующего агента, представляющего собой раствор полиакриловой кислоты, 0,30% по массе силиконового пеногасителя и 40,00% по массе микронизированного полиэтиленового воска со средним размером частиц менее 100 мкм. Смесь диспергировали до гомогенности при комнатной температуре и атмосферном давлении при скорости перемешивания примерно 800 об/мин. Получили однородную белую текучую дисперсию, вязкость 96 сПз при н.у. (DIN 53019-1), размер частиц d50 = 17,2 мкм, d90 = 41,5 мкм (Лазерный анализатор частиц). Дисперсия не расслаивается со временем и является стабильной.

Пример 2

В емкость для диспергирования загрузили 55,30% по массе воды, внесли 0,30% по массе биоцида, представляющего собой биоцид CMIT/MIT, 0,10% по массе стабилизатора, представляющего собой полисахарид, 2,00% по массе эмульгатора, представляющего собой этоксилированный спирт, 2,00% по массе диспергирующего агента, представляющего собой раствор сополимера акриловой кислоты с малеиновой кислотой, 0,30% по массе силиконового пеногасителя и 40,00% по массе микронизированного полиэтиленового воска со средним размером частиц менее 100 мкм. Смесь диспергировали до гомогенности при комнатной температуре и атмосферном давлении при скорости перемешивания примерно 1000 об/мин. Получили однородную белую текучую дисперсию, вязкость 741,00 сПз при н.у. (DIN 53019-1), размер частиц d50 = 17,90 мкм, d90 = 42,50 мкм (Лазерный анализатор частиц). Дисперсия не расслаивается со временем и является стабильной.

Пример 3

В емкость для диспергирования загрузили 60,30% по массе воды, внесли 0,30% по массе биоцида, представляющего собой биоцид CMIT/MIT, 0,10% по массе стабилизатора, представляющего собой полисахарид, 2,00% по массе эмульгатора, представляющего собой этоксилированный спирт, 2,00% по массе диспергирующего агента, представляющего собой раствор натриевой соли полиакриловой кислоты, 0,30% по массе силиконового пеногасителя и 35,00% по массе микронизированного модифицированного полиэтиленового воска со средним размером частиц менее 100 мкм. Смесь диспергировали до гомогенности при комнатной температуре и атмосферном давлении при скорости перемешивания примерно 1000 об/мин. Получили однородную текучую дисперсию, вязкость 247,50 сПз при н.у. (DIN 53019-1), размер частиц d50 = 32,2 мкм, d90 = 64,5 мкм (Лазерный анализатор частиц). Дисперсия не расслаивается со временем и является стабильной.

Пример 4

В емкость для диспергирования загрузили 55,30% по массе воды, внесли 0,30% биоцида, представляющего собой биоцид CMIT/MIT, 0,10% по массе стабилизатора, представляющего собой полисахарид, 2,00% по массе эмульгатора, представляющего собой этоксилированный спирт, 2,00% по массе диспергирующего агента, представляющего собой раствор натриевой соли полиакриловой кислоты, 0,30% по массе силиконового пеногасителя и 35,00% по массе микронизированного карнаубского воска со средним размером частиц менее 100 мкм. Смесь диспергировали до гомогенности при комнатной температуре и атмосферном давлении при скорости перемешивания примерно 1000 об/мин. Получили однородную желтую текучую дисперсию, вязкость 977,00 сПз при н.у. (DIN 53019-1), размер частиц d50 = 18,3 мкм, d90 = 50,5 мкм (Лазерный анализатор частиц). Дисперсия не расслаивается со временем и является стабильной.

Из примеров хорошо видно, что предложенное изобретение позволяет решить поставленную задачу и достигнуть заявленный технический результат, который заключается в получении стабильной при хранении водной восковой дисперсии синтетических, модифицированных синтетических и натуральных восков, которые являются простыми в получении и обладают вязкостью менее 1000 сПз.

Представленные примеры подтверждают возможность реализации изобретения и его промышленную применимость.

Изобретение относится к водным восковым дисперсиям, которые могут быть использованы в качестве добавок к лакокрасочным материалам, покрытиям по дереву, покрытиям для металлических банок. Предложена водная восковая дисперсия, содержащая в мас.%: от 20 до 55 микронизированного воска синтетического или натурального происхождения со средним размером частиц от 1 до 100 мкм, причем в качестве воска натурального происхождения использован карнаубский воск, а в качестве воска синтетического происхождения использован немодифицированный полиэтиленовый воск или полиэтиленовый воск, модифицированный введением в его структуру полярных групп; от 1 до 10 диспергирующего агента на акриловой основе; от 1 до 10 эмульгатора, в качестве которого использованы неионогенные поверхностно-активные вещества; от 0,05 до 3 стабилизатора, выбранного из полисахаридов; от 0,1 до 0,8 силиконового пеногасителя; от 0,1 до 0,5 биоцида и вода - остальное до 100. Технический результат – получение стабильной при хранении водной восковой дисперсии синтетических, модифицированных синтетических и натуральных восков, которые являются простыми в получении и обладают вязкостью менее 1000 сП. 4 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Водная восковая дисперсия для покрытий, которая включает в своем составе следующие компоненты в мас.%:

- от 20 до 55 микронизированного воска синтетического или натурального происхождения со средним размером частиц от 1 до 100 мкм, причем в качестве воска натурального происхождения использован карнаубский воск, а в качестве воска синтетического происхождения использован немодифицированный полиэтиленовый воск или полиэтиленовый воск, модифицированный введением в его структуру полярных групп;

- от 1 до 10 диспергирующего агента на акриловой основе;

- от 1 до 10 эмульгатора, в качестве которого использованы неионогенные поверхностно-активные вещества;

- от 0,05 до 3 стабилизатора, выбранного из полисахаридов;

- от 0,1 до 0,8 силиконового пеногасителя;

- от 0,1 до 0,5 биоцида;

- вода - остальное до 100,

при этом дисперсия получена диспергированием компонентов при комнатной температуре и атмосферном давлении.

2. Дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве диспергирующего агента использованы растворы аммонийных или натриевых солей полиметакриловой и полиакриловой кислот, растворы полиметакриловой и полиакриловой кислот, растворы сополимера акриловой кислоты с малеиновой кислотой.

3. Дисперсия по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве эмульгатора использованы неионогенные поверхностно-активные вещества, которые получают путем присоединения окиси этилена к спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам.

4. Дисперсия по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что в качестве биоцида использованы соли четвертичного аммония, хлорфенолы, изотиазолон, бром- и хлорорганические соединения, оксазолидиноны, триазины.

5. Дисперсия по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве биоцида использован биоцид CMIT/MIT.