Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области экологически чистых водно- дисперсионных композиций и, в частности, во дно- дисперсионных лакокрасочных материалов, предназначенных для обработки различных поверхностей и обладающих выгодными реологическими свойствами, повышенной химической стойкостью и механической прочностью. Композиции по изобретению пожаробезопасны, взрывобезрпасны, нетоксичны.

Уровень техники .

Из уровня техники известны во дно- дисперсно иные композиции для нанесения покрытий, содержащие в качестве пленкообразующего компонента (связующего) некоторые водные дисперсии синтетических полимеров (латексы), например бутадиенстирольные, стиролакриловые, акриловые или акрилонитрильные латексы и т.п., а также наполнители, пигменты и другие вспомогательные добавки (см., например, документы RU 2201427, RU 2260608). Такие композиции пожаро-, взрывобезопасны, нетоксичны и обеспечивают покрытию ряд выгодных физико-химических и механических свойств. Покрытия на основе водных дисперсий синтетических полимеров характеризуются высокими показателями атмосферостойкости, стойкости к УФ-облучению, водо-, масло- и солестойкости и обеспечивают ряд выгодных физико-механических свойств. Однако, недостатком лакокрасочных покрытий на основе указанных выше латексных связующих является длительное время полного формирования покрытия, которое может составлять 7-14 суток. Так, например, ГОСТ 9.401 , касающийся испытаний покрытий на физико-химические и защитные свойства, рекомендует проводить испытания не менее чем через 7 суток выдерживания покрытия после его естественной сушки, если для конкретного материала покрытия нормативно-техническая документация не устанавливает иной срок. Это обусловлено тем обстоятельством, что только после полного формирования покрытия оно обеспечивает желаемую совокупность механических и защитных свойств. Кроме того, известно, что покрытия на основе дисперсий синтетических полимеров имеют недостаточный блеск и невысокую механическую износостойкость.

В связи с тем, что водно-дисперсионные лакокрасочные материалы становятся все более востребованными на рынке по причине их экологичности и нетоксичности, исследователями по всему миру проводится работа по улучшению качества связующего и самого лакокрасочного материала путем добавления в состав различных целевых добавок. Так, для снижения мгновенной коррозии вводятся различные ингибиторы коррозии, для улучшения реологических свойств - загустители, а для повышения химической стойкости в состав лакокрасочных материалов добавляют даже порошковые материалы (RU 2460748). В последнее время все большее применение находят полиуретановые композиции, чистые или гибридные, обеспечивающие покрытию высокую твердость, эластичность, износо- и химическую стойкость. Такие композиции являются основой для разработки пленкообразующих для паркетных лаков, красок по бетону, красок по металлу (полиуретановый лак УР 2197, эмаль АК 1520 «Разноцвет» на основе полиуретанакрилата). Однако, недостаточные реологические свойства известных композиций приводят к тому, что лаки и краски на основе чистых полиуретановых или гибридных полиуретанакрилатных связующих имеют избирательную адгезию к различных подложкам, поэтому известные лаки и краски наносятся либо по дереву, либо по бетону, либо по металлу, что мешает их широкому применению. Кроме того, недостаточные реологические характеристики связующего ограничивают методы нанесения лакокрасочных материалов на подложки. Еще одним недостатком известных композиций является и время формирования покрытия при температуре 20±2 °С, так как у известных композиций минимальное время высыхания покрытия до степени 3 составляет 2-3 часа.

Из уровня техники известны также отечественные водные дисперсии «Аквапол», имеющие в основе либо чистые, либо гибридные полиуретановые дисперсии. Все они придают покрытиям, полученным на их основе, комплекс необходимых физико-химических свойств. Состав каждой такой дисперсии содержит ароматический или алифатический изоцианат, растекатель, как правило, триэтаноламин, рН дисперсий находится в диапазоне 6,5-8,5, растворителем является вода. Однако, каждая из известных дисперсий «Аквапол» разработана для своего вида подложки. Так, Аквапол-10 предназначен для грунтования кож и покрытия обоев и содержит в своем составе, кроме полиуретановой дисперсии, растекателя и воды, до 12% красителей. Аквапол-11 является структурным адгезивом, содержащим, кроме полиуретановой дисперсии и воды, структурообразующие элементы в виде органических солей цинка в количестве до 2-3%. Аквапол-30 предназначен для обработки тканей, содержит в своем составе полиуретановую дисперсию, воду и красители, а Аквапол-21, разработанный как связующее для воднодисперсионных красок по бетону, кроме связующего и воды содержит 35-40% наполнителей и 5-12% пигментов. Недостатком дисперсий данного типа являются недостаточные реологические свойства, что приводит к адгезии покрытий на их основе только к определенным типам подложек, а также к ограничению методов нанесения покрытия. Недостатком таких композиций является также и время высыхания покрытия, составляющее от 2 до 12 часов при температуре 20±2 °С.

Другие известные композиции, такие как Marcotech Au3D, композиции по патенту US 6635706, композиции по патенту RU 2304158, также не лишены этих недостатков.

Также в уровне техники известна водная композиция по патенту RU 2221832, содержащая две различные полиуретановые дисперсии: 1) дисперсию полиуретан/винильной гибридной смолы и 2) дисперсию полиурет ановой смолы с группами, отверж дающи м ися при окислении. Известная композиция может быть использована в качестве прозрачного или непрозрачного покрытия и содержит до 10% загустителя. Для получении финишного слоя покрытия такая композиция содержит до 25% пигментного компонента и до 10% наполнителей. Недостатком данной композиции является ее избирательность к виду подложки и достаточно жесткие режимы сушки (для снижения времени формирования покрытия отверждение проводят при температуре более 40 °С). Важно отметить длительное время полного формирования покрытия согласно RU 2221832, так как твердость покрытия из дисперсий различных полиуретанов, которая является основным показателем сформированного покрытия, в этом документе измеряют лишь после 4 недель выдерживания при 20°С.

В целом, в уровне техники имеется потребность в разработке новых связующих для водно-дисперсионных лакокрасочных Материалов, характеризующихся сниженным временем формирования покрытия, увеличенной деформационной прочностью и эластичностью, улучшенным блеском получающегося покрытия и улучшенными реологическими свойствами.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанную выше техническую задачу можно решить с использованием композиций по настоящему изобретению.

В первом варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей водную дисперсию одного или нескольких полиуретанакрилатов и одного или нескольких полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, в комбинации с одним или несколькими соединениями из класса Ν-алкилпирролидонов. Такая композиция может использоваться для нанесения покрытий на различные поверхности или в качестве основы для приготовлени композиций покрытий, в частности для приготовления лакокрасочных композиций, наиболее предпочтительно водно-дисперсионных красок.

Во втором варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции водно-дисперсионной краски, содержащей водную дисперсию одного или нескольких полиуретанакрилатов и одного или нескольких полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, в комбинации с одним или несколькими соединениями из класса N- алкилпирролидонов, причем указанная композиция водно-дисперсионной краски дополнительно содержит один или несколько пигментов и один или несколько наполнителей.

В третьем варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на поверхность, включающему нанесение на поверхность композиции по первому и/или второму варианту осуществления изобретения.

В четвертом варианте осуществления изобретения настоящее изобретение относится к изделию с покрытием, включающим полимерную пленку, содержащую один или несколько полиуретанакрилатов и один или несколько полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, в комбинации с одним или несколькими соединениями из класса N- алкилпирролидонов.

Другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны специалистам из нижеследующего описания и из прилагаемой формулы изобретения.

Технический результат по настоящему изобретению заключается в значительно сниженном времени формирования покрытия на основе композиций по изобретению, увеличении деформационной прочности и улучшении блеска этих покрытий, в улучшении реологических свойств композиций по изобретению, позволяющем использовать эти композиции для нанесения покрытия на поверхности различных типов с использованием различных методик нанесения покрытий.

Осуществление изобретения

В настоящем изобретении выражения «содержит» и «включает» и их производные используются взаимозаменяемо и понимаются как неограничивающие, т.е. допускающие Присутствие/использование других компонентов, стадий, условий и т.п., помимо тех, что перечислены в явном виде. Напротив, выражения «состоит из» и «составлен из» и их производные предназначены для указания на то, что перечисленные затем компоненты, стадии, условия и т.п. являются исчерпывающими.

В настоящем изобретение выражение «поверх», использованное в отношении слоя покрытия, означает, что этот слой покрытия нанесен, по меньшей мере, на часть подложки или нижележащего слоя покрытия, причем данным выражением охватывается как случай непосредственного контакта с подложкой или нижележащим слоем покрытия, поверх которы нанесен рассматриваемый слой покрытия, так и случай, когда такой контакт отсутствует вследствие, например, присутствия дополнительных слоев между подложкой или нижележащим слоем покрытия и нанесенным поверх слоем покрытия.

В настоящем изобретении, когда для какой-либо величины приводится диапазон возможных значений, подразумевается, что граничные точки этого диапазона также включены в объем настоящего изобретения. Следует понимать, что все поддиапазоны, лежащие в приведенных диапазонах, также включены в объем настоящего изобретения, как если бы они были указаны в явном виде. В случае, когда для какой-либо величины приведены несколько диапазонов возможных значений, все диапазоны, получаемые путем комбинирования различных граничных точек из указанных диапазонов, также включены в настоящее изобретение, как если бы они были указаны в явном виде.

В случае, когда какие-то признаки изобретения раскрыты в настоящем документе для одного варианта осуществления, эти признаки также могут быть использованы и во всех других вариантах осуществления изобретения, при условии, что это не противоречит букве и духу изобретения.

В рамках настоящего изобретения термины в единственном числе охватывают также и соответствующие термины во множественном числе, и наоборот, при условии, что из контекста явно не следует иное.

В настоящем документе выражение «или» следует воспринимать как «и/или», при условии, что это не противоречит контексту, даже несмотря на то,, что в некоторых случаях выражение «и/или» может использоваться в явном виде.

За исключением экспериментальной части описания, все численные значения, выражающие какие-либо количества и условия в настоящем изобретении, являются приближенными, и их следует читать, как предваряемые термином «приблизительно» или «около», даже если эти термины и не приводятся в явном виде. Напротив, в экспериментальной части описания все численные величины приведены настолько точно, насколько это возможно, однако следует понимать, что любая экспериментально определенная величина по природе своей несет в себе некоторую погрешность. Таким образом, все численные величины, приведенные в экспериментальной части описания, следует воспринимать с учетом существования указанной экспериментальной погрешности и, по меньшей мере, с учетом количества приведенных значащих цифр и стандартных методик округления.

В настоящем документе все проценты являются массовыми, если явно не указано иное.

В настоящем изобретении используемые взаимозаменяемо термины «полимерное пленкообразующее», «полимерное связующее» и «полимер» означает полимерные частицы, диспергированные в водной среде (латексы), выступающие в качестве полимерного пленкообразующего в композициях по изобретению. Полимерные связующие по изобретению представляют собой водные дисперсии, содержащие один или несколько полиуретанакрилатов и один или несколько полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата. Предпочтительно водные дисперсии полимеров по настоящему изобретению представляют собой дисперсии синтетических полимеров (синтетические латексы).

В настоящем изобретении под полиуретанакрилатом, как будет понятно специалистам в данной области техники, понимается гибридный полиуретанакрилатный полимер, имеющий в составе как уретановые, так и акрилатные группы. Полиуретанакрилат по настоящему изобретению является ароматическим или алифатическим, т.е. изоцианат- содержащий компонент, использованный для получения полиуретана, является ароматическим или алифатическим. В качестве ароматического или алифатического полиуретанакрилата, например, могут использоваться вещества типа Neopac El 06 или El 22 от DSM Coating Resins или Аквапол 21 от компании «Макромер» (ТУ 2251 -379-10488057- 2007).

В настоящем изобретении в качестве полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, можно использовать широкий спектр различных водных дисперсий полимеров на основе различных синтетических каучуков. В частности, в некоторых вариантах осуществления полимеры, отличающиеся от полиуретанакрилата, в настоящем изобретении могут представлять собой полимеры, содержащие стирольные, бутадиеновые, винилацетатные, акриловые мономеры и т.п., а также их комбинации. В некоторых вариантах осуществления полимеры по изобретению могут включать акриловые, стиролакриловые, бутадиеннитрильные, акрилонитрильные латексы или их комбинации. Предпочтительно водная дисперсия полимера, отличающегося от полиуретанакрилата, в настоящем изобретении содержит акрилатный и/или стиролакрилатный полимер.

Согласно настоящему изобретению, совокупная концентрация полимерного связующего в композициях по изобретению может варьироваться в зависимости от конкретного состава композиции и области и условий ее применения. Например, в некоторых подходящих вариантах осуществления совокупная концентрация полимеров в композиции может составлять от около 15 до около 50% мае. в расчете на совокупную массу композиции. При этом, нижняя граница указанного диапазона в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 20, приблизительно 25, приблизительно 30, приблизительно 35 или приблизительно 40% мае. в расчете на совокупную массу композиции. С другой стороны, в некоторых подходящих вариантах осуществления верхняя граница указанного диапазона может составлять приблизительно 45, приблизительно 40, приблизительно 35, приблизительно 30 или приблизительно 25% мае. в расчете на совокупну массу композиции. Массовое отношение количества полиуретанакрилата(ов) и количества полимера(ов), отличающегося(ихся) от полиуретанакрилата, в композициях по изобретению может составлять от приблизительно 5:95 до приблизительно 95:5. Например, такое отношение может составлять от приблизительно 1 : 10 до приблизительно 10: 1 или от приблизительно 1 :5 до приблизительно 5: 1, в частности от приблизительно 1 :3 до приблизительно 3:1, например от приблизительно 1 :2 до приблизительно 2: 1 или приблизительно 1 : 1. В том случае, если композиция по изобретению включает более чем один полиуретанакрилат и/или более чем один полимер, отличающийся от полиуретанакрилата, массовое соотношение этих полиуретанакрилатов, а также массовое соотношение полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, может быть выбрано специалистом в соответствии с практическими и экономическими соображениями с учетом предполагаемой области и условий применения.

В настоящем изобретении Ν-алкилпирролидоны (NAP) представляют собой класс веществ, в которых пирролидоновый фрагмент замещен по атому азота линейной, разветвленной или циклической алкильной группой, содержащей от 1 до 10 атомов углерода (т.е. С1-С10-алкильной группой). Такие соединения известны в качестве растворителей для полимеров, однако при изготовлении воднодисперсионных лакокрасочных материалов N- алкилпирролидоны ранее не использовались из-за риска коагуляции водных дисперсий синтетических латексов.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения N- алкилпирролидоны представляют собой Ы-алкил-2-пирролидоны. В настоящем изобретении предпочтительно используют NAP, содержащие линейные или разветвленные С1-С10- алкильные группы, более предпочтительно линейные или разветвленные С1-С5-алкильные группы, еще более предпочтительно линейные или разветвленные С1-СЗ-алкильные группы, RU2018/000675

8 такие как, например, М-метил-2-пирролидон, 1 -этил-2-пирролидон, -пропил-2-пирролидон, М-изопропил-2-пирролидон. Наиболее предпочтительным NAP в настоящем изобретении я вляется N-M етил-2-π иррол и до н .

Согласно настоящему изобретению, совокупная концентрация одного или нескольких Ν-алкилпирролидонов в композициях по изобретению может варьироваться в зависимости от конкретного состава композиции и области и условий ее применения. Например, в некоторых подходящих вариантах осуществления совокупная концентрация одного или нескольких N- алкилпирролидонов в композиции может лежать в диапазоне от около 0, 1 до около 20% мае. в расчете на совокупную массу композиции. При этом, нижняя граница указанного диапазона в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 0,3, приблизительно 0,5, приблизительно 1, приблизительно 2, приблизительно 3, приблизительно 4, приблизительно 5, приблизительно 7, приблизительно 10 или приблизительно 15% мае. в расчете на совокупную массу композиции. С другой стороны, в некоторых подходящих вариантах осуществления верхняя граница указанного диапазона может составлять приблизительно 15, приблизительно 10, приблизительно 7, приблизительно 5, приблизительно 4, приблизительно 3 или приблизительно 2% мае. в расчете на совокупную массу композиции. В том случае, если композиция по изобретению включает более одного представителя класса Ν-алкилпирролидонов, массовое соотношение этих представителей может быть выбрано специалистом в соответствии с практическими и экономическими соображениями с учетом предполагаемой области и условий применения.

Композиции по настоящему изобретению, в дополнение к указанным выше компонентам, могут также включать одно или несколько из наполнителей, пигментов и вспомогательных веществ, в частности из наполнителей, пигментов и вспомогательных веществ, выбранных из числа тех, которые традиционно используются в композициях для нанесения покрытий, в частности в лакокрасочных композициях.

Примерами подходящих наполнителей являются, в частности, алюмосиликаты, силикаты, такие как каолин, тальк, слюда, карбонаты щелочноземельных металлов, например карбонат кальция или карбонат магния, доломит, сульфаты щелочноземельных металлов, например сульфат кальция, диоксид титана, диоксид кремния и т.п. При использовании в композициях водно-дисперсионных красок наполнители могут использоваться в тонкоизмельченной форме. Наполнители могут использоваться по отдельности, однако на практике чаще будут использовать наполнители в виде смеси, такой как, например, смесь талька, каолина и диоксида титана. 0675

9

Согласно настоящему изобретению, совокупная концентрация одного или нескольких наполнителей в композициях rio изобретению может варьироваться в зависимости от конкретного состава композиции и области и условий ее применения. Например, в некоторых подходящих вариантах осуществления совокупное количество одного или нескольких наполнителей в композиции может лежать в диапазоне от около 1 до около 40% мае. в расчете на совокупную массу композиции. При этом, нижняя граница указанного диапазона в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 5, приблизительно 10, приблизительно 15, приблизительно 20, приблизительно 25, приблизительно 30 или приблизительно 35% мае. в расчете на совокупную массу композиции. С другой стороны, в некоторых подходящих вариантах осуществления верхняя граница указанного диапазона может составлять приблизительно 35, приблизительно 30, приблизительно 25, приблизительно 20, приблизительно 15, приблизительно 10, приблизительно 5% мае. в расчете на совокупную массу композиции. В некоторых вариантах осуществления наполнитель может отсутствовать в композиции по изобретению. Такая композиция может, например, представлять собой основу для получения композиций лакокрасочного назначения, предпочтительно водно-дисперсионных красок, или она может представлять собой, например, бесцветный лак.

Примерами пигментов, подходящих для использования в настоящем изобретении, являются неорганические вещества, такие как, например, диоксид титана, оксид цинка, сульфид цинка, оксиды, железа, сажа и т.п., а также органические пигменты, такие как, например, индиго, азокрасители, антрахиноноидные, фталоцианиновые красители и т.п.

Согласно настоящему изобретению, совокупная концентрация одного или нескольких пигментов в композициях по изобретению может варьироваться в зависимости от конкретного состава композиции и области и условий ее применения. Например, в некоторых подходящих вариантах осуществления совокупное количество одного или нескольких пигментов в композиции может лежать в диапазоне от около 0,05 до около 15% мае. в расчете на совокупную массу композиции. При этом, нижняя граница указанного диапазона в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 0,1, приблизительно 0,5, приблизительно 1, приблизительно 2, приблизительно 3, приблизительно 5, приблизительно 7, приблизительно 9 или приблизительно 10% мае. в расчете на совокупную массу композиции. С другой стороны, в некоторых подходящих вариантах осуществления верхняя граница указанного диапазона может составлять приблизительно 12, приблизительно 10, приблизительно 8, приблизительно 6, приблизительно 5, приблизительно 4 или ю

приблизительно 2% мае. в расчете на совокупную массу композиции. В некоторых вариантах осуществления композиции по изобретению могут не содержать пигмента. С другой стороны, в том случае, если композиция по изобретению включае более одного пигмента, массовое соотношение этих - представителей может быть выбрано специалистом в соответствии с практическими и экономическими соображениями с учетом предполагаемой области и условий применения.

Примерами вспомогательных веществ, которые могут быть использованы в композициях по настоящему изобретению, являются растворители, дополнительные пленкообразующие вещества, добавки, модифицирующие вязкость, антикоррозионные добавки, вещества, способствующие смачиванию, вещества, модифицирующие адгезию к поверхности, диспергаторы, консерванты, добавки, увеличивающие морозостойкость, добавки, придающие стойкость к электролитам, биоцидные добавки, пеногасители и т.п. Например, в качестве добавок, увеличичающих вязкость композиции, могут использоваться водные дисперсии полиуретанов, в качестве добавок, увеличивающих морозостойкость, может использовать этиленгликоль и т.д.

Согласно настоящему изобретению совокупная концентрация одного или нескольких вспомогательных веществ в композициях по изобретению может варьироваться в зависимости от конкретного состава композиции и области и условий ее применения. Например, в некоторых подходящих вариантах осуществлени совокупное количество одного или нескольких вспомогательных веществ в композициях по изобретению может лежать в диапазоне от около 0,001 до около 15% мае. в расчете на совокупную массу композиции. При этом, нижняя граница указанного диапазона в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 0,01, приблизительно 0,1, приблизительно 0,5, приблизительно 1, приблизительно 2, приблизительно 5 или приблизительно 7% мае. в расчете на совокупную массу композиции. С другой стороны, в некоторых подходящих вариантах осуществления верхняя граница указанного диапазона может составлять приблизительно 12, приблизительно 10, приблизительно 7, приблизительно 5, приблизительно 2, приблизительно 1, приблизительно 0,5 или приблизительно 0, 1% мае. в расчете на совокупную массу композиции. Например, в случае, когда композиция по изобретению содержит в качестве загустителя водную дисперсию полиуретана, ее количество в композиции по изобретению может составлять от около 0,5 до около 5% мае. в расчете на совокупную массу композиции. В некоторых вариантах осуществления вспомогательные вещества могут отсутствовать в композиции по изобретению. и

Композиций по изобретению могут быть получены известными в уровне техники способами путем смешивания компонентов композиции в соответствующем оборудовании, предназначенном для этой цели. Например, сначала можно смешивать воду и один или несколько полимеров, отличающихся от полиуретанакрилата, затем к полученной водной дисперсии можно добавлять водную дисперсию одного или нескольких полиуретанакрилатов, а после этого - один или несколько представителей класса N- алкилпирролидонов. Для получения краски на основе композиции по первому аспекту изобретения (которая выступает в качестве связующего) к смеси можно добавлять наполнители, пигменты и вспомогательные вещества. При необходимости, порядок добавления компонентов может быть изменен.

Композиции по изобретению можно наносить на поверхности любыми традиционно используемыми в уровне техники способами. В частности, в некоторых вариантах осуществления композицию по изобретению можно наносить путем пневматического распыления, безвоздушного распыления, обливания, окунания, нанесения кистью, валиком, ножевым устройством и т.п. После завершения нанесения обеспечивают высыхание композиции по изобретению для получения готового покрытия. Такое высыхание может быть результатом целенаправленной сушки композиции, осуществляемой известными специалисту способами и/или результатом естественного испарения присутствующей в композиции воды.

В одном конкретном варианте осуществления композиция по изобретению представляет собой композицию, включающую водную дисперсию, содержащую один или несколько акр ил атных или : старо л акрил атных полимеров и один или несколько полиуретанакрилатов, в комбинации с одним или несколькими соединениями из класса N- алкилпирролидонов. Ниже приводятся некоторые иллюстративные составы композиций по изобретению (Табл. 1-3).

Таблица 1. Состав композиции связующего по изобретению.

Компоненты Количество, % мае.

Полимер, отличающийся от полиуретанакрилата 2-25

Полиуретанакрилат 2-25

Ν-алкйлпирролидон 1-15

Вода остальное Таблица 2. Водно-дисперсионная краска на основе полиакрилата и полиуретанакрилата.

Таблица 3. Вариант водно-дисперсионной краски на основе полиакрилата и полиуретанакрилата.

С использованием предлагаемых композиций можно получать покрытия с превосходными физико-химическими свойствами на различных поверхностях, в частности металлических, бетонных, деревянных, пластиковых, керамических, стеклянных, бумажных поверхностях, поверхностях из гипса, штукатурки, натурального камня, кирпича и т.п.

Наполненные (пигментированные) композиции, составленные в виде водно- дисперсионных красок, могут быть использованы для окраски поверхностей.

Непигментированные композиции могут быть использованы в качестве одного из слоев системы покрытий, например в качестве грунтовочного слоя покрытия, или в качестве бесцветного лака.

С использованием композиций по изобретению можно создавать системы покрытий. В частности, с использованием композиций по изобретению можно получать системы покрытий, состоящие только из экологически приемлемых, пожаро- и взрывобезопасных водно-дисперсионных материалов. Например, композиция по изобретению может использоваться в качестве грунтовочного покрытия, на которое затем наносится один или более слоев внешнего (финишного) покрытия. В альтернативном варианте композиция по изобретению может быть использована в качестве внешнего (финишного) слоя покрытия поверх грунтовочного покрытия или нескольких нижележащих слоев покрытия. В одном из предпочтительных вариантов осуществления для получения грунтовочного покрытия может быть использован любой водно-дисперсионный грунт или грунт-эмаль, например грунт- модификатор ржавчины, содержащий дисперсию одного или нескольких полимеров и одну или более фосфо новых кислот или их солей, необязательно в комбинации с одним или более соединениями из класса Ν-алкилпирролидонов. После сушки на такое грунтовочное покрытие может наноситься композиция покрытия по изобретению (например, в виде состава краски). После сушки полученной системы покрытий можно добиться выгодной комбинации физико-механических и физико-химических свойств, в частности коррозионной стойкости, в том числе в агрессивных средах и климатических условиях, прочности и стойкости.

Ниже приводятся примеры получения композиций по изобретению. Следует понимать, что данные примеры приводятся для иллюстрации, а не в качестве ограничения изобретения.

Примеры

Общая методика получения композиций по изобретению

В реактор с мешалкой с регулируемой скоростью вращения не более 500 об./мин. вносят рассчитанное количество водной дисперсии полиуретанакрилата, добавляют расчетное количество воды, Ν-алкилпйрролидона и водную дисперсию полимера, отличающегося от полиуретанакрилата, например водную дисперсию полиакрилата. Смесь перемешивают в течение 1 часа. При необходимости добавления дополнительных компонентов, таких как вода, пигменты, наполнители, вспомогательные вещества и т.п. их можно перемешивать в диссольвере, снабженном мешалкой с регулируемой скоростью до 1500 об./мин. с получением соответствующего полуфабриката. Полуфабрикат перемешивают в диссольвере в течение 0,5-1,0 часа до дисперсности 15-20 мкм по гриндометру (прибор «Клин»). Затем его вносят в реактор, содержащий рассчитанное количество композиции по изобретению, и, при необходимости, добавляют пеногаситель. Получаемый воднодисперсионный лакокрасочный материал перемешивают в реакторе в течение 30 минут при скорости не более 500 об./мин. и доводят до необходимого состояния согласно технической документации (ставят на «тип»).

В качестве водной дисперсии полиуретанакрилата в примерах использовали коммерчески доступный продукт NeoPac Е- 106. Количества дисперсии полиуретанакрилата, приведенные в примерах, соответствовали количествам продукта NeoPac Е- 106, добавленного в ходе получения композиции.

В качестве водной дисперсии полиакрилата в примерах использовали коммерчески доступную водную дисперсию, содержащую 50% мае. полиакрилата. Количества дисперсии полиакрилата, приведенные в примерах, соответствовали количествам 50%-ной водной дисперсии полиакрилата, добавленной в ходе получения композиции.

Пример 1

В настоящем примере приводятся данные по времени формирования пленки покрытия и твердости покрытия, полученного на стеклянных пластинах, в зависимости от состава композиции, полученной указанным выше способом. Нанесение и сушка всех видов покрытий на стеклянных пластинах при определении твердости в соответствии с ГОСТ 5233 проводились в одинаковых условиях (время сушки 20-30 мин., температура 20±2 °С). Измерение твердости производилось на маятниковом приборе типа М-3 методом колебаний.

Таблица 4. Изменение времени формирования пленки покрытия

в зависимости от состава композиции.

Было установлено (см. Табл. 4 выше), что лакокрасочное покрытие, полученное с использованием композиций по изобретению, включающих водную дисперсию полиакрилата и полиуретанакрилата, высушенное при температуре 20±2 °С в течение 20-30 мин., через 3 часа после высыхания имеет твердость по маятниковому прибору М-3 около 0,25 усл.ед., через 6-8 часов - 0,35-0,40 усл.ед,, а через 8-15 час. - около 0,5 усл.ед. Покрытия, получаемые из аналогичной композиции без добавления полиуретанакрилата имеют твердость через 3 часа 0,1-0,15 усл.ед., а максимум твердости 0,45 усл.ед. достигается через 7-14 суток. He желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что такой результат может быть обусловлен достаточно высоким содержанием гидрофобных групп в полиуретанакрилатных полимерах, которые выталкивают воду из покрытия и, тем самым, ускоряют его сушку и уплотняют лакокрасочное покрытие. Появление определенного блеска и увеличение дефор ационной прочности, по мнению авторов, можно объяснить особенностью структурообразования частиц полиуретанакрилатного латекса при формировании пленок покрытия. В связи с тем, что в полиуретанакрилатном латексе высока дисперсность макромолекул (до 20 нм), возможно включение молекул полиуретанакрилата в пленку полиакрилата и, как следствие, увеличение плотности лакокрасочного покрытия, выражающееся в появлении небольшого блеска (покрытие полуматовое с шелковистым блеском) и увеличении деформационной прочности. Авторами было обнаружено, что при добавлении полиуретанакрилатных дисперсий к дисперсии полиакрилата четко проявляется тенденция к синерезису (ускоренному формированию покрытия, получаемого из дисперсных полимерных структур). Это хорошо прослеживается в достаточно быстром нарастании твердости покрытия во времени. Так, при соотношении водной дисперсии синтетического полимера к водной дисперсии полиуретанакрилата 25:30 максимума твердости в 0,5 усл. ед. покрытие, высушенное при 20±2 °С в течение 20-30 мин., достигает после 10 часов выдержки, а при соотношении 30:25 - после 8 часов выдержки. В то же время, покрытие, полученное только из водной дисперсии синтетического полимера, достигает максимума твердости 0,45 усл. ед. только после 240 часов выдержки, т.е. после 10 суток.

Таким образом, наилучшие образцы покрытий, полученных согласно настоящему изобретению, позволяли использовать и транспортировать детали, узлы и изделия после нанесения на них композиции по изобретению уже через 12-15 часов после высыхания, а другие образцы покрытий по изобретению позволяли использовать и транспортировать детали, узлы и изделия через 48 часов или менее после высыхания, в то время как в случае использования композиций на основе одного только полиакрилата использовать и транспортировать изделия было можно только после 10 суток после высыхания.

Пример 2

В настоящем примере приводится сравнение физико-механических и защитных свойств композиции по изобретению, содержащей 42,5% мае. полимерного связующего по изобретению (полученного с использованием 25-30% мае. дисперсии полиакрилата и 25-30% мае. дисперсии полиуретанакрилата), 37,5% мае. наполнителей и колеровочных концентратов, 3,5% мае. вспомогательных веществ, 13,5% мае. Ν-метилпирролидона (остальное - вода), и известной композиции на основе алифатического полиуретанакрилата «Аквапол-21». Результаты приведены ниже в Табл. 5.

Таблица 5. Сравнение свойств композиции по изобретению и композиции Аквапол-21

Как видно из данных, представленных в Табл. 5, композиция по изобретению имела значительно меньшее время формирования покрытия, чем известная композиция по основе алифатического полиуретанакрилата, и обеспечивала значительно более высокие показатели стойкости к воздействию воды и 3% раствора NaCl.

Пример 3

Настоящий пример посвящен эксперименту по нанесению композиций по изобретени различными известными методами на различные типы поверхностей. Результаты эксперимента приведены ниже в Табл. 6.

Таблица 6. Нанесение композиций по изобретению на различные поверхности.

Как видно, различные композиции на основе связующего по изобретению, содержащего от 5 до 50% мае. дисперсии полиуретанакрилата, подходят для нанесения пневматическим распылением, безвоздушным распылением, кистью и/или валиком, по различным типам поверхностей: металлу, бетону, железобетону, дереву, и характеризуются, при этом, короткими временами формирования покрытия.

Пример 4

В качестве дополнительного примера осуществления изобретения можно привести некоторые иллюстративные рецептуры композиций, соответствующие одному из вариантов осуществления изобретения.

Таблица 7. Пример композиции по изобретению

Компоненты Количество, % мае.

Водная дисперсия полиакрилата 5,0-50,0

Водная дисперсия ароматического полиуретанакрилата 5,0-50,0

Ν-алкилпирролидон 1,0-15,0

Вода; \. 30,0-43,0

Таблица 8. Пример эмалевой краски на основе связующего по изобретению (Состав краски 1)

Компоненты Количество, % мае.

Связующее* 65,0-70,0

Диоксид титана 4,0-6,0

Каолин 3,0-5,0

Тальк 1,0-1,5

Слюда 1 ,0-4,0

Диспергатор 1,5-2,0

Ν-метилпирролидон 1,0-3,0

Колеровочные пасты 3,0-5,0

.,: Вода . , . ; . . остальное

- в качестве связующего использовалась водная дисперсия, полученная из 30,0-32,5% мае. дисперсии полиакрилата и 30,0-32,5% мае. дисперсии полиуретанакрилата

Таблица 9. Пример эмалевой краски на основе связующего по изобретению (Состав краски 2)

Компоненты Количество, % мае.

Связующее* . 60,0-65,0

Диоксид титана 4,0-6,0

Каолин 2,0-4,0

Тальк 1,0-1,5

Слюда 1,0-4,0

На основе композиций по изобретению были получены системы лакокрасочных покрытий, состоящие из экологически приемлемых, пожаро- и взрывобезопасных водно- дисперсионных материалов. Для получения грунтовочного покрытия был использован разработанный авторами изобретения грунт-модификатор ржавчины, содержащий 50%-ный акриловый латекс, нитрилтриметилфосфоновую кислоту и оксиэтилидендиметилфосфоновую кислоту, Ν-метилпирролидон и слюду (мусковит). После горячей сушки при 60±2 °С в течение 5-10 мин. или рушки при 20±2 °С в течение 30-40 мин. и дополнительной выдержки в течение 30-40 мин. на это грунтовочное покрытие наносили водно-дисперсионную лакокрасочную композицию но изобретению и проводили сушку в течение 50 мин. при температуре 20±2 °С. После выдерживания в течение 8-10 часов полученная система покрытий приобретала максимум физико-механических и физико-химических свойств. В Табл. 11 приведены данные по физико-химическим свойствам полученной системы покрытий, в то время как физико-механические свойства соответствовали значениям, приведенным в Табл. 4.

Таблица 11. Сравнительные показатели защитных свойств системы покрытий на основе грунт-модификатора ржавчины и водно-дисперсионной краски по изобретению.

Пример б

Для регулировки вязкости композиции по изобретению в форме раствора для нанесения эмали и для снижения времени формирования покрытия на основе такой композиции в настоящем примере в состав композиции вводили водную дисперсию полиуретанового загустителя в количестве 0,5-5% мае.

Было обнаружено, что при введении в композиции, содержащие синтетические полимеры, полиуретановых загустителей, которые являются еще и ассоциативными веществами, происходит изменение свойств получаемых покрытий. Авторы обнаружили, что при содержании полиуретановых загустителей от 0,5 до 5% мае. в композициях по изобретению, покрытия, получаемые из таких композиций, четко проявляют тенденцию к синерезису (ускоренному формированию покрытия, получаемого из дисперсных структур). Это проявляется в достаточно быстром нарастании твердости покрытия во времени, аналогичном тому, что прослеживается в представленном выше Примере 1. Кроме того, введение загустителя хорошо регулирует вязкость состава, позволяя использовать различные методы для его нанесения. В Табл. 12 приводятся данные по вязкости лакокрасочного состава по изобретению при использовании различных количеств водной дисперсии полиуретанового загустителя. Следует отметить, что увеличение количества полиуретана в композиции ведет к нарастанию вязкости, что может отрицательно сказаться на возможности использования некоторых методов нанесения, рассчитанных на относительно низкую вязкость композиции.

Таблица 12. Изменение реологических свойств композиции при введении загустителя.

Дополнительно авторы установили, что полимерный полиуретановый загуститель предпочтительно вводить после окончания составления композиции. Предпочтительно готовить раствор полиуретанового загустителя, совмещая его с водой и/или N- алкилпирролидоном, в частности Ν-метилпирролидоном.