Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция
Владельцы патента RU 2303615:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Спектр-Лакокраска" (RU)
Открытое акционерное общество "Московский комитет по науке и технологиям" (RU)
Изобретение относится к полимерным композициям для получения лакокрасочных покрытий биоцидного действия. Композиция содержит неионное водоразбавляемое пленкообразующее - водную полимерную дисперсию, водный раствор биоцидной добавки - производное полигексаметиленгуанидина и полимерную пасту, полученную из пигмента и наполнителя и диспергирующего раствора, содержащего воду, анионный полимерный диспергатор, неионный целлюлозный загуститель, эмульгатор, органический растворитель, при этом весовое соотношение неионного целлюлозного загустителя к анионному полимерному диспергатору в пигментой пасте равно 2,0:1,0-1,0:2,0. В качестве неионного целлюлозного загустителя используют производное гидроцеллюлозы в количестве 0,5-1,0 мас.%, в качестве анионного полимерного диспергатора используют натриевые и аммониевые соли поликарбоновых кислот в количестве 0,17-0,55 мас.%, в качестве анионного полимерного диспергатора используют полифосфат натрия. Технический результат - увеличение стойкости покрытия к воздействию воды при наличии влажности в помещениях и обеспечении бактерицидного действия при протирании сухого покрытия влажной тряпкой. 1 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полимерным композициям для получения лакокрасочных покрытий биоцидного действия.
В условиях высокой обсемененности воздуха закрытых помещений и местах большого скопления людей (больницы, общественные учреждения и организации, школы, детские сады, военные казармы и др.) возрастает роль неспецифической профилактики инфекционных заболеваний - использование биоцидных материалов для окраски стен и других поверхностей.
Кроме здравоохранения лакокрасочные покрытия биоцидного действия могут быть востребованы учреждениями образования и культуры (библиотеки, музеи), обороной, пищевой промышленностью - для избежания плесени во влажных помещениях (холодильные камеры, хранилища муки, зерна, круп), в коммунальном хозяйстве (бассейны, бани, подвалы).
Известна полимерная композиция для покрытия бактерицидного действия, которая в качестве бактерицидного компонента содержит малотоксичный, растворимый в воде полимер с широким спектром биоцидного действия - полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) формулы
где R - ОН, Cl, РО3; n=2-60 (авт.свид. СССР №1728264, кл. C08L 15/02, 1992, БИ №151).
Известна биоцидная краска "Биокрапаг", в состав которой в количестве 3-7% в качестве биоцида введены соли ПГМГ (пат.RU 2131897, кл. C09D 5/14, 1999, БИ №17).
Благодаря своей полимерной природе соединения ПГМГ малотоксичны и обладают широким спектром биоцидного действия в отношении различных микроорганизмов, т.е. обладают бактерицидным, вирулицидным, фунгицидным, пестицидным, инсектицидным, алгицидным действием.
Однако введение соединений ПГМГ в состав лакокрасочных покрытий представляет значительные трудности, поскольку соли ПГМГ являются поликатионными продуктами и при введении их даже в незначительных количествах в состав окрасочных композиций они вызывают выпадение осадка.
Известна вододисперсная лакокрасочная композиция, включающая водоразбавляемое пленкообразующее, пигменты, загуститель, поверхностно-активное вещество, биоцидную добавку и воду (пат. RU 2059673, 1996, БИ №13).
Известен водоразбавляемый состав для бактерицидных покрытий на основе водоэмульсионный краски с добавлением производных ПГМГ в виде 0,3-30% водного эмульсионного раствора в количестве 0,5-9 мас.ч. на 100 мас.ч. композиции (пат. RU 2189999, C09D 5/14, 2002 г., БИ №27).
Недостатком данных композиций является незначительная стойкость покрытия к воздействию воды и к смываемости пленки, что исключает частую влажную уборку помещений, на стены которых нанесено покрытие, включающее данную композицию.
Наиболее близкой из известных полимерных композиций по составу является водно-дисперсная лакокрасочная композиция, включающая водоразбавляемое пленкообразующее, пигменты, загуститель, поверхностно-активное вещество, биоцидную добавку, алкидную эмульсию с эмульгатором неионного и/или анионного типа и воду (пат. RU 2154078, кл. C09D 5/02, 2000 г.).
Однако данная водно-дисперсная лакокрасочная композиция в качестве биоцидной добавки содержит токсичные вещества (тетраметилтиурамдисульфид марки Тиурам Д, изотиазолин с галогенизированными производными алканола марки Метатин К 520, 2 н-октил-4-изотиазолин-3-он марки марки Скейн 8) и обладает недостаточной стойкостью к воздействию воды и стабильностью при хранении.
Технической задачей изобретения является:
- получение полимерной композиции на доступном сырье, включающей в качестве биоцидной добавки производные ПГМГ;
- разработка условий, предотвращающих выпадение их в осадок, путем подбора дисперсионных эмульгаторов;
- увеличение стойкости покрытия к воздействию воды при наличии влажности в помещениях, стены которых покрыты данным составом, и обеспечении бактерицидного действия при протирании сухого покрытия влажной тряпкой.
Технический результат достигается тем, что водно-дисперсионная лакокрасочная композиция с биоцидным действием содержит неионное водоразбавляемое пленкообразующее - водную полимерную дисперсию, водный раствор биоцидной добавки - производное полигесаметиленгуанидина и пигментную пасту, полученную из пигмента и наполнителя и диспергирующего раствора, содержащего воду, анионный полимерный диспергатор, неионный целлюлозный загуститель, эмульгатор, органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%.
| пигментная паста | 63,0 - 92,0 |
| водная полимерная дисперсия | 5,0 - 30,0 |
| 25% водный раствор биоцидной добавки | 3,0 - 7,0 |
Сочетание неионной системы эмульгаторов в полимерной водной дисперсии, неионного загустителя с анионными диспергаторами в пигментной пасте в указанных выше соотношениях обеспечивает введение биоцидной добавки без выпадения ее в осадок, а мономерный состав водной полимерной дисперсии и состав эмульгаторов сообщают необходимую водостойкость биоцидным покрытиям.
Водно-дисперсионная краска может содержать дополнительно нейтрализующее основание в количестве 0,1-0,2 мас.%, пеногаситель в количестве 0,2-0,6%, каолесцирующий растворитель в количестве 0,3-1,0 мас.%, консервант в количестве 0,1-0, 15 мас.%.
Нанесенное с применением предлагаемого состава водно-дисперсионной краски покрытие высыхает в естественных условиях.
В качестве водоразбавляемого пленкообразующего, в частности, применяют: неионные дисперсии FINNDisp фирмы Форсит (Финляндия); сополимерные дисперсии на основе акрилат-винилацетат марок К-65, К-23, К-30; гомогенную дисперсию на основе винилацетата марки Н-22: ряд водных дисперсий фирмы Ленхозторг (дисперсии сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом марок ДПМ 5035 по ТУ 2241-039-00203521-98, дисперсии сополимеров винилацетата с эфирами акриловой кислоты марок А30, А50 по ТУ 2241-002-47923137-2001).
В качестве пигментов применяют любые нейтральные или слабоосновные пигменты, например двуокись титана (ГОСТ 9808-84), мел (ТУ 5743-002-2956580-96, ГОСТ 12085-88), пигмент желтый железоокисный (ГОСТ 18172-72), пигмент красный железоокисный для резиновой промышленности (ТУ 6-10-602-77), слюда молотая для резиновой промышленности (ГОСТ 855-74), омиакарб, представляющий собой мелкий мраморный порошок высокой чистоты с содержанием карбоната кальция не менее 98% (фирмы Омиа), пигмент голубой фталоцианиновый (ГОСТ 6220-76), углерод технический марки П-803 (ГОСТ 7985-86), микротальк для лакокрасочной промышленности (ГОСТ 19284-79), каолин (ГОСТ 19608-84), цеолит и другие.
В качестве загустителей используют, например, производные целлюлозы фирмы Hercules; гидроксиэтилцеллюлозу марки Натросол-250, марок HHBR, H4BR, HBR, MHBR, метилгидроксиэтилцеллюлозу КУЛЬМИНАЛ МГЭЦ различных марок, метилгидроксипропилцеллюлозу КУЛЬМИНАЛ МГЭЦ различных марок.
Кроме перечисленных можно использовать гидрооксипропилцеллюлозу марок Methocel фирмы Dow Chemical.
В качестве эмульгатора используют вспомогательное вещество ОП-7 или ОП-10 (ГОСТ 8433-81), тритон CF-10 (фирмы Юнион Карбайд), блок сополимер окиси этилена с окисью пропилена ГДПЭ-108 (ТУ 38-407219-82).
В качестве диспергатора используют натриевые и аммониевые соли поликарбоновых кислот марки, например Оротан-731 К, Оротан 850-К, Оротан-165 фирмы Rohm and Haas; продукты Dispexs фирмы Ciba; натрий полифосфат (ГОСТ 20291-86) и другие.
В качестве органических растворителей применяют этиленгликоль (ГОСТ 19710), пропиленгликоль (ТУ 6-01-4639387-88), диэтиленгликоль (ГОСТ 10136-77), уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) и другие.
В качестве пеногасителя используют кремнийорганические соединения, например Агитан-731 фирмы Munzing Chemie; смесь алифатических углеводородов и эмульгаторов NOPKO NXZ (фирмы HENKEL NOPCO Германия), полиэфирное производное жирной кислоты Lumiten EL фирмы BASF и другие.
В качестве консерванта применяют Парметол А-26 фирмы Schuike Mayr.
В качестве коалесцирующего растворителя - коалесцент Lusolvan FBH (диизобутиловый эфир смеси дикарбоновых кислот) фирмы BASF; Тексанол фирмы Eastman.
В качестве биоцидной добавки используют 25% водный раствор производных полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) формулы
где R - ОН, Cl, РО3; n=2-60.5.
Предлагаемую композицию готовят следующим образом. Приготовляют диспергирующий раствор в смесителе путем загрузки, согласно рецептуре, воды, загустителя, нейтрализатора, диспергатора, эмульгатора, гликолей и консерванта. Смесь перемешивают до образования однородного раствора с вязкостью 60-200 с, определяемой по воронке В3-4 с диаметром сопла 4 мм и рН 7-9.
Диспергирующий раствор можно готовить в виде самостоятельного полуфабриката, хранить и использовать по мере необходимости. Допускается его приготовление в диссольвере на каждую последующую операцию по изготовлению пигментной пасты.
Затем в скоростной диссольвер помещают диспергирующий раствор и при непрерывном перемешивании загружают, согласно рецептуре, пигменты, наполнители (тальк, мел, барит и др.), коалесцирующий растворитель и пеногаситель. Перемешивание продолжают до образования однородного замеса.
Однородный замес из скоростного диссольвера направляют в непрерывно работающую бисерную мельницу. Скорость подачи замеса регулируют так, чтобы за время пребывания пасты в зоне диспергирования степень ее перетира по клину составляла бы 40-60 мкм. Затем полученную пигментную пасту, обладающую необходимой дисперсностью, направляют в смеситель для изготовления краски.
К полученной в смесителе пигментной пасте при умеренном перемешивании добавляют водную полимерную дисперсию, например FINN DCSP К-65, перемешивают до однородного состояния и добавляют водный раствор бактерицидной добавки. Полученную готовую краску проверяют по показателям качества. Композицию при необходимости разбавляют до рабочей вязкости водой и наносят методом пневматического распыления или кистью.
Показатели свойств в сравнении с прототипом приведены в табл.1, показатели бактерицидной активности - в табл. 2. Данные таблиц показывают, что качество покрытия с использованием предлагаемого состава водно-дисперсионной лакокрасочной композиции выше, чем у прототипа, а бактерицидные свойства на уровне известных биоцидных красок.
Ниже приведены примеры рецептур основных составляющих водно-дисперсионной краски предлагаемого состава.
Рецептура диспергирующего раствора:
| вода питьевая | 94,55-97,3 мас.% |
| загуститель-гидрооксиэтилцеллюлоза, | |
| например Натросол-259 HHBR | 0,5-1,0 мас.% |
| нейтрализатор-аммиак водный 25%-ый | 0,1-0,2 мас.% |
| диспергатор - полифосфат натрия или | |
| соли поликарбоновых кислот, например | |
| продукты Dispexs фирмы CiBa, Оротан 731 К, | |
| марки Оротан 165 ф. Rohm and Haas | 0,5-1,0 мас.% |
| эмульгатор - ГДПЭ-108, или вспомогательное | |
| вещество ОП-7 или ОП-10 | 0,5-1,0 мас.% |
| органический растворитель - этилен - или | |
| пропиленгликоль | 1,0-2,0 мас.% |
| консервант - Парметол А-26 | 0,1-0,15 мас.% |
Рецептура пигментной пасты:
| диспергирующий раствор | 35,0-55,0 мас.% |
| пигменты и наполнители | |
| (тальк, мел, барит и др.) | 43,7-65,5 мас.% |
| коалисцирующий растворитель | 0,3-1,0 мас.% |
| пеногаситель | 0,2-0,3 мас.% |
Состав вводно-дисперсионной краски:
| пигментная паста | 63,0-92,0 мас.% |
| водная полимерная дисперсия | 5,0-30,0 мас.% |
| 25% водный раствор биоцидной добавки | 3,0-7,0 мас.% |
| Таблица 1 Показатели свойств водно-дисперсионной лакокрасочной композиции и покрытий на ее основе | ||
| Наименование показателей | По прототипу (пат.RU 2154078) | По предлагаемому составу |
| Массовая доля нелетучих веществ, % | Нет данных | 63 |
| Внешний вид покрытия | Ровная однородная поверхность | Ровная однородная поверхность |
| Условная вязкость по визкозиметру типа В3-46 с диаметром сопла 6 мм | 20 | 30 |
| Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)°C, ч | 1 | 1 |
| Укрывистость высушенной пленки, г/м2 | 96 | 97 |
| Смываемость пленки, г/м2 | Нет данных | 2,15 |
| Стойкость покрытия к статическому воздействию воды при температуре (20±2)°С, ч | 48 | 120 |
| Стабильность краски при хранении | Нет данных | 6 мес. без изменения |
| Таблица 2 Инактивация различных форм микроорганизмов водо-дисперсионной лакокрасочной композицией, % | ||||
| Биотест | Время контакта | Заявленный состав | Краска «Бикрапаг» (пат.RU 2131897) | Состав по (пат.RU 2189999) |
| E.Coil | 30 мин. | 100 | 100 | 95,4 |
| Bac.cereus | 24 часа | 100 | Нет данных | 75,1 |
| Penicillium chry- | ||||
| sogenum | 24 часа | 100 | 96,0 | 90,0 |
| 30 мин. | 99,97 | |||
| С. albicans | 1 ч. | 100,0 | ||
| 4 ч. | 100,0 | Нет данных | Нет данных | |
| 24 ч. | 100,0 | |||
| S. aureus | 1 ч. | 99,93 | ||
| 2 ч. | 100,0 | Нет данных | Нет данных | |
| 4 ч. | 100,0 | |||
| Mycobacterium B5 | 2 ч. | 99,94 | ||
| 4 ч. | 100,0 | Нет данных | Нет данных | |
| 24 ч. | 100,0 |
1. Водно-дисперсионная лакокрасочная композиция с биоцидным действием, включающая неионное водоразбавляемое пленкообразующее - водную полимерную дисперсию, водный раствор биоцидной добавки - производное полигексаметиленгуанидина и полимерную пасту, полученную из пигмента и наполнителя и диспергирующего раствора, содержащего воду, анионный полимерный диспергатор, неионный целлюлозный загуститель, эмульгатор, органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| пигментная паста | 63,0 - 92,0 |
| водная полимерная дисперсия | 5,0 - 30,0 |
| 25%-ный водный раствор биоцидной добавки | 3,0 - 7,0 |
при этом весовое соотношение неионного целлюлозного загустителя к анионному полимерному диспергатору в пигментной пасте равно 2,0:1,0-1,0:2,0.
2. Композиция по п.1, в составе которой в качестве неионного целлюлозного загустителя используют производное гидроцеллюлозы, введенное в диспергирующий раствор в количестве 0,5-1,0 мас.%.
3. Композиция по п.1, в составе которой в качестве анионного полимерного диспергатора используют натриевые и аммониевые соли поликарбоновых кислот, введенные в пигментную пасту в количестве 0,17-0,55 мас.%.
4. Композиция по п.3, в составе которой в качестве анионного полимерного диспергатора используют полифосфат натрия.
