Окрасочная композиция с металлическим блеском
Владельцы патента RU 2310672:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) (RU)
Окрасочная композиция может быть использована для окраски автомобилей, пластмасс, покрытий промышленного назначения и в приготовлении печатных красок и содержит пленкообразующий полимер - смесь поливинилбутираля и новолачной фенолформальдегидной смолы, смесь органических растворителей бутилацетата, этилового спирта, мета-ксилола и алюминиевую пудру, образуя покрытия с металлическим блеском, повышенной прочности при ударе и устойчивости при высоких температурах за счет получения сшитых структур в результате взаимодействия гидроксильных групп поливинилбутираля и метилольных или гидроксильных групп новолачной фенолформальдегидной смолы.
Изобретение относится к созданию окрасочных композиций с алюминиевой пудрой и может быть использовано для окраски автомобилей, пластмасс, покрытий промышленного назначения и в приготовлении печатных красок.
Известна композиция на основе приготовления пигмента с предварительной обработкой алюминиевой пудры полипропиленгликолем со среднечисленной молекулярной массой 350-1000 (Патент Германии BASF Coatings AG 10027295 (2001), С09D 5/46, №10027295, 20000602).
Недостатком способа является возможность разрушения композиции при длительном хранении или повышении температуры (60°С и выше).
Известна композиция, состоящая из сополимера трифторхлорэтилена с винилиденфторидом Ф-32 Л марки Н, растворителя (ацетон, бутилацетат) и пигментов (алюминиевой пудры или диоксида титана и/или пигмента голубого фталоцианинового (Патент РФ 2215763, С09D 51/108, С09D 127/124, 10.11.2003).
Недостатком известной композиции является низкая устойчивость композиции при высоких температурах и ударе вследствие протекания реакции элиминирования в пленкообразующих веществах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сути и достигаемому результату является эмаль ВЛ-297 (ТУ 6-10-1667-78), содержащая поливинилбутираль, резольную фенолформальдегидную смолу, алюминиевую пудру, смесь растворителей (Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. Москва, Химия, 1982, с.243).
Общими признаками с прототипом в заявляемой композиции являются компоненты: пленкообразующий полимер, смесь органических растворителей, алюминиевая пудра.
Недостатком такой системы является неустойчивость композиции из-за возможности образования осадка в результате увеличения степени разветвления резольной фенолформальдегидной смолы. И поэтому эмаль ВЛ-297 поставляется в виде двух компонентов - полуфабриката эмали и алюминиевой пудры. Перед применением смешивают 95 мас.% ч. полуфабриката и 5 мас.ч. алюминиевой пудры. До рабочей вязкости (15-17 с по ВЗ-4) эмаль разбавляют смесью этилового и бутилового спиртов в количестве не более 30%.
Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости композиции при повышенной температуре и получение покрытий на ее основе с повышенной прочностью при ударе за счет образования сшитых структур в результате взаимодействия между функциональными группами полимерных компонентов.
Технический результат достигается тем, что окрасочная композиция, включающая пленкообразующий полимер, смесь органических растворителей и алюминиевую пудру, согласно изобретению в качестве пленкообразующего полимера содержит смесь поливинилбутираля и новолачной фенолформальдегидной смолы в смеси органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,39-13,81 |
| новолачная фенолформальдегидная смола | 8,08-8,52 |
| алюминиевая пудра | 1,30-1,34 |
| смесь органических растворителей этилового | 76,36-76,97 |
| спирта, бутилацетата, мета-ксилола |
Технический результат достигается использованием в качестве пленкообразующих веществ поливинилбутираля и новолачной фенолформальдегидной смолы.
Разработанная окрасочная композиция для покрытия, включающая поливинилбутираль, неотвержденную новолачную фенолформальдегидную смолу, смесь органических растворителей (бутилацетат, этиловый спирт, мета-ксилол) и алюминиевую пудру, образует покрытия с металлическим блеском, повышенной прочностью при ударе и обладает устойчивостью при высоких температурах.
Сущность заявленного изобретения состоит в высокой скорости отверждения вследствие образования сшитых структур путем взаимодействия поливинилбутираля с новолачной фенолформальдегидной смолой при повышенной температуре.
Положительным эффектом предлагаемого изобретения является возможность получения покрытий на основе композиции с повышенной прочностью при ударе и устойчивостью при высоких температурах. Кроме того, покрытия на основе этой композиции обладают металлическим блеском.
Поливинилбутираль представляет собой аморфный полимер белого цвета. Он растворим в спиртах, кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородах, не растворим в бензине, керосине и этиловом эфире [Энциклопедия полимеров, М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1974, Т.2, с.782]. Структурная формула поливинилбутираля приведена ниже:
Новолачная фенолформальдегидная смола представляет собой твердую, очень хрупкую прозрачную массу янтарного цвета. При 60-90°С полимер переходит в жидкое состояние, легко растворяется в спиртах, кетонах, фенолах и растворах едких щелочей [Энциклопедия полимеров, М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1974, Т.3, с.710]. Структурная формула новолачной фенолформальдегидной смолы приведена ниже:
Увеличение содержания поливинилбутираля больше 13,81% в композиции приводит к образованию очень вязкого раствора, в результате чего не удается получить покрытия высокого качества (примеры 5, 6). При снижении содержания поливинилбутираля ниже 13,39% получается неустойчивая композиция (пример 4), которая даже при комнатной температуре в течение 3-4 часов расслаивается.
Увеличение содержания новолачной фенолформальдегидной смолы больше 8,52% приводит к ухудшению качества композиции: через 6-7 часов наблюдается выпадение смолы (пример 4, 9). Уменьшение содержания новолачной фенолформальдегидной смолы меньше 8,08% (пример 8) не обеспечивает необходимой адгезии к металлам и прочности при ударе. Кроме того, композицию необходимо подвергать термообработке при 270°С, а это усложняет технологию получения покрытия. Наилучшие результаты представлены в примерах 3, 10 и 11.
Отличием заявляемой композиции от прототипа является использование в качестве пленкообразующей основы смеси поливинилбутираля и новолачной фенолформальдегидной смолы в заявляемом соотношении компонентов, что доказывает новизну заявляемой композиции.
Известно применение фенолформальдегидной смолы в качестве основы лаков, эмалей, клеев, герметиков [Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе, 2 изд., М.-Л., 1966, с.411].
Широко применяют поливинилбутираль для получения лаков и эмалей [Ушаков С.Н. Поливиниловый спирт и его производные, М.-Л., 1960, т.1-2].
В заявляемой композиции сочетание новолачной фенолформальдегидной смолы (8,08-8,52 мас.%) с поливинилбутиралем (13,39-13,81 мас. %) при совмещении с алюминиевой пудрой (1,30-1,34 мас. %) в смеси органических растворителей (76,36-76,97 мас.%) позволяет получить покрытие с металлическим блеском и повышенной прочностью при ударе за счет образования сшитых структур в результате взаимодействия гидроксильных групп поливинилбутираля и метилольных или гидроксильных групп новолачной фенолформальдегидной смолы.
Таким образом, два известных ингредиента (новолачная фенолформальдегидная смола, поливинилбутираль) в заявляемой композиции в новой совокупности признаков обеспечивают синергетический эффект - образование сшитых структур в результате нового взаимодействия, что свидетельствует о новом, неизвестном из уровня техники, механизме влияния признаков на достигаемый технический результат, что свидетельствует о соответствии заявляемой композиции условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Способ приготовления композиции заключается в следующем. Определенную навеску поливинилбутираля растворяют в необходимом объеме этилового спирта и добавляют рассчитанное количество новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в бутилацетате. После перемешивания приливают бутилацетат и мета-ксилол. При перемешивании к полученной смеси добавляют алюминиевой пудры.
Соотношение ингредиентов для получения окрасочной композиции берут в соответствии с заявляемым соотношением компонентов, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,39-13,81 |
| новолачная фенолформальдегидная смола | 8,08-8,52 |
| алюминиевая пудра | 1,30-1,34 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 76,36-76,97 |
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1. Синтез новолачной фенолформальдегидной смолы. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 94 г фенола (марки хч ГОСТ 6417-52) и при охлаждении приливают постепенно 0,4 мл 36%-ной соляной кислоты (марки хч ГОСТ 3118-67) и 34 мл 40%-ного раствора формалина (марки ч МРТУ 6-09-6319-69). После полного растворения фенола смесь помещают в кипящую водяную баню. При этом сразу же наблюдается образование полимерного продукта, что приводит к расслоению смоляного и водного слоев. По окончании конденсации перемешивание прекращают, содержимое колбы охлаждают и сливают верхний водный слой. Оставшуюся в колбе смолу сушат при температуре 60-70°С. Выход полимера 90%. Готовую смолу используют в композиции. Состав и структура полимера подтверждаются данными элементного анализа и ИК-спектроскопии. Вычислено, %: С 78,50; Н 6,54. Найдено, %: С 77,82; Н 6,04.
Пример 2. Синтез поливинилбутираля. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 100 г поливинилового спирта (марки ч МРТУ 6-09-4004-67) и приливают 62 мл уксусной кислоты (марки хч ГОСТ 61-69). Смесь перемешивают до полного растворения поливинилового спирта. При охлаждении постепенно приливают 16 мл серной кислоты (марки хч ГОСТ 4204-66) и 82 мл масляного альдегида (марки ч МРТУ 6-09-5540-68) в 400 мл ледяной уксусной кислоты (марки хч ГОСТ 61-69). При непрерывном перемешивании повышают температуру до 35°С. Через некоторое время поливинилбутираль выпадает из раствора в виде мелкого порошка. Для завершения осаждения полимера реакционная масса разбавляется водой, полимер отфильтровывается, промывается дистиллированной водой для удаления кислоты. Промытый продукт центрифугируется и высушивается при 40°С.
Выход полимера 90%. Состав и структура полимера подтверждаются данными элементного анализа и ИК-спектроскопии. Вычислено, %: С 42,68; Н 13,04. Найдено, %: С 41,82; Н 13,64.
Пример 3. Приготовление композиции. 100 г поливинилбутираля, полученного способом, описанным в примере 2, растворяют в 500 мл этилового спирта (марки ч ГОСТ Р 51652-2000) и добавляют 62 г новолачной фенолформальдегидной смолы, полученной способом, описанным в примере 1, растворенной в 100 мл бутилацетата (марки хч ГОСТ 8981-78). После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола (марки ч МРТУ 6-09-3839-67). При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры (ГОСТ 5494-76).
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,39 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 8,3 |
| алюминиевая пудра | 1,34 |
| смесь органических растворителей | 76,97 |
При нанесении на металлическую поверхность получена однородная пленка, прочность при ударе около 15 Дж, времени высыхания при (25±3)°С, составляющем 4-4,5 часа, и при сохранении значений показателей прочности при изгибе. Пленка устойчива при высоких температурах (160°С).
Пример 4. Приготовление композиции. 50 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 62 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 7,17 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 8,89 |
| алюминиевая пудра | 1,43 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 82,51 |
Неустойчивая композиция, которая в течение 3-4 часов расслаивается.
Пример 5. Приготовление композиции. 150 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 62 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 18,81 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 7,78 |
| алюминиевая пудра | 1,25 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 72,16 |
Не удается получить пленку высокого качества.
Пример 6. Приготовление композиции. 200 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 62 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 23,60 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 7,32 |
| алюминиевая пудра | 1,18 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 67,90 |
Не удается получить пленку высокого качества. Полученная пленка хрупкая, ломается при изгибе.
Пример 7. Приготовление композиции. 120 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 62 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 15,64 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 8,08 |
| алюминиевая пудра | 1,30 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 74,98 |
Время высыхания пленки составляет около 10 суток, поэтому необходимо пленку подвергать термообработке, а это усложняет технологию получения покрытия.
Пример 8. Приготовление композиции. 100 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 40 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,79 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 5,51 |
| алюминиевая пудра | 1,38 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 79,32 |
При нанесении на металлическую поверхность получена хрупкая пленка, которая ломается при изгибе.
Пример 9. Приготовление композиции. 100 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 100 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 12,73 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 12,73 |
| алюминиевая пудра | 1,27 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 73,27 |
Наблюдается выпадение смолы.
Пример 10. Приготовление композиции. 104 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 64 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,81 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 8,50 |
| алюминиевая пудра | 1,33 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 76,36 |
При нанесении на металлическую поверхность получена однородная пленка, прочность при ударе около 10 Дж, времени высыхания при (25±3)°С, составляющем 3 часа, и при сохранении значений показателей прочности при изгибе. Пленка устойчива при высоких температурах (160°С).
Пример 11. Приготовление композиции. 102 г поливинилбутираля растворяют в 500 мл этилового спирта и добавляют 64 г новолачной фенолформальдегидной смолы, растворенной в 100 мл бутилацетата. После перемешивания приливают 100 мл бутилацетата и 10 мл мета-ксилола. При перемешивании к полученной смеси добавляют 10 г алюминиевой пудры.
Состав композиции, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,58 |
| новолачная феноформальдегидная смола | 8,52 |
| алюминиевая пудра | 1,33 |
| смесь органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилола | 76,57 |
При нанесении на металлическую поверхность получена однородная пленка, прочность при ударе около 10 Дж, времени высыхания при (25±3)°С, составляющем 3 часа, и при сохранении значений показателей прочности при изгибе. Пленка устойчива при высоких температурах (160°С).
Окрасочная композиция с металлическим блеском, включающая пленкообразующий полимер и смесь органических растворителей, а также алюминиевую пудру, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего полимера используют смесь поливинилбутираля и новолачной фенолформальдегидной смолы в смеси органических растворителей этилового спирта, бутилацетата, мета-ксилота при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| поливинилбутираль | 13,39-13,81 |
| новолачная фенолформальдегидная смола | 8,08-8,52 |
| алюминиевая пудра | 1,30-1,34 |
| смесь растворителей этилового спирта, бутилацетат, | |
| мета-ксилола | 76,36-76,97 |
