Композиционная одноупаковочная силикатная краска
Владельцы патента RU 2645502:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, а именно к композиционным силикатным краскам с органическими добавками, и может быть использовано в строительстве и быту для защиты и декоративной отделки фасадов, а также для внутренних работ в зданиях и помещениях. Композиционная одноупаковочная силикатная краска содержит следующие компоненты, мас. %: жидкое калиевое стекло с модулем 2,6-3,3 60-70, мел 12-15, тальк 5-8, цинковые белила 5-9, кремнеземистый материал с содержанием оксида кремния не менее 75 мас. % и размером фракции до 50 мкм 3-5, стиролакриловая дисперсия 5. Технический результат - обеспечение состава одноупаковочной композиционной силикатной краски с повышенной жизнеспособностью и пониженным содержанием органических соединений. 2 табл.
Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, а именно к композиционным силикатным краскам с органическими добавками, и может быть использовано в качестве защитных и защитно-декоративных покрытий в промышленном и гражданском строительстве для отштукатуренных стен, каменных, стеклянных, керамических, кирпичных, бетонных, шиферных и прочих поверхностей со схожими свойствами, для стенописи при реставрации фасадов, внутренней отделки зданий и помещений, для нанесения разметки на проезжую часть.
Известна одноупаковочная силикатная краска [RU 2294947 С1, МПК (2006.01) C09D 5/08, C09D 5/28, опубл. 10.03.2007], включающая натриевое жидкое стекло, мочевину, бутадиен-стирольный латекс, мел, тальк, железный сурик, разбавитель и тонкомолотые отходы стекольного производства в массовом отношении к железному сурику 1:2-1:6. При этом в качестве разбавителя используют промышленные сточные воды, содержащие формальдегид, а натриевое жидкое стекло имеет плотность 1,33-1,35 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| натриевое жидкое стекло | 23,0-25,0 |
| мочевина | 2,3-2,5 |
| бутадиен-стирольный латекс | 18,0-20,0 |
| мел | 20,0-28,0 |
| тальк | 6,0-6,5 |
| железный сурик | 4,0-12,0 |
| тонкомолотые отходы стекольного производства | 2,0-2,5 |
| промышленные сточные воды, содержащие | |
| формальдегид | остальное |
Недостатком этого состава силикатной краски является высокое содержание органических модификаторов, в общей сложности до 23%, что отрицательно сказывается на экологичности и противопожарных свойствах, так как летучие органические соединения выделяются не только при нанесении краски, но продолжают выделяться еще в течение длительного времени (до 5 лет). В качестве разбавителя состав включает промышленные сточные воды, содержащие формальдегид.
Известен состав силикатной пигментированной краски [RU 2108356 С1, МПК6 C09D 1/02, C09D 1/04, опубл. 10.04.1998], содержащий следующие компоненты, мас. %:
| водный раствор высокомодульного натриевого | |
| жидкого стекла плотностью 1,13-1,22 г/см3 | 60-65 |
| мел | 20-25 |
| тальк | 5-10 |
| карбамид | 5 |
| кубовый остаток производства фурфурола | 5 |
Недостатком известной краски является использование кубовых остатков производства фурфурола, который является специфическим продуктом переработки сельскохозяйственных отходов, слаборастворимым в воде, разлагающимся при нагревании на фуран и моноксид углерода, которые относятся к ядовитым веществам. Содержание летучих органических соединений в данной краске составляет 10%, что снижает ее экологичность.
Известна силикатная краска [RU 2540434 С1, МПК6 C09D 1/02 (2006.01), опубл. 10.02.2015], включающая жидкое калиевое или натриевое стекло, силикатизатор - цинковые белила, тальк, наполнитель, в качестве которого использован термолизный дефекат - отход сахарного производства, прокаленный при температуре 260 и 600°С, с размером частиц 1-2 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| дефекат, прокаленный при температуре 600°С | 10-64 |
| дефекат, прокаленный при температуре 260°С | 12-63 |
| цинковые сухие белила | 15-55 |
| тальк | 15 |
| жидкое натриевое или калиевое стекло с плотностью | |
| не менее 1200 кг/м3, при массовом соотношении | 1:1 |
| по отношению к сухой части краски |
Недостатком этой краски является малая жизнеспособность и нестабильность при хранении, так как состав предназначен для смешивания и использования непосредственно перед покраской заданного объекта. Из-за высокого содержания цинковых белил (ZnO) краску изготавливают двухупаковочной.
Известен состав для получения защитного покрытия [RU 2066336 С1, МПК6 C09D 1/02, B05D 1/34, опубл. 10.09.1996], содержащий следующие компоненты, мас. %:
| каолин, обогащенный для керамических изделий | 14-15 |
| тальк, молотый для керамической промышленности | 10-11 |
| алюминиевая пудра | 5-6 |
| жидкое натриевое стекло с модулем | 4,0-4,5 |
| плотностью 1,18-1,19 г/см3 | остальное |
Недостатком покрытия является его малая жизнеспособность (20 суток), нестабильность при хранении.
Известна композиционная силикатная краска [RU 2160753 С2, МПК7 C09D 1/04, С04В 28/26, опубл. 20.12.2000], включающая жидкое стекло плотностью 1,35-1,40 г/см3 и модулем 2,7-3,0, органический модификатор и наполнитель. В качестве органического модификатора она дополнительно к бутадиен-стирольному латексу - 50%-ной водной дисперсии содержит мочевину, а в качестве наполнителя содержит отход производства ронгалита, включающий, мас. %: окись цинка 80,0-88,5, металлический цинк 9,0-13,0, гидрат окиси цинка 0,13-0,14, п.п.п. остальное,
при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:
| жидкое стекло плотностью 1,35-1,40 г/см3 | |
| и модулем 2,7-3,0 | 27,0-37,7 |
| мочевина | 1,7-4,2 |
| латекс бутадиен-стирольный - 50%-ная | |
| водная дисперсия | 13,6-33,3 |
отход производства ронгалита, включающий, мас. %:
| окись цинка | 80,0-88,5 |
| металлический цинк | 9,0-13,0 |
| гидрат окиси цинка | 0,13-0,14 |
| п.п.п. остальное | 33,3-50,0 |
| вода | остальное |
Недостатком краски является относительно низкая жизнеспособность, до 120 суток, повышенное содержание летучих соединений до 37,5%, что снижает ее экологичность и повышает горючесть, снижает пожаробезопасность покрытия.
Известна силикатная краска [RU 2043375 С1, МПК6 C09D 1/02, С04В 41/45, опубл. 10.09.1995], выбранная в качестве прототипа, включающая жидкое калиевое стекло, минеральный наполнитель, пигмент, отвердитель и модификатор. В качестве модификатора она содержит смесь золя кремнезема с удельной поверхностью 200-300 м2/г и водной эмульсии кубовых остатков производства пеностабилизаторов олигометилфенилсилоксанов при массовом соотношении (0,1-0,5):1, причем массовое отношение кубовых остатков производства пеностабилизаторов к воде составляет 0,3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| жидкое калиевое стекло | 46-61 |
| минеральный наполнитель | 15-20 |
| пигмент | 20-25 |
| отвердитель | 2-4 |
| указанный модификатор | 2-5 |
Недостатком краски является ее низкая жизнеспособность и нестабильность при хранении, что обусловлено повышенным содержанием пигмента, в качестве которого используют цинковые белила (ZnO), литопон (смесь ZnS и BaSO4), свинцовые белила (2РbСО3⋅Рb(ОН)2), железный сурик (Fe2О3). Содержание пигмента (силикатизатора) в количестве 20-25 мас. % приводит к активному протеканию процесса силикатизации, в результате чего краска достаточно быстро затвердевает, и поэтому изготавливается двухупаковочной. Кроме того, в состав краски входит водная эмульсия кубовых остатков производства олигометилфенилсилоксанов, которая получается методом гидролитической соконденсации диметилсилоксановых и метилфенил-силоксановых звеньев с последующей каталитической перегруппировкой продуктов гидролиза. Этот процесс является сложным и энергозатратным, что снижает доступность сырья для регионов, в которых отсутствует производство полимеров.
Задачей изобретения является создание одноупаковочной композиционной силикатной краски с низким содержанием летучих органических соединений и жизнеспособностью не менее полгода.
Предложенная одноупаковочная композиционная силикатная краска, также как в прототипе, включает жидкое калиевое стекло, минеральный наполнитель, пигмент и модификатор.
Согласно изобретению краска дополнительно содержит кремнеземистый материал с содержанием оксида кремния не менее 75 мас. % и размером фракции до 50 мкм.
В качестве минерального наполнителя краска содержит мел и тальк, в качестве модификатора - стиролакриловую дисперсию, в качестве пигмента - цинковые белила, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| жидкое калиевое стекло с модулем 2,6-3,3 | 60-70 |
| мел | 12-15 |
| тальк | 5-8 |
| кремнеземистый материал | 3-5 |
| цинковые белила | 5-9 |
| стиролакриловая дисперсия | 5 |
Предлагаемая композиционная силикатная краска является одноупаковочной, что упрощает ее использование и не требует дополнительного смешивания компонентов, как в случае двухупаковочной краски (порошок и жидкое стекло). Композиционная силикатная краска содержит не более 9% силикатизатора - цинковых белил, по сравнению с прототипом 25%, протекание реакций силикатизации обеспечивает введенный кремнеземсодержащий материал, что позволяет увеличить жизнеспособность одноупаковочной краски (не менее 180 суток и более).
Низкое содержание органического модификатора в количестве 5% обеспечивает экологичность и пожаробезопасность покрытия. Использование стиролакриловой дисперсии обеспечивает клеящую способность и высокую стойкость к атмосферному влиянию, к перепадам температур и действию ультрафиолетовых лучей, поэтому покрытие, полученное с использованием предложенной краски, со временем не желтеет, не выгорает и не теряет цвет.
В таблице 1 приведены составы композиционной силикатной краски.
В таблице 2 приведены значения показателей краски.
Процесс получения силикатной краски происходит в гомогенизаторе, в который загружают «сухую» часть компонентов и перемешивают до однородного состояния. «Сухая» часть включает природный кремнеземистый материал (измельченный кварцевый песок, диатомит, перлит), цинковые белила (ГОСТ 202-84), мел (ГОСТ 12085-88), тальк (ГОСТ 21234-75).
В качестве кремнеземистого материала используют или кварцевый песок, или диатомит, или перлит с содержанием кремнезема 75% и более: кварцевый песок месторождений Ташлинское, Егановское, Неболчинское и др. [Химическая технология стекла и ситаллов, Под ред. Н.П. Павлушкина - М.: Стройиздат, 1988, 86-87 с.]; диатомит месторождений Кисабтийское, Джраздзорское, Парбийское и др. [Р.Г. Мелконян Аморфные горные породы - новое сырье для стекловарения и строительных материалов, М.: «НИА Природа», 2002, 388 с., 38-39 с.]; перлит месторождений Начикинское, Ягоднинское, Паратунское [Т.П. Белова, А.С. Латкин. Разработка сорбентов для решения экологических проблем Камчатки, Изд-во КамчатГТУ Петропавловск-Камчатский 2006, 19-20 с.].
В «сухую» часть добавляют жидкие компоненты промышленное жидкое калиевое стекло, которое характеризуется значениями силикатного модуля в пределах 2,6-3,3 и имеет плотность 1,35-1,4 г/см3 [ГОСТ 18958-73 «Краски силикатные»] и стиролакриловую дисперсию. Жидкостекольную композицию перемешивают в течение 10-15 мин.
Рабочий раствор силикатной краски пропускают через сито для удаления не промешавшихся конгломератов, после чего в смесь добавляют стиролакриловую дисперсию, которая представляет собой синтетическую молочно-белую жидкость, полученную путем полимеризации сложных эфиров акриловой кислоты и стирола, например, стиролакриловая дисперсия таких фирм, как СН Polymers (Финляндия), FINNDISP (Швеция), Мовилит (Германия), Акратам 04.1, Акрилан 115, Лакротэн® Э-50А и др. (Россия). Для приготовления предлагаемой краски подходит стиролакриловая дисперсия на водной основе, с содержанием нелетучих веществ 50±1%, плотностью около 1,04 г/см3, вязкостью при 23°С 100-500 мПа⋅с.
После гомогенизации краску помещают в закрытую тару. Краску наносят при помощи краскопульта, валика или кисти в зависимости от плотности получившегося раствора и соотношении «сухая часть» жидкое стекло.
Пример 1. (Состав 1 в таблице 1)
Для приготовления пигментно-порошковой смеси берут 5 мас. % кварцевого песка Ташлинского месторождения (размер частиц до 50 мкм), 15 мас. % мела, 8 мас. % талька, 7 мас. % цинковых белил. Порошковую смесь готовят смешиванием материалов в указанных соотношениях с последующим совместным перетиранием в гомогенизаторе по типу шаровой мельницы. Добавляют 60 мас. % жидкого калиевого стекла плотностью 1,4 г/см3 и модулем 3,3, интенсивно перемешивают с 35 мас. % подготовленной пигментно-порошковой смеси и гомогенизируют до получения однородной массы, затем вводят 5 мас. % стиролакриловой дисперсии и перемешивают массу 20-30 минут. При необходимости краску разбавляют водой до вязкости не более 20 с по вискозиметру ВЗ-4.
Пример 2. (Состав 2 в таблице 1)
Для приготовления пигментно-порошковой смеси берут 4 мас. % диатомита Инзенского месторождения, 13 мас. % мела, 6 мас. % талька, 9 мас. % цинковых белил. Порошковую смесь готовят смешиванием материалов в указанных соотношениях с последующим совместным перетиранием в гомогенизаторе по типу шаровой мельницы. Добавляют 63% жидкого калиевого стекла плотностью 1,35 г/см3 и модулем 3, интенсивно перемешивают с 30 мас. % подготовленной пигментно-порошковой смеси и гомогенизируют до получения однородной массы, затем вводят 5 мас. % стиролакриловой дисперсии и перемешивают массу 20-30 минут. При необходимости краску разбавляют водой до вязкости не более 20 с по вискозиметру ВЗ-4.
Пример 3. (Состав 3 в таблице 1)
Для приготовления пигментно-порошковой смеси берут 3 мас. % перлита Ягоднинского месторождения, 12 мас. % мела, 5 мас. % талька, 5 мас. % цинковых белил. Порошковую смесь готовят смешиванием материалов в указанных соотношениях с последующим совместным перетиранием в гомогенизаторе по типу шаровой мельницы. Добавляют 70% жидкого калиевого стекла плотностью 1,4 г/см3 и модулем 2,6, интенсивно перемешивают с 30 мас. % подготовленной пигментно-порошковой смеси и гомогенизируют до получения однородной массы, затем вводят 5 мас. % стиролакриловой дисперсии и перемешивают массу 20-30 минут. При необходимости краску разбавляют водой до вязкости не более 20 с по вискозиметру ВЗ-4.
По технологическим свойствам разработанные составы соответствуют требованиям ГОСТ 18958-73: укрывистость не менее 150 г/м2, степень меления 1 балл, адгезия покрытия 1 балл, прочность покрытия при изгибе 15 мм. Разработанные составы стабильны при хранении, отличаются жизнеспособностью не менее полугода. При использовании стиролакриловой дисперсии повышается эластичность и водостойкость краски. Плотность составов варьируется в зависимости от содержания жидкого стекла, что позволяет наносить краску кистью, валиком и краскопультом.
КОМПОЗИЦИОННАЯ ОДНОУПАКОВОЧНАЯ СИЛИКАТНАЯ КРАСКА
Композиционная одноупаковочная силикатная краска, включающая жидкое калиевое стекло, минеральный наполнитель, пигмент, модификатор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит кремнеземистый материал с содержанием оксида кремния не менее 75 мас. % и размером фракции до 50 мкм, в качестве модификатора содержит стиролакриловую дисперсию, в качестве минерального наполнителя - мел и тальк, в качестве пигмента - цинковые белила, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| жидкое калиевое стекло с модулем 2,6-3,3 | 60-70 |
| мел | 12-15 |
| тальк | 5-8 |
| кремнеземистый материал | 3-5 |
| цинковые белила | 5-9 |
| стиролакриловая дисперсия | 5 |
