Способ получения водной связующей композиции, водная связующая композиция и водная композиция покрытия, содержащая такую связующую композицию
Настоящее изобретение относится к способу получения водной связующей композиции, водной связующей композиции и водной композиции покрытия. Данный способ содержит стадии: обеспечение первого алкида в виде однородной жидкости; обеспечение водной дисперсии второго алкида; эмульгирование первого алкида путем его добавления к водной дисперсии второго алкида или путем добавления водной дисперсии второго алкида к первому алкиду; перемешивание c получением водной связующей композиции. Однородная жидкость содержит по меньшей мере 90 мас.% растворенного или расплавленного первого алкида по общей массе однородной жидкости и имеет вязкость в диапазоне от 1,0 до 3,5 Па⋅с. Водная связующая композиция содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе. Первый алкид эмульгирован в капли, имеющие среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм. Диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 50 до 500 нм. Технический результат – создание водных связующих композиций с высоким содержанием связующего полимера, которые устойчивы и имеют низкую вязкость и которые при их использовании в водных композициях покрытия образуют водные композиции покрытия с относительно высоким содержанием связующего полимера, позволяя получать высушенные покрытия с хорошими свойствами внешнего вида, такими как блеск и четкость изображения, а также с хорошей атмосферостойкостью, в том числе и после нанесения ограниченного числа слоев покрытия. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу получения водной связующей композиции, к водной связующей композиции, получаемой с помощью такого способа, а также к водной композиции покрытия, содержащей такую водную связующую композицию.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Водные композиции покрытия, содержащие диспергированные связующие полимеры, такие как диспергируемые акрилатные связующие полимеры, диспергированные окислительно сохнущие связующие полимеры, такие как, например, алкиды, или их комбинации, известны в данной области техники. Такие водные композиции с диспергированными связующими полимерами позволяют избежать содержания легколетучих органических соединений (VOC) в традиционных композициях покрытий на основе растворителя и тем самым являются выгодными с точки зрения охраны здоровья и экологии.
Водные композиции для покрытий, содержащие диспергированные связующие полимеры, обычно имеют содержание связующего полимера ниже 40 мас.%, поскольку дисперсия связующего вещества обычно не может быть приготовлена с очень высоким содержанием связующих полимеров из-за ограничений вязкости. Относительно низкое содержание связующего полимера подразумевает, что требуется относительно большое количество энергии для сушки и транспортировки композиции покрытия. Кроме того, композиции покрытий с низким содержанием связующего полимера приводят к относительно тонким высушенным слоям покрытия, и для получения приемлемого покрытия необходимо наносить несколько слоев.
Патентный документ WO 97/26303 раскрывает водные гибридные связующие композиции с высоким содержанием связующего полимера, то есть выше 60 мас.% (приблизительно 75 мас.% в примерах), которые используются получения водных композиций покрытия с высоким содержанием твердых веществ. Водные гибридные связующие композиции патентного документа WO 97/26303 готовятся путем добавления твердого алкидного связующего полимера, являющегося эмульгируемым в воде, к водной дисперсии акрилового полимера в присутствии поверхностно-активного вещества и/или защитного коллоида. При этом получается устойчивая водная гибридная связующая композиция, содержащая эмульгированные капли алкида и диспергированные частицы акрилового полимера. Такая связующая композиция с высоким содержанием твердых веществ может выгодно использоваться в композициях покрытия, которые требуют высокого содержания связующего полимера. В частности для композиций прозрачного или просвечивающего покрытия, которые часто используются для деревянных поверхностей, такое высокое содержание связующего полимера является важным, поскольку такие композиции покрытия не содержат или содержат относительно небольшие количества неорганических твердых соединений, таких как частицы неорганического наполнителя или неорганические цветные или белые пигменты, для увеличения содержания твердых веществ.
В данной области техники существует потребность в водных связующих композициях с высоким содержанием связующего полимера, которые были бы устойчивыми и имели бы достаточно низкую вязкость, и которые при их использовании в водных композициях покрытия давали бы водные композиции покрытия с относительно высоким содержанием связующего полимера, позволяя получать высушенные покрытия с хорошими свойствами внешнего вида, такими как блеск и четкость изображения, а также с хорошей атмосферостойкостью, в том числе и после нанесения ограниченного числа слоев покрытия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Было найдено, что водная гибридная связующая композиция с относительно высоким содержанием связующего полимера и приемлемой вязкостью может быть получена путем объединения жидкого первого алкида, имеющего относительно низкую вязкость, с водной дисперсией второго алкида. Получаемая таким образом связующая композиция содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе.
Соответственно настоящее изобретение в первом аспекте относится к способу получения водной связующей композиции, содержащему следующие стадии:
a) обеспечение первого алкида в виде однородной жидкости, содержащей по меньшей мере 90 мас.% растворенного или расплавленного первого алкида и имеющей вязкость в диапазоне от 0,5 до 5,0 Па⋅с, определяемую в соответствии со стандартом ISO 3219 при 23°C и скорости сдвига 100 с-1;
b) обеспечение водной дисперсии второго алкида; и
c) эмульгирование первого алкида путем добавления жидкости, обеспеченной на стадии a), к водной дисперсии, обеспеченной на стадии b), или путем добавления водной дисперсии, обеспеченной на стадии b), к жидкости, обеспеченной на стадии a), и перемешивания с получением водной связующей композиции,
причем водная связующая композиция содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе, и первый алкид эмульгирован в капли, имеющие среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к водной связующей композиции, получаемой с помощью вышеопределенного способа. Такая связующая композиция содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе. Как правило, такие связующие композиции характеризуются среднеобъемным диаметром диспергированного второго алкида в диапазоне от 50 до 500 нм, среднеобъемным диаметром эмульгированного первого алкида в диапазоне от 1 до 20 мкм, массовым отношением первого алкида ко второму алкиду в диапазоне от 40:60 до 90:10, и полным содержанием алкидов в диапазоне от 60 до 85 мас.%. Соответственно, в третьем аспекте настоящее изобретение относится к водной связующей композиции, содержащей эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе, в которой диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 50 до 500 нм, эмульгированный первый алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм, массовое отношение первого алкида ко второму алкиду находится в диапазоне от 40:60 до 90:10, и общее содержание алкидов находится в диапазоне от 60 до 85 мас.%.
Водная связующая композиция в соответствии с настоящим изобретением может подходящим образом использоваться в водной композиции покрытия для того, чтобы обеспечить пленкообразующие полимеры для такой композиции покрытия. Такая композиция покрытия содержит водную связующую композицию в соответствии с настоящим изобретением и дополнительные соединения, обычно используемые в композициях покрытия, такие как, например, цветные или белые пигменты, наполнители, загустители и другие добавки. Опционально композиция покрытия содержит дополнительные связующие полимеры, например в форме дополнительной дисперсии связующего полимера.
Соответственно в четвертом аспекте настоящее изобретение относится к водной композиции покрытия, содержащей определенную выше водную связующую композицию.
Было найдено, что водная композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением приводит к высушенным покрытиям, которые имеют хороший внешний вид, хороший блеск и очень хорошую долговечность.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В способе в соответствии с настоящим изобретением первый алкид обеспечивается как однородная жидкость. Обеспечиваемая однородная жидкость является однородной жидкой фазой растворенного или расплавленного первого алкида, который содержит по меньшей мере 90 мас.% первого алкида по общей массе однородной жидкости. Первый алкид может быть растворен в небольшом количестве органического растворителя. Предпочтительно первый алкид обеспечивается как по существу чистая жидкость, то есть как расплавленный алкид. Расплавленный первый алкид может содержать следы растворителя в качестве загрязняющих примесей из способа его производства, предпочтительно в количестве менее 3 мас.%, более предпочтительно менее 2 мас.% или даже менее 1 мас.%.
Предпочтительно однородная жидкость, обеспечиваемая на стадии a), содержит 95-100 мас.% первого алкида, более предпочтительно 97-99,9 мас.%, и еще более предпочтительно 98-99,8 мас.%.
Жидкость, обеспечиваемая на стадии a), имеет вязкость в диапазоне от 0,5 до 5,0 Па⋅с. Предпочтительно эта вязкость находится в диапазоне от 0,8 до 4,0 Па⋅с, более предпочтительно от 1,0 до 3,5 Па⋅с, и еще более предпочтительно от 2,0 до 3,2 Па⋅с. Любая ссылка в настоящем документе на вязкость связующих полимеров в жидком состоянии или в виде эмульсии или дисперсии относится к вязкости, определенной в соответствии со стандартом ISO 3219 при 23°C и скорости сдвига 100 с-1.
Известно, что вязкость алкида зависит от его молекулярной массы, его жирности и степени разветвленности. Вязкость обычно увеличивается при увеличении молекулярной массы, уменьшении жирности или уменьшении разветвленности при той же самой молекулярной массе. Таким образом, специалист в данной области техники может управлять вязкостью первого алкида, управляя этими параметрами.
Первый алкид предпочтительно представляет собой алкид со средневесовой молекулярной массой самое большее 12000 г/моль. Более предпочтительно средневесовая молекулярная масса находится в диапазоне от 5000 г/моль до 10000 г/моль, и еще более предпочтительно от 5500 г/моль до 9000 г/моль. Средневесовая молекулярная масса может быть подходящим образом определена с использованием гель-проникающей хроматографии с калибровкой по полистиролу в соответствии со стандартом ISO 13885. Первый алкид предпочтительно имеет индекс полидисперсности, то есть отношение средневесовой к среднечисленной молекулярной массе (молярной массе), самое большее 4,0, более предпочтительно самое большее 3,5.
Первый алкид предпочтительно имеет жирность по меньшей мере 70%, более предпочтительно в диапазоне от 74 до 88%, и еще более предпочтительно от 76 до 85%.
Первый алкид предпочтительно представляет собой разветвленный алкид, то есть алкид с основной цепью полиэстера, которая разветвляется. Степень разветвленности определяется как вероятность того, что случайным образом выбранная функциональная группа блока ветви связана с другим блоком ветви прямо или через цепь бифункциональных блоков (см. P. J. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, Ithaca, N. Y., 1953). Степень разветвленности может быть увеличена путем увеличения средней функциональности мономеров, используемых для основной цепи полиэстера.
Первый алкид представляет собой алкид, который может эмульгироваться в воде. Первый алкид предпочтительно имеет кислотное число ниже 25 мг KOH/г, более предпочтительно ниже 15 мг KOH/г, и еще более предпочтительно от 5 до 10 мг KOH/г. Кислотное число может быть подходящим образом определено в соответствии со стандартом ISO 2114.
Первый алкид предпочтительно представляет собой немодифицированный алкид, то есть алкид без функциональных боковых цепей, отличающихся от его боковых цепей жирной кислоты.
Подходящие первые алкиды известны в данной области техники и являются коммерчески доступными. Примером подходящего первого алкида является алкид, приготавливаемый в примере 5 патентного документа WO 97/26303. Примеры коммерчески доступных алкидов, которые могут использоваться в качестве первого алкида, включают в себя Setal 293, Setal 304, Setal 303 SM-90 (производства компании Nuplex), Vialkyd® VAF 6091 (производства компании Allnex), а также Urakyd AD 97 (производства компании Synres B. V.).
Предпочтительный первый алкид получается путем реакции жирных кислот таллового масла с пентаэритритом и небольшим количеством ангидрида, такого как тримеллитовый ангидрид или гексагидрофталевый ангидрид.
На стадии b) способа в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается водная дисперсия второго алкида.
После этого жидкий первый алкид эмульгируется (стадия c)) либо путем добавления жидкого первого алкида к водной дисперсии второго алкида, либо путем добавления водной дисперсии второго алкида к жидкому первому алкиду. Эмульгирование выполняется при перемешивании в подходящем устройстве для эмульгирования. Подходящие устройства для эмульгирования известны в данной области техники. Примером подходящего устройства является перемешивающее устройство для растворения. Стадия c) эмульгирования предпочтительно выполняется в присутствии одного или более поверхностно-активных веществ. Такие поверхностно-активные вещества могут быть обеспечены с дисперсией второго алкида или могут добавляться отдельно во время или непосредственно перед стадией c) эмульгирования. Подходящие поверхностно-активные вещества известны в данной области техники и включают в себя поверхностно-активные вещества, обычно используемые в композициях покрытия, такие как анионные и неионогенные поверхностно-активные вещества, а также их комбинации. Предпочтительно стадия c) эмульгирования выполняется при температуре в диапазоне от 15 до 100°C, более предпочтительно от 20 до 80°C. Дополнительная вода может добавляться до или во время стадии c) эмульгирования.
Перемешивание выполняется до тех пор, пока первый алкид не эмульгируется в капли со среднеобъемным диаметром в диапазоне от 1 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 10 мкм. Предпочтительно перемешивание выполняется до тех пор, пока среднеобъемный диаметр эмульгированного первого алкида не станет таков, что отношение между среднеобъемным диаметром первого алкида и среднеобъемным диаметром второго алкида будет находиться в диапазоне от 5 до 100, более предпочтительно от 8 до 50, и еще более предпочтительно от 10 до 30. Ссылка в настоящем документе на среднеобъемный диаметр капелек или частиц относится к среднеобъемному диаметру, также известному как D[4,3], который определяется с помощью лазерной дифракции, например с помощью инструмента Mastersizer 3000™ производства компании Malvern.
Таким образом получается водная связующая композиция, которая содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе. Получаемая таким образом водная связующая композиция имеет относительно высокое содержание алкидов, обычно выше 50 мас.%, предпочтительно в диапазоне от 60 до 85 мас.%, более предпочтительно от 65 до 80 мас.% по общей массе связующей композиции. Без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что комбинация относительно больших капелек эмульгированного первого алкида и более малых частиц диспергированного второго алкида в единственной водной фазе приводит к устойчивой водной связующей композиции с высоким содержанием алкидов.
Предпочтительно количество жидкого первого алкида и дисперсии второго алкида, используемого на стадии c) эмульгирования, таковы, что водная связующая композиция, получаемая на стадии c), имеет массовое отношение первого алкида ко второму алкиду в диапазоне от 40:60 до 90:10, более предпочтительно от 50:50 до 80:20.
Получаемая связующая композиция является устойчивой связующей композицией, и обычно эта связующая композиция остается устойчивой, то есть сохраняет свою гомогенность, в течение по меньшей мере 3 месяцев, предпочтительно вплоть до 6 месяцев.
Второй алкид может быть любым алкидом, который дает желаемые свойства композиции покрытия, в которой он будет использоваться, или высушенному покрытию, сделанному с помощью такой композиции покрытия, в частности твердость и стойкость к царапанию высушенного покрытия. Специалисту в данной области техники известно, какие алкиды следует выбирать для конкретных свойств покрытия. Например, если желательны относительно твердые покрытия, предпочтительно, чтобы второй алкид имел жирность ниже 70%. Второй алкид более предпочтительно является алкидом с жирностью в диапазоне от 30% до 55%.
Второй алкид может быть немодифицированным или модифицированным алкидом. Предпочтительно второй алкид является модифицированным алкидом, чтобы оптимальным образом задать желаемые свойства получаемого связующего вещества и композиции покрытия.
Второй алкид может быть, например, алкидом, модифицированным силанами или силанолами, модифицированным ацетально-функциональными мономерами, или модифицированным ацетоацетатами. Такие модифицированные алкиды имеют хорошую адгезию к подложке.
Второй алкид может быть алкидом, модифицированным виниловыми и (мет)акриловыми мономерами, такими как стирол, хлорвинил, винилацетат, метилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат, этилметакрилат, бутилакрилат, гидроксиэтилметакрилат, акриловая кислота, метакриловая кислота, глицидилакрилат и глицидилметакрилат. Модифицированные винилом или акрилатом алкиды, как известно, приводят к хорошему блеску и стойкости к воздействию атмосферных агентов высушенного покрытия. Такие алкиды могут также улучшать твердость высушенного покрытия.
Альтернативно второй алкид может быть модифицированным эпоксигруппой алкидом, в частности если желательна адгезия высушенного покрытия к металлу.
Второй алкид может быть модифицирован фенолом. Такие алкиды обычно дают быстросохнущие покрытия и хорошую твердость высушенного покрытия. Модифицированные фенолом алкиды также дают хорошую адгезию подложки и придают высушенному покрытию некоторую стойкость к воздействию растворителей.
Предпочтительно второй алкид является модифицированным полиуретаном алкидом, который обычно дает твердые и долговечные покрытия. Модифицированные полиуретаном алкиды известны в данной области техники и являются коммерчески доступными, например Neopac™ PU480 или Necowel™ 5088.
Дисперсия второго алкида обычно имеет вязкость в диапазоне от 0,1 до 1 Па⋅с, предпочтительно от 0,2 до 0,5 Па⋅с, определяемую в соответствии со стандартом ISO 3219 при 23°C и в скорости сдвига 100 с-1.
Эта дисперсия может иметь любое подходящее содержание второго алкида, предпочтительно в диапазоне от 35 до 55 мас.%, более предпочтительно от 40 до 50 мас.%.
Подходящие дисперсии второго алкида обычно имеют частицы второго алкида со среднеобъемным диаметром в диапазоне от 50 до 500 нм, предпочтительно в диапазоне от 100 до 300 нм.
Дисперсии подходящих алкидов известны в данной области техники и являются коммерчески доступными. Примерами подходящей коммерчески доступной алкидной дисперсии являются Neopac™ PU480 (производства компании DSM), Necowel™ 5088, Necowel™ 5100 (производства компании ASK Chemicals), Synaqua® 4804 (производства компании Arkema) и Worleesol® E 150W (производства компании Worlée).
Настоящее изобретение дополнительно относится к водной связующей композиции, получаемой способом в соответствии с настоящим изобретением. Такая водная связующая композиция имеет эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе. Как правило, такие связующие композиции характеризуются среднеобъемным диаметром диспергированного второго алкида в диапазоне от 50 до 500 нм, предпочтительно от 100 до 300 нм, среднеобъемным диаметром эмульгированного первого алкида в диапазоне от 1 до 20 мкм, массовым отношением первого алкида ко второму алкиду в диапазоне от 40:60 до 90:10, и полным содержанием алкидов в диапазоне от 60 до 85 мас.%.
Следовательно, настоящее изобретение дополнительно относится к водной связующей композиции, содержащей эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе, в которой диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 50 до 500 нм, эмульгированный первый алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм, массовое отношение первого алкида ко второму алкиду находится в диапазоне от 40:60 до 90:10, и общее содержание алкидов находится в диапазоне от 60 до 85 мас.%.
Любые предпочтительные особенности, определенные выше относительно способа в соответствии с настоящим изобретением, также относятся к связующей композиции в соответствии с настоящим изобретением.
Связующая композиция в соответствии с настоящим изобретением может с выгодой использоваться в водной композиции покрытия. Следовательно, в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к водной композиции покрытия, содержащей связующую композицию в соответствии с настоящим изобретением. Такая композиция покрытия будет обычно содержать один или более дополнительных ингредиентов, которые обычно используются в композициях покрытия, таких как краски, цветные пасты или лаки. Такие дополнительные ингредиенты могут быть, например, цветными или белыми пигментами, неорганическими наполнителями, загустителями и добавками, обычно применяемыми в красках, цветных пастах или лаках, такими как биоциды, выравнивающие средства, матирующие вещества, УФ-стабилизаторы, диспергирующие агенты, поверхностно-активные вещества, пеногасители, смачивающие вещества, средства против образования пленки на поверхности, сиккативы и воски. Опционально композиция покрытия содержит один или более дополнительных связующих полимеров, например в форме дополнительного диспергированного связующего полимера, такого как дополнительный диспергированный алкид. Этот дополнительный диспергированный алкид может быть тем же самым или отличающимся от второго алкида.
Здесь ссылка на водную композицию покрытия относится к краске, цветной пасте или лаку, предпочтительно к краске, цветной пасте или лаку, или к цветной пасте, которая может использоваться в качестве верхнего покрытия с грунтовочным покрытием или без него.
Предпочтительно водная композиция покрытия содержит по меньшей мере 40 мас.% связующего полимера, более предпочтительно по меньшей мере 42 мас.% по общей массе композиции покрытия. Предпочтительно водная композиция покрытия содержит самое большее 60 мас.% связующего полимера.
Связующая композиция в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используется в композициях прозрачного или просвечивающего покрытия, то есть в композициях покрытия с низкими уровнями неорганических цветных или белых пигментов и неорганических наполнителей, таких как, например, карбонат кальция, каолин, силикаты и тальк. В таких композициях покрытия относительно высокое содержание связующего полимера необходимо для того, чтобы достичь приемлемого покрытия с ограниченным количеством слоев покрытия. Следовательно, водная композиция покрытия предпочтительно является композицией покрытия, содержащей от 0 до 10 мас.% неорганических твердых частиц по общей массе композиции покрытия. Неорганические твердые частицы включают в себя частицы неорганического цветного и белого пигмента и частицы неорганического наполнителя.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано с помощью следующих неограничивающих примеров.
Пример 1 - Приготовление первого алкида
71 м.ч. жирной кислоты таллового масла, 15,92 м.ч. пентаэритрита, 11 м.ч. ангидрида гексагидрофталевой кислоты и 2 м.ч. тримеллитового ангидрида помещались в реакционную колбу. Эта смесь затем нагревалась в атмосфере газообразного азота до 230°C. Реакционная смесь поддерживалась при этой температуре до тех пор, пока не было достигнуто кислотное число ниже 10. После этого смесь была охлаждена до 150°C, и к ней было добавлено 27 м.ч. жирной кислоты таллового масла. Затем температура была снова поднята до 230°C. Реакционная смесь поддерживалась при этой температуре до тех пор, пока не было достигнуто кислотное число ниже 12.
Для простоты удаления воды добавлялся ксилол. После удаления воды ксилол удалялся перегонкой в вакууме.
Эта жидкость имела содержание алкидов 99,5 мас.%, средневесовую молекулярную массу 6000 г/моль, индекс полидисперсности 2,5 и вязкость 2,5 Па⋅с при 23°C и скорости сдвига 100 с-1.
Пример 2 - Композиция связующего вещества в соответствии с настоящим изобретением
С использованием алкида, приготовленного в Примере 1, и коммерчески доступной дисперсии или полиуретан-алкида (Neopac™ PU480 производства компании DSM с содержанием твердого связующего полимера 42 мас.%) была приготовлена связующая композиция с составом, показанным в Таблице 1.
Таблица 1 - Ингредиенты водных композиций связующего вещества
| Мас.% | |
| Жидкий алкид Примера 1 | 49,59 |
| Едкий натр 25% | 0,33 |
| Dehydran 1620 (пеногаситель) | 0,34 |
| Neopac™ PU480* | 45,06 |
| Disponil AFX 3070 (неионогенное поверхностно-активное вещество) | 0,27 |
| Aerosol TR70% (анионное поверхностно-активное вещество) | 1,49 |
| Вода | 2,84 |
| Mirecide NM/05 (биоцид) | 0,08 |
* среднеобъемный диаметр (D[4,3]) частиц алкида составляет 114 нм
В высокоскоростной мешалке для растворения и эмульгирования жидкий алкид примера 1, едкий натр и пеногаситель смешивались с низкой скоростью перемешивания. Смешивание было остановлено, и Neopac PU 480 был добавлен ниже поверхности смеси. Затем были добавлены поверхностно-активные вещества и вода, и компоненты смешивались на низкой скорости смешивания в течение нескольких минут до тех пор, пока не произошла инверсия фаз. После инверсии фаз скорость смешивания была увеличена, и смешивание было продолжено с высоким сдвигом до тех пор, пока жидкий алкид примера 1 не приобрел среднеобъемный диаметр приблизительно 2,4 мкм. После того, как был достигнут желаемый размер частиц, был добавлен биоцид.
Полученная связующая композиция содержала 68,3 мас.% связующего полимера по общей массе композиции: 49,4 мас.% первого алкида и 18,9 мас.% твердого полиуретан-алкида (второго алкида).
Пример 3 - Водная композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением (покрытие I).
Композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением была приготовлена следующим образом. Матирующая паста была получена при комнатной температуре путем смешивания воды, едкого натра, ACEMATT TS 100 и добавок (УФ-поглотителей, диспергирующего агента и поверхностно-активного вещества). В отстойном резервуаре гибридная связующая композиция примера 2 была смешана с пеногасителем и сиккативом, и матирующая паста была добавлена при перемешивании. Затем были добавлены Neopac™ PU480, биоцид, поверхностно-активные вещества и цветные пигменты для формирования композиции прозрачного покрытия (композиции покрытия I).
Таблица 2 - Состав композиции покрытия I
| Ингредиент | мас.% |
| Матирующая паста | |
| Вода | 13,89 |
| Едкий натр (25%) | 0,17 |
| ACEMATT TS 100 | 0,96 |
| Добавки (поглотители ультрафиолетовых лучей, диспергирующие агенты, поверхностно-активные вещества) | 0,96 |
| Гибридная композиция связующего вещества примера 2 | 50,43 |
| Пеногаситель | 0,19 |
| Сиккатив | 0,55 |
| Neopac™ PU480 | 23,91 |
| Биоцид | 1,29 |
| Поверхностно-активные вещества | 1,26 |
| Цветные пигменты | 6,39 |
Полученная композиция покрытия I содержит 56 мас.% первого алкида и 44 мас.% второго алкида (PU-алкида Neopac™ PU 480) по полному сухому содержанию связующего полимера, и имеет общее содержание твердых веществ 51 мас.% по общей массе композиции.
Пример 4 - Гибридная связующая композиция алкид/акрилат (сравнительная)
Водная гибридная связующая композиция была приготовлена как в Примере 2, но теперь с дисперсией акрилатного связующего полимера на основе сложных эфиров (мет)акриловой кислоты (Mowilith FA 336 S производства компании Celanese, 56 мас.% твердого связующего полимера) вместо дисперсии полиуретан-алкида.
Таблица 3 - Ингредиенты водной композиции алкидного/акрилатного связующего вещества
| мас.% | |
| Жидкий алкид Примера 1 | 49,59 |
| Едкий натр 25% | 0,33 |
| Dehydran 1620 (пеногаситель) | 0,34 |
| Mowilith FA 336 S* | 45,06 |
| Disponil AFX 3070 (неионогенное поверхностно-активное вещество) | 0,27 |
| Aerosol TR70% (анионное поверхностно-активное вещество) | 1,49 |
| Вода | 2,84 |
| Mirecide NM/05 (биоцид) | 0,08 |
* среднеобъемный диаметр (D[4,3]) частиц акрилата составляет 313 нм
Полученная связующая композиция содержала 74,6 мас.% связующего полимера по общей массе композиции: 49,3 мас.% алкида и 25,3 мас.% твердого акрилата.
Пример 5 - Водная композиция покрытия II (сравнительная).
Водная композиция покрытия была приготовлена как в Примере 3, но теперь с гибридной связующей композицией, как в Примере 4.
Таблица 4 - Состав композиции покрытия II
| Ингредиент | мас.% |
| Матирующая паста | |
| Вода | 22,77 |
| Едкий натр (25%) | 0,17 |
| ACEMATT TS 100 | 0,94 |
| Загуститель | 0,94 |
| Добавки (поглотители ультрафиолетовых лучей, диспергирующие агенты, поверхностно-активные вещества) | 0,93 |
| Гибридная композиция связующего вещества примера 4 | 55,42 |
| Пеногаситель | 0,19 |
| Загуститель | 0,46 |
| Сиккатив | 0,55 |
| диспергирующие агенты | 2,61 |
| вода | 6,06 |
| Биоцид | 1,26 |
| Поверхностно-активные вещества | 1,44 |
| Цветные пигменты | 6,26 |
Полученная композиция покрытия II содержит 66 мас.% первого алкида и 34 мас.% акрилата по полному сухому содержанию связующего полимера, и имеет общее содержание твердых веществ 51 мас.% по общей массе композиции.
Результаты теста
Композиция покрытия I (в соответствии с настоящим изобретением) и композиция покрытия II (сравнительная) в соответствии с примерами 3 и 4 были нанесены кистью на негрунтованную сосновую подложку. Были нанесены два слоя композиции покрытия. Между нанесением слоев композицию покрытия оставляли сохнуть при комнатной температуре в течение 24 час.
Сосновые (Pinus sylvestris) панели с длиной 1 м использовались в качестве подложки. Для того, чтобы подвергнуть систему напряжению, композиции покрытия наносились на ту сторону подложки, которая была ближе к коре дерева, поскольку она более склонна к растрескиванию, чем та сторона, которая ближе к сердцевине дерева.
Панели были повернуты на юг и размещены под углом 45°. Испытательная станция находилась в Адельбодене, на высоте примерно 1400 м над уровнем моря. Эта местность характеризуется высоким уровнем ультрафиолетового излучения и большим количеством циклов замораживания - оттаивания. Эти факторы ускоряют деградацию тестируемых систем.
Осмотр проводился одним и тем же человеком в соответствии со стандартом ISO 4628 «Краски и лаки - Оценка деградации покрытий - Обозначение количества и размера дефектов, а также интенсивности однородных изменений внешнего вида».
Следующие свойства покрытых панелей оценивались в соответствии со стандартом ISO 4628:
Общий вид по ISO 4628-1
Общий вид оценивался по шкале от 0 (никаких заметных изменений) до 5 (очень заметное изменение).
Эрозия по ISO 4628-1
Эрозия оценивалась по шкале от 0 (никакой заметной эрозии) до 5 (0 является самой лучшей оценкой, 5 - худшей).
Растрескивание по ISO 4628-4
Каждое из свойств глубины, размера и количества трещин оценивались по шкале от 0 (никаких обнаруживаемых трещин) до 5 (0 является самой лучшей оценкой, 5 - худшей). Сумма этих трех оценок показана в Таблице 2.
Блеск под углом 60° по ISO 2813
Результаты показаны в Таблице 5.
Таблица 5 - Результаты после 3 лет экспонирования в Адельбодене
| Покрытие | Общий вид | эрозия | растрескивание (сумма глубины и размера) | Блеск |
| I | 2 | 1 | 7 | 2,2 |
| II* | 4 | 3 | 9 | 0,6 |
* Это покрытие показало значительное выпотевание связующего полимера.
Эти результаты показывают, что связующая композиция в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает композиции покрытия, которые дают высушенные покрытия с улучшенными свойствами внешнего вида (общий вид и блеск) даже после экспонирования в течение 3 лет в грубых погодных условиях.
1. Способ получения водной связующей композиции, содержащий следующие стадии:
a) обеспечение первого алкида в виде однородной жидкости, содержащей по меньшей мере 90 мас.% растворенного или расплавленного первого алкида по общей массе однородной жидкости и имеющей вязкость в диапазоне от 1,0 до 3,5 Па⋅с, определяемую в соответствии со стандартом ISO 3219 при 23°C и скорости сдвига 100 с-1;
b) обеспечение водной дисперсии второго алкида; и
c) эмульгирование первого алкида путем добавления жидкости, обеспеченной на стадии a), к водной дисперсии, обеспеченной на стадии b), или путем добавления водной дисперсии, обеспеченной на стадии b), к жидкости, обеспеченной на стадии a), и перемешивания c получением водной связующей композиции,
причем водная связующая композиция содержит эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе, и первый алкид эмульгирован в капли, имеющие среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм, и диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 50 до 500 нм.
2. Способ по п. 1, в котором диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 100 до 300 нм.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором жидкость, обеспечиваемая на стадии a), имеет вязкость в диапазоне от 2,0 до 3,2 Па⋅с.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором жидкость, обеспечиваемая на стадии a), содержит от 95 до 100 мас.% первого алкида, предпочтительно от 97 до 99,9 мас.%, и еще более предпочтительно от 98 до 99,8 мас.%.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором дисперсия, обеспеченная на стадии b), содержит от 35 до 55 мас.% второго алкида, предпочтительно от 40 до 50 мас.% по общей массе дисперсии.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадию c) выполняют в присутствии одного или более поверхностно-активных веществ.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение первого алкида и второго алкида в полученной связующей композиции находится в диапазоне от 40:60 до 90:10, предпочтительно от 50:50 до 80:20.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором полученная связующая композиция имеет содержание алкидов в диапазоне от 60 до 85 мас.%, предпочтительно от 65 до 80 мас.% по общей массе связующей композиции.
9. Водная связующая композиция, получаемая способом по любому из пп. 1-8, для применения в водной композиции покрытия.
10. Водная связующая композиция по п.9, содержащая эмульгированный первый алкид и диспергированный второй алкид в единственной водной фазе, причем диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 50 до 500 нм, эмульгированный первый алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 20 мкм, массовое соотношение первого алкида ко второму алкиду находится в диапазоне от 40:60 до 90:10, и общее содержание алкидов находится в диапазоне от 60 до 85 мас.%.
11. Водная связующая композиция по п. 10, в которой эмульгированный первый алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 1 до 10 мкм.
12. Водная связующая композиция по п. 10 или 11, в которой диспергированный второй алкид имеет среднеобъемный диаметр в диапазоне от 100 до 300 нм.
13. Водная композиция покрытия, содержащая водную связующую композицию по любому из пп. 9-12.
14. Водная композиция покрытия по п. 13, содержащая по меньшей мере 40 мас.% связующего полимера по общей массе композиции покрытия.
15. Водная композиция покрытия по п. 13 или 14, содержащая от 0 до 10 мас.% неорганических твердых частиц по общей массе композиции покрытия.
