способ получения композиционного пигментного материала для приготовления красок

Формула изобретения

Способ получения композиционного пигментного материала на основе композиционных частиц пигмента диоксида титана и карбоната кальция в форме микромрамора, включающий раздельное приготовление водных дисперсий указанных компонентов и последующее смешивание двух дисперсий, отличающийся тем, что водные дисперсии готовят в высокоскоростном диссольвере в течение 20 мин, причем диспергирование диоксида титана ведут в присутствии полимерного диспергатора на основе АВ-блок-сополимера, а микромрамора - в присутствии триполифосфата натрия.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способам получения пигментного материала для приготовления красок и может найти применение в лакокрасочной промышленности.

Известно использование пигментной двуокиси титана в составах красок для обеспечения хорошей укрывистости и белизны покрытия. Чтобы уменьшить стоимость составов с использованием двуокиси титана, снижают его содержание в краске за счет введения других целевых добавок, например, патент РФ № 2111223, C09D 127/08.

Известны способы нанесения покрытий на частицы пигментов с целью улучшения физических свойств красителей, например, заявка РФ № 2006122222, С09С 1/62, патент РФ № 2134705, С09В 67/08.

Из публикации WO 92/19685, 1992 известен способ получения композиционного пигментного материала на основе диоксида титана и кальцинированного каолинового пигмента (патент США US 5152835), который предполагает раздельное приготовление дисперсий указанных пигментов в присутствии одного или нескольких диспергаторов, например, на основе натриевой или аммонийной соли полиакриловой или метакриловой кислоты, или их смеси, соли фосфорной кислоты и их смешением с использованием условий смешения дисперсий, обеспечивающих достижение тонкодиспергированного композиционного пигмента с высоким содержанием твердого вещества и, следовательно, его высокую укрывистость. Однако в этом способе предполагается поддержание высокого pH среды (выше 9), что ограничит выбор пигментов при последующем пигментировании лакокрасочного материала, т.к. будет возможно использование только щелочестойких пигментов. Кроме того, концентрированный каолиновый пигмент достаточно дорогой и менее распространенный в сравнении с карбонатом кальция, использование которого предусмотрено в предлагаемом нами способе.

Известный способ получения пигментного материала для приготовления красителей по патенту РФ № 2134705, выбранный в качестве прототипа, ставит целью уменьшение флокуляции (хлопьеобразования) частиц пигмента и включает раздельное приготовление водной дисперсии пигментного материала, в частности диоксида титана, и второго компонента, химически отличного материала, в частности из числа карбонатов, причем pH приготовленных дисперсий одинаков и одну из дисперсий получают в отсутствие диспергатора, полученные дисперсии смешивают. Для сохранения полученного композиционного пигментного материала дополнительно проводят операции фильтрования суспензии двух водных дисперсий, промывку, сушку, дробление. Взаимодействие между частицами получаемого композиционного материала осуществляется за счет сил электростатического притяжения.

К недостаткам известного способа следует отнести сложность технологического процесса, что значительно уменьшает достигаемую экономию по сокращению количества используемых дорогостоящих пигментов, наиболее распространенным среди которых является диоксид титана.

Технический результат предлагаемого нами способа состоит в значительном упрощении технологии получения пигментного материала на основе диоксида титана, с сохранением физико-химических показателей, соответствующих нормам, что в итоге ведет к сокращению количества дорогостоящего диоксида титана в составе красок.

Технический результат достигается тем, что операции известного способа получения композиционного пигментного материала на основе пигмента - диоксида титана рутильной модификации и карбоната кальция в форме микромрамора, включающие раздельное приготовление водных дисперсий указанных компонентов и смешивание двух дисперсий, согласно предлагаемому решению проводятся следующим образом. Водные дисперсии готовят в высокоскоростном диссольвере в течение 20 минут с линейной скоростью фрезы 20-25 м/с, причем диспергирование диоксида титана ведут в присутствии полимерного диспергатора Оротан 731 К на основе АВ-блоксополимера 2-винилпиридина и метилового эфира метакриловой кислоты, расчетная степень полимеризации по винилпиридину составляет n=27, по метиловому эфиру метакриловой кислоты m=122, а микромрамора - в присутствии триполифосфата натрия, затем дисперсии смешивают. Полученный состав готов для ввода в краску.

Суть предлагаемого способа, основанного на стерическом эффекте взаимодействия частиц, заключается в использовании явления обратимой контролируемой флокуляции.

При смешивании раздельно приготовленных дисперсий диоксида титана и микромрамора частицы микромрамора, дезагрегированные до первоначального размера и стабилизированные триполифосфатом натрия, вступают во взаимодействие с полимерным диспергатором, которым был стабилизирован диоксид титана. Оба пигмента окружены молекулами полимерного диспергатора таким образом, что пигментофильные группы ориентированы на пигмент, а группы, способные к побочным взаимодействиям, образуют побочную валентную связь, соединяющую частицы микромрамора и диоксида титана между собой. Преимущественно идет образование таких связей именно между частицами разных пигментов, связи между частицами одного вида происходят значительно реже, благодаря, различной массе микромрамора и диоксида титана. Таким образом, мы получаем комплексы, состоящие из крупных частиц микромрамора, окруженных частицами диоксида титана, что ведет к сокращению количества диоксида титана в составе пигментного материала. При этом благодаря наличию в краске относительно крупных частиц с высоким показателем преломления, который обусловлен показателем преломления диоксида титана, укрывистость краски остается высокой.

Использование в качестве диспергирующего агента для микромрамора триполифосфата натрия, преимуществом которого является хорошее комплексообразование с катионами Са ²⁺, обеспечивает высокую степень взаимодействия диспергатора с поверхностью частиц микромрамора.

Использование в качестве диспергатора для диоксида титана АВ-блоксополимера 2-винилпиридина и метилового эфира метакриловой кислоты, имеющего на концах молекулы, обращенные в дисперсную среду группы, способные к образованию побочной валентной связи, позволит связать частицы микромрамора и диоксида титана между собой.

Значительное упрощение предлагаемой технологии достигается наличием всего трех операций для приготовления пигментного материала, при этом нет необходимости жесткого контроля pH среды и не требуется отмывать пигменты от щелочного или кислого раствора. В данном способе предполагается сразу два способа стабилизации пигмента: по стерическому и электростатическому механизму, что обеспечит еще более высокую устойчивость системы в сравнении со способами стабилизации, предусмотренными в патентах РФ № 2134705 и US 5152835.

Предлагаемая технология представлена следующими примерами.

Пример 1

В диссольвере-смесителе к 76 г воды добавляем 1 г микробиоцида, активные ингредиенты которого классифицируются по номенклатуре IUPAC как 5-хлоро-2-метил-4-изотиазолин-3-он и 2-метил-4-изотиазолин-3-он и 1 г триполифосфата натрия, добавляем 0,3 г пеногасителя, представляющего собой смесь синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот со 100%-ной концентрацией активных компонентов, и вводим 50,8 г микромрамора с дисперсностью частиц 1-5 мкм, диспергирование проводим при линейной скорости фрезы 20-25 м/с в течение 20 минут, вводим неионогенный полиуретановый загуститель с ассоциативным механизмом действия в количестве 10 г, 2,3 г коалесцента - сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г пленкообразователя, который представляет собой водную дисперсию сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Одновременно в другой диссольвер наливаем 151 г воды, добавляем 6,1 г диспергатора Оротан 731 К на основе АВ-блоксополимеров 2-винилпиридина и метилового эфира метакриловой кислоты, расчетная степень полимеризации по винилпиридину составляет n=27, по метиловому эфиру метакриловой кислоты m=122, вводим 0,3 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот и добавляем 152,5 г диоксида титана рутильной модификации, диспергируем в течение 20 минут при линейной скорости фрезы 20-25 м/с. Вводим неионогенный полиуретановый загуститель в количестве 10 г, 2,3 г коалесцента - сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г пленкообразователя - водную дисперсию сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Приготовленные дисперсии соединяем вместе в одном диссольвере и при перемешивании с линейной скоростью фрезы 8-10 м/с вводим оставшиеся компоненты: 14,8 г неионогенного полиуретанового загустителя, 6,9 г сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 313,3 г водной дисперсии сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты и 1,4 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот.

Пример 2

В диссольвере-смесителе к 100 г воды добавляем 1 г микробиоцида на основе 5-хлоро-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она и 1,5 г триполифосфата натрия, вводим 0,3 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот и 67,8 г карбоната кальция в виде микромрамора, диспергирование проводим при линейной скорости фрезы 20-25 м/с в течение 20 минут, вводим неионогенный полиуретановый загуститель в количестве 10 г, 2,3 г коалесцента: сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г водной дисперсии сополимера бутилакрилата метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Одновременно в другой диссольвер наливаем 127,2 г воды, добавляем 5,4 г диспергатора Оротан 731 К на основе АВ-блоксополимера 2-винилпиридина и метилового эфира метакриловой кислоты, 0,3 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот и вводим 135,5 г диоксида титана рутильной модификации, диспергируем в течение 20 минут при линейной скорости фрезы 20-25 м/с. Вводим неионогенный полиуретановый загуститель в количестве 10 г, 2,3 г коалесцента: сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г пленкообразователя: водной дисперсии сополимера бутилакрилата метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Приготовленные дисперсии соединяем вместе в одном диссольвере и при перемешивании с линейной скоростью фрезы 8-10 м/с вводим оставшиеся компоненты: 14,8 г неиногенного полиуретанового загустителя, 6,9 г сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата; 313,3 г водной дисперсии сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты марки и 1,4 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот.

Пример 3

В диссольвере-смесителе к 120 г воды добавляем 1 г микробиоцида на основе 5-хлоро-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2 г триполифосфата натрия, добавляем 0,3 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот и вводим 91,6 г карбоната кальция в виде микромрамора, диспергирование проводим при линейной скорости фрезы 20-25 м/с в течение 20 минут, вводим неионогенный полиуретановый загуститель в количестве 10 г, 2,3 г коалесцента: сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г пленкообразователя - водной дисперсии сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Одновременно в другой диссольвер наливаем 107,6 г воды, добавляем 4,5 г диспергатора Оротан 731 К с на основе АВ-блоксополимеров 2-винилпиридина и метилового эфира метакриловой кислоты, 0,3 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот и вводим 111,7 г диоксида титана рутильной модификации, диспергируем в течение 20 минут при линейной скорости фрезы 20-25 м/с. Вводим неионогенный полиуретановый загуститель массой 10 г, 2,3 г сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата и 100 г пленкообразователя: водной дисперсии сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты. Степень перетира оцениваем по гриндометру «Клин».

Приготовленные дисперсии соединяем вместе в одном диссольвере, перемешиваем при линейной скорости фрезы 8-10 м/с и вводим оставшиеся компоненты: 14,8 г неионогенного полиуретанового загустителя; 6,9 г сложного эфироспирта 2,2,4-триметил-1,3-пентадиол-моноизобутирата; 313,3 г водной дисперсии сополимера бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты и 1,4 г пеногасителя на основе синтетических масел и эфиров модифицированных жирных кислот.

Составы красок, приготовленные по рассмотренным примерам, и показатели укрывистости в сравнении со стандартной эмалью отражены в таблице.

№ п/п	Наименования компонентов	%
Стандартная эмаль	Пример 1	Пример 2	Пример 3
1	Вода	22,62	22,7	22,72	22,76
	Биоцид: смесь 5-хлоро-
2	2-метил-4-изотиазолин-3-он и	0,1	0,1	0,1	0,1
	2-метил-4-изотиазолин-3-он
3	Триполифосфат натрия	-	0,1	0,15	0,2
4	Натриевая соль	0,82	-	-	-
	поликарбоновой кислоты
	Полимерный диспергатор
	Оротан 731 К на основе АВ-блоксополимеров
5	2- винилпиридина и	-	0,61	0,54	0,45
	метилового эфира
	метакриловой кислоты
	Пеногаситель на основе синтетических масел и
6	эфиров модифицированных	0,2	0,2	0,2	0.2
	жирных кислот
7	Диоксид титана
		20,33	15,25	13,55	11,17
	Карбонат кальция
8	(микромрамор)	-	5,08	6,78	9,16
	(дисперсностью 1-5 мкм)
9	Неионогенный	3,48	3,48	3,48	3,48
	полиуретановый загуститель
	Сложный эфироспирт 2,2,4-триметил-
10	1,3-пентадиол-	1,15	1,15	1,15	1,15
	моноизобутират
	Водная дисперсия
11	сополимера бутилакрилата,	51,33	51,33	51,33	51,33
	метилметакрилата и метакриловой кислоты
	Укрывистость краски, г/м2
12	Укрывистость по ГОСТ 8784-75	98	98	101	105