способ увеличения светостойкости лакокрасочных покрытий и защитных составов

Формула изобретения

Способ увеличения светостойкости лаков, красок, эмалей и защитных покрытий, включающий внесение в рецептуру композиции в процессе смешения или синтеза ингредиентов композиции светостабилизатора, отличающийся тем, что в качестве светостабилизатора вносят наноразмерный кремний с размером частиц 5-100 нм и содержанием в поверхностном слое ядра диоксида кремния в количестве 0,25-2,5 мас.%, обладающего устойчивым спектральным поглощением средневолнового УФ-излучения в диапазоне 200-420 нм и с сохранением этого эффекта при высоких, до ~650 К, температурах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области лакокрасочной промышленности. Предложен способ увеличения светостойкости и атмосферостойкости эмалей, красок, защитных составов для различных материалов путем введения в рецептуры наноразмерного кремния с различной удельной поверхностью.

Одним из возможных путей придания окраске или покрытию светостойкости и атмосферостойкости является использование молекул-экранов, препятствующих поглощению фотохимически активного света специальными добавками светостабилизаторов, вводимых в систему, т.к основной вклад в фотодеструкцию красителей вносит УФ-составляющая солнечного спектра.

Известен способ получения светостабилизатора на основе металлокомплексного соединения для окраски поликапроамидного волокна [патент 1623158 Россия, опубл. 10.02.1999, МПК C07F 1/08, С08К 5/00].

Недостатками данного изобретения являются ограниченная область применения из-за низкой термостойкости и невысокая светостойкость по сравнению с настоящим изобретением.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения атмосферостойкого пигмента из сфенового концентрата [патент 2236426 Россия, опубл. 10.09.2003, МПК С09С 1/36].

Недостатком данного изобретения является более низкая светостойкость органического пигмента, в который вводится микронного размера диоксид кремния и узкий диапазон спектрального поглощения средневолнового УФ-излучения по сравнению с настоящим изобретением.

Техническим результатом изобретения является увеличение светостойкости лаков, красок, эмалей и защитных составов различного назначения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рецептуру лаков, красок, эмалей и защитных покрытий в процессе смешения или синтеза ингредиентов композиции вводят наноразмерный кремний с размером частиц 5-100 нм, с различной удельной поверхностью и содержанием в поверхностном слое ядра диоксид кремния, обладающего устойчивым спектральным поглощением средневолнового УФ-излучения в диапазоне 200-420 нм с сохранением этого эффекта при высоких, до ~650 К, температурах (Баграташвили В.Н., Белогорохов А.И., Ищенко А.А., Стороженко П.А., Туторский И.А. Управление спектральными характеристиками многофазных ультрадисперсных систем на основе нанокристаллического кремния в УФ-диапазоне длин волн. // Доклады Академии Наук. Физическая химия, 2005, т.405, с.360-363), в количестве 0,25-2,5% масс.

В процессе нанесения композиции на обрабатываемую поверхность и во время ее фиксации наночастицы кремния, содержащие в поверхностном слое ядра диоксида кремния, мигрируют в поверхностные слои материала, что обеспечивает эффект поглощения УФ-излучения (200-420 нм) от 80 до 99%. В результате чего лакокрасочное, эмалевое или защитное покрытие не изменяет свой цвет и эксплуатационные свойства, то есть сохраняет свето- и атмосферостойкость более продолжительное время, по сравнению с исходной композицией.

Наноразмерный кремний, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, получают методом плазмохимической переконденсации крупнокристаллического кремния в нанокристаллический порошок (ncSi). Синтез ncSi осуществляют в аргоновой плазме в замкнутом газовом цикле в плазменном испарителе конденсаторе, работающем в дуговом низкочастотном разряде. После синтеза частицы наноразмерного кремния подвергают микрокапсулированию, при котором на их поверхностях создается защитная оболочка из SiO₂, предохраняющая порошок от атмосферного воздействия и делающая его устойчивым при хранении.

Удельную поверхность частиц наноразмерного кремния определяют методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ).

Наноразмерный кремний с различной удельной поверхностью (36-120 м² /г), содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, способен поглощать электромагнитные волны до 100% в области 200-350 нм и до 98% в области 350-420 нм и пропускать видимый свет. Достоинством этого материала является отсутствие развития нежелательных радикальных процессов в материале, экологическая чистота и эффективность защитного действия, не сопровождающегося переизлучением в других областях спектра. Этот препарат является добавкой полифункционального назначения для получения светостойкости защитных покрытий, лаков, красок, косметических и полимерных изделий.

Примеры реализации технического результата изобретения

Пример 1

Берут композиции для малосминаемой и малоусадочной отделки ткани, состав которых приведен в таблице 1, и добавляют наноразмерный кремний с удельной поверхностью 120 м²/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 5 нм, в количестве 0,25 %масс. Полученными композициями обрабатывают хлопчатобумажную ткань. Полученный материал помещают в камеру искусственной погоды и при 75% влажности и комнатной температуре облучают УФ-лампой высокого давления ДРТ-375 с расстояния 30 см.

При этом визуально фиксируют изменение окраски поверхности. Оценку проводили по пятибалльной шкале три независимых наблюдателя, причем максимальному изменению окраски (минимальной светостойкости) соответствует оценка 1, а максимальной светостойкости - оценка 5. Данные оценки светостойкости приведены в таблице 2.

Таблица 1 Состав композиций для малосминаемой и малоусадочной отделки
Наименование препарата	Концентрация препарата, г/л
Композиция № 1	Композиция № 2	Композиция № 3
Карбамол ЦЭМ	160	-	-
Карбамол ГЛ	-	200	-
Отексид НФ	-	-	100
Мочевина	7	10	2-5
ПВА	30	25	-
ПЭЭ	-	25	10
MgCl 2	15	15	15

Пример 2

Аналогично примеру 1, но вместо композиций для малосминаемой и малоусадочной отделки ткани берут полимерную композицию на основе (со)полимера винилхлорида для профильно-погонажных изделий, применяющихся в строительстве [патент 92001103, Россия, опубл. 27.04.1996, МПК C08L 27/06].

Пример 3

Аналогично примеру 1, но в качестве композиции берут состав для покрытий на основе эпоксидной диановой смолы [патент 2335521, Россия, опубл. 10.10.2008, МПК C09D 133/08, C09D 163/02, C09D 5/28] и добавляют наноразмерный кремний с удельной поверхностью 36 м ²/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 100 нм, в количестве 2,5% масс.

Пример 4

Аналогично примеру 3, только в качестве композиции берут декоративное покрытие для отделочных работ на основе полиэфирной смолы, кварцевого песка, двуокиси титана и др. [патент 2157392, Россия, опубл. 10.10.2000, МПК C09D 5/02, C09D 109/00].

Пример 5

Аналогично примеру 1, только в качестве композиции берут атмосферостойкую эмаль на основе коллоксилина ПСВ, олеата меди и сополимера бутилметакрилата с метакриловой кислотой [патент 2167178, Россия, опубл. 20.05.2001, МПК C09D 101/18, C09D 133/10] и добавляют наноразмерный кремний, с удельной поверхностью 97 м²/г, содержащий в поверхностном слое ядра диоксид кремния, с размером частиц 6 нм, в количестве 0,4% масс.

Пример 6

Аналогично примеру 5, только в качестве композиции берем лакокрасочную композицию для покрытий, применяющихся в строительстве, на основе алкидной пентафталевой и сополимерной нефтеполимерной (молекулярная масса 650-850 у.е.) смол [патент 2209224, Россия, опубл. 27.07.2003, МПК C09D 167/08, C09D 157/02].

Пример 7

Аналогично примеру 5, только в качестве композиции берем светостойкую водно-дисперсионную краску на основе сополимера стирола и акриловой кислоты, двуокиси титана и др. [патент 2277560, Россия, опубл. 10.06.2006, МПК C09D 5/02, C09D 133/04].

Данные по испытаниям образцов материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 Результаты оценки светостойкости композиций
Композиция	Светостойкость после облучения в течение 1000 час, баллы
Наблюдатель 1	Наблюдатель 2	Наблюдатель 3	Среднее
№ 1 исходная	2	2	2	2
№ 1 с нанокремнием	4	5	5	4,6
№ 2 исходная	2	2	3	2,3
№ 2 с нанокремнием	4	4-5	4	4,3
№ 3 исходная	1	1-2	1-2	1,3
№ 3 с нанокремнием	4	4-5	4-5	4,3
№ 4 исходная	1	2	1	1,3
№ 4 с нанокремнием	4-5	4-5	4-5	4,5
№ 5 исходная	3	4	3	3,3
№ 5 с нанокремнием	4	4,5	4	4,3
№ 6 исходная	3	3	3	3
№ 6 с нанокремнием	4	4	4	4
№ 7 исходная	3	2	3	2,6
№ 7 с нанокремнием	5	4-5	5	4,8