PL180177B1

PL180177B1 - Water-dispersion paint

Info

Publication number: PL180177B1
Application number: PL31389196A
Authority: PL
Inventors: Edward Smieszek; Malgorzata Zubielewicz; Antoni Cuber; Stanislaw Hlawiczka; Barbara Bieganska
Original assignee: Inst Przemyseu Tworzyw I Farb; Inst Przemyslu Tworzyw I Farb; Polifarb Cieszyn Wroclaw Sa; Polifarb Cieszyn Wrocoeaw Spoe
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2000-12-29
Also published as: PL313891A1

Abstract

Farba wodnodyspersyjna o dobrej przyczepności do metali i małej chłonności wody zawierająca kopolimer butadienowo-styrenowy oraz znane i stosowane w wyrobach lakierowych pigmenty i wypełniacze oraz środki pomocnicze, znamienna tym, że zawiera od 20 do 40 części wagowych kopolimeru butadienowo-styrenowego z wbudowanym węglowodorem zawierającym wolną grupę karboksylową, przy czym kopolimer posiada lepkość od 50 do 200 mPa · s, minimalną temperaturę tworzenia filmu 0°C, pH 8,5 ± 0,5, napięcie powierzchniowe od 41 do 45, gęstość od 1,01 do 1,04 g/cnr’, temperaturę zeszklenia 2°C, a wzajemny stosunek wypełniaczy o budowie płatkowej do wypełniaczy o budowie igiełkowej i kulistej wynosi od 2:3 do 1:1.Water-dispersed paint with good adhesion to metals and low water absorption containing a butadiene-styrene copolymer and pigments and fillers known and used in varnish products, as well as auxiliary agents, characterized in that it contains from 20 to 40 parts by weight of a butadiene-styrene copolymer with a built-in hydrocarbon containing a free carboxyl group, the copolymer having a viscosity from 50 to 200 mPa s, a minimum film formation temperature of 0°C, pH 8.5 ± 0.5, surface tension from 41 to 45, density from 1.01 to 1.04 g/cm², glass transition temperature of 2°C, and the mutual ratio of fillers with a flake structure to fillers with a needle-like and spherical structure is from 2:3 to 1:1.

Description

Przedmiotem wynalazku jest farba wodnodyspersyjna przeznaczona do malowania metali, drewna i podłoży mineralnych. Farba może być stosowana jako samodzielne pokrycie w kilku warstwach lub nakładana na podłoże uprzednio zagruntowane farbami rozpuszczalnikowymi lub wodorozcieńczalnymi.The invention is a water-based paint intended for painting metal, wood, and mineral substrates. The paint can be used as a standalone coating in several layers or applied to a substrate previously primed with solvent-based or water-based paints.

Farby wodnodyspersyjne stanowią nową generację wyrobów lakierowanych, gdyż w mniejszym stopniu zanieczyszczają środowisko niż farby zawierające rozpuszczalniki organiczne, które są emitowane do atmosfery w czasie wysychania powłok.Water-dispersed paints constitute a new generation of painted products because they pollute the environment less than paints containing organic solvents, which are emitted into the atmosphere when the coatings dry.

Znane są dyspersje wodne z polskich opisów patentowych nr 72 255 i 113 670, z których wytwarza się farby do malowania podłoża mineralnego. Są to dyspersje i farby akrylowo-styrenowe, które nie posiadają odpowiedniej przyczepności do metalu.Water-based dispersions are known from Polish patents Nos. 72,255 and 113,670, which are used to produce paints for mineral substrates. These are acrylic-styrene dispersions and paints that do not possess adequate adhesion to metal.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 242 121 znany jest sposób otrzymywania dyspersji styrenowo-akrylowej, która przeznaczona jest do powlekania papieru.US Patent No. 3,242,121 describes a method for obtaining a styrene-acrylic dispersion intended for coating paper.

Z opisu patentowego nr USA 3 248 356 znana jest dyspersja ekrylowa przeznaczona do otrzymywania emalii nawierzchniowych. Również te dyspersje nie wykazują dobrej przyczepności do metali.U.S. Patent No. 3,248,356 describes an ecryl dispersion intended for the production of topcoat enamels. These dispersions also do not exhibit good adhesion to metals.

Z polskiego opisu patentowego nr 165 312 znana jest dyspersja wodna akrylowa i akrylowo-styrenowa. Otrzymuje się ją na drodze polimeryzacji emulsyjnej z estrów akrylowych i metakrylowych, kwasu akrylowego, akryloamidu i styrenu. Obecność w polimerze pochodnej kwasu akrylowego i metakrylowego zawierającej wolną grupę hydroksylową spowodowała dobrą przyczepność do metalu farb wytworzonych na tej dyspersji.Polish patent specification No. 165,312 describes an aqueous acrylic and acrylic-styrene dispersion. It is obtained by emulsion polymerization from acrylic and methacrylic esters, acrylic acid, acrylamide, and styrene. The presence of an acrylic and methacrylic acid derivative containing a free hydroxyl group in the polymer resulted in good adhesion to metal of paints produced using this dispersion.

Znane i opisane wyżej dyspersje i farby na ich bazie są kopolimerami akrylowo-styrenowymi o charakterze hydrofitowym. Powłoki farb wykazują odpowiednio dużą przepuszczalność pary wodnej, co jest cechą pozytywną w przypadku farb na tynki i drewno a niekorzystną w przypadku farb na metale. Mała przepuszczalność pary wodnej i wody izoluje podłoże metalowe od tego czynnika wywołującego korozję metalu.The known and described dispersions and paints based on them are hydrophilic acrylic-styrene copolymers. The paint coatings exhibit a relatively high water vapor permeability, which is a positive feature for paints for plaster and wood, but a disadvantage for paints for metal. Low water vapor and water permeability isolates the metal substrate from this corrosive agent.

Charakter hydrofobowy posiadają dyspersje butadienowo-styrenowe. Jak wynika jednak z literatury: Praca zbiorowa - „Surface Coatings” t.1 „Raw Materials and their Usage”, Chapman and Hall, Londyn 1983, s. 158-207; Ch.R.Martens - „Emulsion and Water-Soluble Painte and Coatings”, Chapman and Hall, Londyn 1964, s. 1-27; D.Hałgas, W.Ćwikowski Polimery, 1992, t.37, s.226-230, powłoki z farb otrzymywanych na takich dyspersjach ulegają szybkiemu starzeniu i wada ta dyskwalifikuje je do wymalowań narażonych na działanie promieniowania słonecznego i innych czynników atmosferycznych.Butadiene-styrene dispersions are hydrophobic. However, as evidenced by the literature: Collective work - "Surface Coatings" vol. 1 "Raw Materials and their Usage", Chapman and Hall, London 1983, pp. 158-207; Ch.R.Martens - "Emulsion and Water-Soluble Painte and Coatings", Chapman and Hall, London 1964, pp. 1-27; D.Hałgas, W.Ćwikowski Polimery, 1992, vol. 37, pp. 226-230, paint coatings obtained on the basis of such dispersions are subject to rapid ageing and this defect disqualifies them from painting exposed to solar radiation and other atmospheric factors.

Dyspersje butadienowo-styrenową jako spoiwo do wyrobów lakierowanych wykazują istotne wady, wynikające z ich budowy chemicznej. Pierścienie aromatyczne styrenu są przyczyną niewielkiej odporności powłok lakierowanych na promieniowanie UV, a obecnośćStyrene-butadiene dispersions as a binder for varnished products have significant drawbacks resulting from their chemical structure. The aromatic rings of styrene cause poor resistance of varnished coatings to UV radiation, and the presence

180 177 podwójnych wiązań butadienu powoduje szybkie starzenie się powłoki w warunkach atmosferycznych. W wyniku prowadzonych prac badawczych nieoczekiwanie stwierdzono, że opisany problem techniczny można rozwiązań przez zastosowanie do farb dyspersji butadienowo-styrenowych, które jako dodatkowy składnik polimeru posiadają węglowodór z wolną grupę karboksylową.The 180,177 double bonds in butadiene cause rapid aging of the coating under atmospheric conditions. As a result of the conducted research, it was unexpectedly found that the described technical problem can be solved by using butadiene-styrene dispersions in paints, which contain a hydrocarbon with a free carboxyl group as an additional polymer component.

Farba wodnodyspersyjna według wynalazku zawiera 20-40 części wagowych kopolimeru butadienowo-styrenowego z wbudowanym węglowodorem zawierającym wolną grupę karboksylową, takim jak kwas akrylowy, kwas metakrylowy, przy czym kopolimer charakteryzuje się minimalną temperaturą tworzenia filmu 0°C, lepkością 50-200 mPa • s, wartością pH 8,5 ± 0,5, napięciem powierzchniowym 41-45, gęstością od 1,01 do 1,04 g/cm³, temperaturę zeszklenia 2°C.The water-dispersion paint according to the invention contains 20-40 parts by weight of a butadiene-styrene copolymer with a built-in hydrocarbon containing a free carboxyl group, such as acrylic acid, methacrylic acid, wherein the copolymer is characterized by a minimum film formation temperature of 0°C, viscosity of 50-200 mPa • s, pH value of 8.5 ± 0.5, surface tension of 41-45, density of 1.01 to 1.04 g/cm ³ , glass transition temperature of 2°C.

Farba zawiera ponadto pigmenty i wypełniacze oraz środki pomocnicze znane i stosowane w tego typu wyrobach lakierowych.The paint also contains pigments, fillers and auxiliaries known and used in this type of paint products.

Do pigmentowania farby stosuje się biel tytanową, czerwień żelazową, żółcień tlenową i inne pigmenty barwiące.Titanium white, iron oxide red, oxygen yellow and other coloring pigments are used to pigment the paint.

W farbie według wynalazku zastosowano wypełniacze mineralne o różnej strukturze ziarna, a mianowicie wypełniacze płatkowe zwiększające właściwości barierowe powłoki oraz igiełkowe i kulkowe zwiększające upakowanie i szczelność powłoki.The paint according to the invention uses mineral fillers with different grain structures, namely flake fillers that increase the barrier properties of the coating, and needle and ball fillers that increase the packing and tightness of the coating.

Okazało się, że najlepsze właściwości ochronne posiada farba, w której wzajemny stosunek wypełniaczy płatkowych do igiełkowych i kulistych wynosi od 2:3 do 1:1.It turned out that the best protective properties were obtained by a paint in which the ratio of flake fillers to needle-like and spherical fillers was from 2:3 to 1:1.

Zastosowanie w farbie według wynalazku dyspersji butadienowo-styrenowej z wolnymi grupami karboksylowymi pozwoliło uzyskać farbę charakteryzującą się bardzo dobrymi właściwościami użytkowymi, lepszą odpornością na starzenie w warunkach atmosferycznych, a ponadto bardzo dobrą odpornością na wodę i wielkość oraz czynniki chemiczne.The use of butadiene-styrene dispersion with free carboxyl groups in the paint according to the invention made it possible to obtain a paint characterized by very good functional properties, better resistance to aging in atmospheric conditions, and also very good resistance to water, size and chemical factors.

Farba według wynalazku ma charakter hydrofobowy o małej chłonności wody, która wynosi nie więcej niż 2%, natomiast chłonność wody dla samego kopolimeru wynosi 4-5%. Ta mała chłonność wody powoduje, że farba nadaje się do wymalowań metali, stali, stali ocynowanej, cynku, aluminium i stanowi dobrą ochronę antykorozyjną. Przepuszczalność pary wodnej, mimo, że mała, jest jednak wystarczająca aby można było farby według wynalazku stosować też na tynki i drewno.The paint according to the invention is hydrophobic in nature with low water absorption, which is no more than 2%, while the water absorption of the copolymer itself is 4-5%. This low water absorption makes the paint suitable for painting metals, steel, galvanized steel, zinc, and aluminum, and provides good anti-corrosion protection. Although low, water vapor permeability is sufficient to also allow the paint according to the invention to be used on plaster and wood.

Farby według wynalazku są też dobrze przyczepne do innych powłok lakierowych, tak, że mogą służyć jako kolejna warstwa w zestawie powłok, w których warstwą spodnią są powłoki z farb rozpuszczalnikowych lub wodorozcieńczalnych.The paints according to the invention also adhere well to other paint coatings, so they can be used as another layer in a set of coatings in which the bottom layer is made of solvent-based or water-based paint coatings.

Farba według wynalazku jest przedstawiona w poniższych przykładach.The paint according to the invention is shown in the examples below.

Przykład IExample I

50% wodna dyspersja kopolimeru butadienowo-styrenowego modyfikowanego kwasem akrylowym50% aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer modified with acrylic acid 58,50 części wagowych (to jest 29,25 części wagowych 100%)58.50 parts by weight (that is 29.25 parts by weight of 100%) 1 1 2 2 Biel tytanowaTitanium white 9,90 części wagowych9.90 parts by weight Zielony tlenek chromuGreen chromium oxide 11,70 części wagowych 11.70 parts by weight Mączka kwarcowaQuartz flour 3,00 części wagowych3.00 parts by weight Modyfikowany powierzchniowo naturalny wollastonitSurface-modified natural wollastonite 3,00 części wagowych3.00 parts by weight MikrotalkMicrotalk 7,00 części wagowych7.00 parts by weight Poliakrylan sodu (środek dyspergujący)Sodium polyacrylate (dispersing agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Eter n-butylowy glikolu dipropylanowego (środek koalescencyjny) Dipropylene glycol n-butyl ether (coalescing agent) 3,50 części wagowych3.50 parts by weight Mieszanina modyfikowanych substancji tłuszczowych kwasu krzemowego (środek przeciwpieniący)Mixture of modified fatty silicic acid substances (antifoaming agent) 0,60 części wagowych0.60 parts by weight

180 177 ciąg dalszy tabeli180 177 table continued

1 1 .2.2 Modyfikowane organicznie polisiłoksany (środek zapobiegający wadom powłok)Organo-modified polysiloxanes (coating defect preventative) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight SykatywySiccatives 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Bentonit (środek zagęszczający)Bentonite (thickening agent) 0,80 części wagowych0.80 parts by weight Benzoizotiazolina (środek bakterio- i grzybobójczy)Benzisothiazoline (bactericidal and fungicidal agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Woda Water 1,20 części wagowych1.20 parts by weight 100,00 części wagowych100.00 parts by weight

Przykład IIExample II

50% wodna dyspersja kopolimeru butadienowo-styrenowego modyfikowanego kwasem metakrylowym50% aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer modified with methacrylic acid 66,50 części wagowych (to jest 33,25 części wagowych 100%)66.50 parts by weight (i.e. 33.25 parts by weight of 100%) Biel tytanowaTitanium white 7,40 części wagowych7.40 parts by weight Żółcień zelazowaIron Oxide Yellow 9,20 części wagowych9.20 parts by weight Mączka kwarcowo-skaleniowaQuartz-feldspar flour 3,00 części wagowych3.00 parts by weight MikrotalkMicrotalk 8,00 części wagowych8.00 parts by weight Modyfikowany powierzchniowo naturalny wollastonitSurface-modified natural wollastonite 2,00 części wagowych2.00 parts by weight Mieszanina acetylenodioli (środek dyspergujący)Mixture of acetylenediols (dispersing agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Eter n-butylowy glikolu dipropylenowego (środek koalescencyjny) Dipropylene glycol n-butyl ether (coalescing agent) 2,20 części wagowych 2.20 parts by weight Mieszanina modyfikowanych substancji tłuszczowych kwasu krzemowego (środek przeciwpieniący)Mixture of modified fatty silicic acid substances (antifoaming agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Modyfikowane organiczne polisiłoksany (środek zapobiegający wadom powłok)Modified organic polysiloxanes (coating defect preventative) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight SykatywySiccatives 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Krzemionka koloidalna (środek zagęszczający)Colloidal silica (thickening agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Modyfikowany siloksan (środek poprawiający rozlewność)Modified siloxane (flow agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Mieszanina związków heterocyklicznych siarki i/lub azotu (środek bakterio- i grzybobójczy)Mixture of heterocyclic sulfur and/or nitrogen compounds (bactericidal and fungicidal agent) 0,20 części wagowych0.20 parts by weight Woda Water 0,30 części wagowych0.30 parts by weight 100,00 części wagowych100.00 parts by weight

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the Polish Patent Office. Circulation: 60 copies. Price: PLN 2.00.

Claims

Patent claim

Water-dispersion paint with good adhesion to metals and low water absorption, containing styrene-butadiene copolymer and pigments, fillers and auxiliaries known and used in varnish products, characterized in that it contains from 20 to 40 parts by weight of a styrene-butadiene copolymer with an embedded hydrocarbon containing free a carboxyl group, the copolymer having a viscosity from 50 to 200 mPa • s, minimum film forming temperature 0 ° C, pH 8.5 ± 0.5, surface tension from 41 to 45, density from 1.01 to 1.04 g / cm ³ , the glass transition temperature is 2 ° C, and the ratio of flake-shaped fillers to needle-like and spherical fillers is from 2: 3 to 1: 1.