PL190113B1

PL190113B1 - Sposób wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powłok wielokolorowych

Info

Publication number: PL190113B1
Application number: PL98330345A
Authority: PL
Inventors: Sylvia Bremer-Masseus; Marcel Weber; Der Kolk Cornelis Van; Schie Johannes Van
Original assignee: Sigma Coatings Bv
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2005-10-31
Also published as: PL330345A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powlok wielokolorowych, znamienny tym, stosuje sie jedna lub wiecej farb emulsyjnych, przy czym kazda z tych farb emulsyjnych ma odmienny kolor, do kazdej farby emulsyjnej dodaje sie co najmniej jeden linearny koloid, który jest nierozpuszczalny w obecnosci jonów boranu oraz dodaje sie do kazdej farby co najmniej jedna hydrofilowa nieorganiczna glinke, otrzymane farby podsta- wowe, jak równiez jony boranu oraz co najmniej jeden zemulgowany srodek wiazacy, doda- je sie kolejno do srodowiska wodnego zawierajacego co najmniej jed n a hydrofilowa nie- organiczna glinke, po czym odzyskuje sie wodna wielofazowa dyspersje. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powłok wielokolorowych.

Wielokolorowe powłoki (farby) są już od dawna dostępne w handlu; składają się one z dyspersji kuleczek w środowisku ciągłym. Określenie wielokolorowy stosowane jest w tej dziedzinie, ponieważ kuleczki oraz środowisko ciągłe są zasadniczo barwione w taki sposób, że sucha powłoka wykazuje co najmniej dwa kolory; farby jednokolorowe, w których np. wszystkie kuleczki mają ten sam kolor, a środowisko ciągle jest przezroczyste, również zawierają się w definicji farb wielokolorowych używanej w niniejszym.

Sucha powłoka wielokolorowej farby zasadniczo wykazuje jeden wybijający się kolor z cętkami, smugami lub plamami jednego lub więcej dodatkowych kolorów, które mogą tworzyć wrażenie tapety.

Oprócz normalnego ich stosowania przy niższych kosztach niż tapeta, farby wielokolorowe mogą być stosowane na podłożach tam, gdzie niemożliwym lub niepraktycznym byłoby położenie tapety, na przykład na nierównych powierzchniach lub do zastosowania na zewnątrz.

Zasadniczo, środowisko ciągłe jest na bazie rozpuszczalnika; niekompatybilność woda-rozpuszczalnik pozwala na trwałe oddzielanie kolorów od siebie. Z powodów związanych z ochroną środowiska, poszukiwano farb wielokolorowych na bazie wody.

Opis patentowy GB-A-1286951 (na rzecz HARLOW), odpowiadający US-A-3950283, ujawnia proces przygotowywania wielokolorowej farby, gdzie włączone są co najmniej dwie odmiennie zabarwione wodne emulsje polimeru błonotwórczego, a każda zawiera alkohol poliwinylowy, do wodnego roztworu substancji, która powoduje nierozpuszczalność alkoholu poliwinylowego tak, że tworzy się dyspersja farby wielokolorowej, zawierająca ziarniste odmiennie zabarwione cząstki emulsji polimeru błonotwórczego jako wewnętrzne fazy rozproszone w roztworze wodnym substancji powodującej nierozpuszczalność jako zewnętrznej fazy ciągłej.

Jako substancję powodującą nierozpuszczalność alkoholu poliwinylowego ujawnia się zastosowanie roztworu boranu mającego pH wyższe niż 7. Mogą być stosowane środki tiksotropowe, szczególnie glinki, jak opisano w GB-A-1054111 oraz GB-A-1155595.

Opis patentowy US-A-3458328 (na rzecz ZOLA) ujawnia wodne, wielokolorowe kompozycje pokrywające mające dwie lub więcej faz składających się z co najmniej jednej fazy rozproszonej zawierającej ziarniste kuleczki wodnego środka błonotwórczego i zawierające w sobie hydrofitowy koloid, która to faza rozproszona jest rozproszona w wodnym środowisku dyspersyjnym.

Również ujawniono sposób przygotowywania wymienionych kompozycji, obejmujący dodawanie do siebie zdolnego do płynięcia w wodzie hydrofitowego koloidalnego środka błonotwórczego zawierającego barwnik oraz zdolnego do płynięcia w wodzie środowiska rozpraszającego zawierającego środek powodujący nierozpuszczalność.

Opis patentowy US-A-3276654 (na rzecz ZOLA) ujawnia sposób wytwarzania dyspersji wodnych kuleczek w środowisku wodnym, gdzie fazy wodne są czynione nierozpusz4

190 113 czalnymi lub niemieszalnymi w sobie dzięki obecności w oddzielnych fazach koloidalnych reagentów jonowych, korzystnie wielkocząsteczkowych polielektrolitów, które mają przeciwny ładunek. Zawartość rozpuszczalnika może być zmniejszana, jednak bez całkowitego wyeliminowania go.

Znane ze stanu techniki wielokolorowe farby na bazie wody mają co najmniej jedną lub dwie zasadnicze wady:

- rozkład rozmiaru kuleczek jest nieregularny, dając nieregularny wzór powłoki wielokolorowej, a także/lub

- kuleczkom brakuje wystarczającej odporności, zarówno mechanicznej (by były odporne na uszkodzenia mechaniczne podczas nakładania farby) jak i chemicznej (by zapewnić całkowite rozdzielenie kolorów).

Celem wynalazku jest opracowanie procesu wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powłok wielokolorowych, która to dyspersja jest pozbawiona wyżej podanych wad.

Według wynalazku sposób wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powłok wielokolorowych charakteryzuje się tym, stosuje się jedną lub więcej farb emulsyjnych, przy czym każda z tych farb emulsyjnych ma odmienny kolor, do każdej farby emulsyjnej dodaje się co najmniej jeden linearny koloid, który jest nierozpuszczalny w obecności jonów boranu oraz dodaje się do każdej farby co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę, otrzymane farby podstawowe, jak również jony boranu oraz co najmniej jeden zemulgowany środek wiążący, dodaje się kolejno do środowiska wodnego zawierającego co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę, po czym odzyskuje się wodną wielofazową dyspersję.

Korzystnie, jako linearny koloid, który jest nierozpuszczalny w obecności jonów boranu, stosuje się galaktomannoglikan.

Korzystnie, jako galaktomannoglikan, stosuje się żywicę z Cyamopsis Tetragonoloba.

Korzystnie, jako hydrofilową nieorganiczną glinkę stosuje się glinkę syntetyczną.

Korzystnie, jako glinkę syntetyczną stosuje się syntetyczny smektyt, a zwłaszcza syntetyczny hektoryt.

Korzystnie, całkowita ilość linearnych koloidów w każdej farbie podstawowej wynosi od 0,5 do 2% wagowych farby podstawowej.

Korzystnie całkowita ilość glinek w każdej farbie podstawowej wynosi od 0,4 do 1,5% wagowych farby podstawowej.

Korzystnie, środowisko wodne zawierające co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę ma lepkość poniżej 27 s (DIN cup 3 według standardu DIN EN ISO 2431), a zwłaszcza środowisko wodne zawierające glinkę ma lepkość poniżej 22 s.

Korzystnie, całkowita ilość glinek w środowisku wodnym wynosi od 0,6 do 3% wagowych wielokolorowej farby, korzystnie 1 do 2% wagowych, a zwłaszcza, 1 do 2% wagowych wielokolorowej farby.

Korzystnie, każdą farbę podstawową kolejno dodaje się do całości środowiska wodnego zawierającego przynajmniej część hydrofilowej nieorganicznej glinki.

Korzystnie, każdą farbę podstawową kolejno dodaje się do środowiska wodnego zawierającego całkowitą ilość glinki.

Korzystnie, farby podstawowe dodaje się do środowiska wodnego zawierającego jedynie część całkowitej ilości glinki, a pozostałą ilość glinki dodaje się po wprowadzeniu kilku lub każdej farby podstawowej.

Korzystnie, każdą farbę podstawową dodaje się do oddzielnej części środowiska wodnego.

Korzystnie, jony boranu poprzez dodanie boraksu.

Korzystnie, całkowita ilość jonów boranu, w· przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,01 do 0,6% wagowych wielofazowej dyspersji, zwłaszcza, całkowita ilość jonów boranu, w przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,02 do 0,3% wagowych wielofazowej dyspersji, w szczególności całkowita ilość jonów boranu, w przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,03 do 0,2% wagowych wielofazowej dyspersji.

Korzystnie, dodaje się niewielką ilość soli anionowego polisacharydu o niskiej masie cząsteczkowej, zwłaszcza dodaje się od 0,01 do 0,2 %wagowych, w stosunku do całości kompozycji, soli sodowej karboksymetylocelulozy mającej średnią masę cząsteczkową od 1000 do 20000.

190 113

Nieoczekiwanie stwierdzono, że sposób według wynalazku umożliwia wytworzenie wielokolorowych farb na bazie wody, w których:

- kuleczki mają regularny rozkład rozmiaru,

- kuleczki są mechanicznie odporne na nakładanie w normalnych warunkach rozpylania, oraz

- zapewnione jest całkowite oddzielenie kolorów kuleczek.

Jak wspomniano powyżej, przesłanki związane z ochroną środowiska wymogły zapotrzebowanie na farby bez rozpuszczalnika. Chociaż farby na bazie wody zawierają mniej rozpuszczalnika niż farby na bazie rozpuszczalnika, wciąż jednak zawierają one pewne ilości rozpuszczalnika. Nieoczekiwanie stwierdzono, ze sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie kompozycji wielokolorowych farb na bazie wody, które to kompozycje mogą być przygotowane bez użycia żadnego rozpuszczalnika.

Proces według wynalazku zasadniczo obejmuje etapy:

- dostarczania jednej lub więcej farb emulsyjnych, przy czym każda z tych farb emulsyjnych ma odmienny kolor;

- dodawanie co najmniej jednego linearnego koloidu, który może stać się nierozpuszczalny przez zastosowanie jonów boranu i co najmniej jednej hydrofilowej nieorganicznej glinki do każdej z wymienionych farb, by otrzymać farby podstawowe;

- dostarczanie środowiska wodnego zawierającego co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę;

- stopniowe dodawanie wymienionych farb podstawowych, jonów boranu i co najmniej jednego zemulgowanego środka wiążącego do wymienionego środowiska wodnego;

- odzyskiwanie wodnej dyspersji wielofazowej.

Farby emulsyjne i zemulgowane środki wiążące są dobrze znane w tej dziedzinie i nie muszą być opisywane w niniejszym.

Przykładowymi tekstowymi materiałami porównawczymi są:

- Surface Coatings, tom 1, Oil and Colour Chemists’ Association, Chapman and Hall, 1993, a w szczególności:

16. Emulsion polymeryzation theory (strony 158-163)

17. Emulsion properties 1: effect of monomer composition (164- 170)

18. Emulsion properties 2: effect of water phase and particle size (171-174)

19. Emulsion properties 3: film formation (175-183)

20. Emulsion polymers: manufacture and testing (184-193)

- Organie Coatings: Science and Technology, tom 1, rozdz. V, strony 64- 82, Wick Jones & Pappas, Wiley, 1992;

- Water-Borne Coatings, Dóren Freitag & Stoye, Hanser, 1994.

Przykładowe farby są ujawnione w opisach patentowych US-A-4968741 oraz US-A-5122566.

Może być stosowany szeroki zakres emulsji. Chociaż żadna z użytych emulsji nie może mieć wpływu na mechanizmy tworzenia, jest to szczególnie ważne dla dalej użytego zemulgowanego środka wiążącego w fazie ciągłej, który nie może wpływać na budowę kuleczki.

Linearne koloidy, które mogą być nierozpuszczalne dzięki jonom boranu znane były od dawna w tej dziedzinie (przykładowo z opisu US-A-3458328). Zawierają one galaktomannoglikany, polioksyetyleny i różne kopolimery alkoholu poliwinylowego. Galaktomannoglikany są preferowane, a pomiędzy nimi żywica z Cyamopsis Tetragonoloba jest najbardziej preferowana.

Galaktomannoglikany są dobrze znane w tej dziedzinie i nie muszą być opisywane w niniejszym (patrz np. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, tom A25, strony 54-57, VCH Verlaggesellschaft, 1994; Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, tom 7 strony 597-599 oraz tom 13 strona 120, Wiley, 1987 i 1988); zawierają one naturalne galaktomannoglikany i ich pochodne. Typowymi przykładami są żywica z robinii (żywica z Ceratomia silicpua), żywica dziegciowa i żywica z Cyamopsis Tetragonoloba.

Hydrofilowe nieorganiczne glinki, które są szczególnie użyteczne w procesie według wynalazku charakteryzują się tendencją do pęcznienia poprzez absorbowanie wody pomiędzy przylegającymi warstwami kryształów oraz do rozszczepiania się w naładowane cząstki zdolne do tworzenia roztworów koloidalnych. Glinki te zostały określone różnymi nazwami ro6 dzajowymi jako montmorilonity, montmorilonoidy i smektyty; grupa ta obejmuje minerały montmorilonit, beidelit, saponit, stewensit, nontronit i hektoryt.

Syntetyczne glinki zostały uznane za szczególnie korzystne i są dlatego preferowane. Najbardziej preferowanymi glinkami są syntetyczne smektyty, a szczególnie hektoryty.

Środowisko wodne zawierające co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę jest dostarczane w postaci koloidalnej dyspersji glinki (lub „roztworu”). Jego lepkość powinna korzystnie być niższa niż 27s (DIN cup 3 według standardu DIN EN ISO 2431), najkorzystniej poniżej 22 s. Przygotowanie koloidalnych dyspersji glinki jest zasadniczo ułatwione poprzez zastosowanie rozpuszczalnych w wodzie nieorganicznych fosforanów, a szczególnie fosforanu czterosodowego. Korzystne odmiany zawierają około 5% fosforanu czterosodowego (bardziej korzystnie nie ponad 10%).

Wśród syntetycznych smektytów preferowanym jest wodny krzemian sodu, litu, magnezu o typowym składzie ciężarów w masie suchej: Si0>2 59,5%, MgO 27,5%, Li₂O 0,8%, Na₂O 2,8%, strata prażenia 8,2%; jest bardziej korzystnym stosowanie jego odmiany, która w swoim stanie suchym zawiera 4,1% wag. P2O5.

Syntetyczne hektoryty są opisane w GB-A-1054111, GB-A-1155595 oraz LS-A-4049780. Typowym wzorem ogólnym jest:

{Si₈[Mg₆._x · Li_x] · O20 · [(OH)4._y · F_y]}^x- · xMⁿ⁺/n gdzie M jest kationem o wartościowości walencyjnej n od 1 do 3, x jest większe niż 0, a mniejsze niż 6, natomiast y wynosi od 1 do mniej niż 4.

Hydrofitowa nieorganiczna glinka jest stosowana w każdej fazie; na przekór przeświadczeniu znanemu od dawna w tej dziedzinie, a zgodnie z którym daje ona kuleczki, którym brakuje wymaganych właściwości.

Jony boranu są korzystnie wprowadzane poprzez dodawanie boraksu; mogą one alternatywnie być wytworzone np. poprzez reakcję kwasu bornego z silną zasadą, taką jak wodorotlenek sodu lub innymi znanymi sposobami.

Każdy ze składników farby jest dobrze znany w tej dziedzinie. Nie chcąc ograniczać się teorią, uważa się jednak, że istota wynalazku polega na synergii pomiędzy trzema szczególnymi mechanizmami tworzenia kuleczek, a mianowicie:

(i) mechanizmem opartym na interakcji hydrofilowej glinki z linearnym koloidem w farbie podstawowej;

(ii) mechanizmem wynikającym z obecności hydrofilowej glinki w fazie ciągłej i w każdej z faz rozproszonych; a także (iii) mechanizmem opartym na reakcji pomiędzy linearnym koloidem a jonami boranu.

Nadal nie chcąc ograniczać się do teorii, uważa się jednak, że powyższe połączenie jest konieczne do uzyskania trwałych zabarwionych kuleczek, to jest zabarwionych kuleczek, które ani nie kurczą się, ani nie przeciekają (wyciekanie lub migracja koloru występuje, gdy pigment barwiący jest wypłukiwany z jednej fazy, np. kuleczki do innej fazy, np. fazy ciągłej). Najwyraźniej mechanizm (i) będzie odpowiedzialny za silny szkielet strukturalny w farbach podstawowych, mechanizm (ii) będzie skutecznie przytrzymywał kolory i rozdzielał je, a mechanizm (iii) uczyni kuleczki dostatecznie wytrzymałymi, by były trwałe podczas rozpylania.

Trwałość kuleczek uzyskana dzięki procesowi według wynalazku jest taka, że postać, rozmiar i kolor kuleczek w puszce są zasadniczo niezmienione w trakcie procesu rozpylania. Zatem wynalazek umożliwił teraz wykonywanie jednolitego wzoru rozpylania na podłożu (szczególnie według wrażenia odbieranego przy mokrej farbie, co jest znaczącą zaletą dla malarza).

Co najmniej jeden linearny koloid, który może stać się nierozpuszczalny przez zastosowanie jonów boranu (korzystnie jeden) i co najmniej jedna hydrofilową nieorganiczna glinka (korzystnie jedna) muszą być dodane do każdej z jednej lub więcej farb emulsyjnych, by wytworzyć jedną lub więcej farb podstawowych (które utworzą kuleczki). Dodawanie jest zwykle wykonywane w naczyniu do rozpuszczania, przy czym galaktomannoglikany, gdy są stosowane jako linearny koloid, korzystnie dodaje się jako „roztwór”, by przyspieszyć proces rozpuszczania. Ilości wymienionych linearnych koloidów i hydrofilowych nieorganicznych glinek mogą różnić się w szerokim zakresie, zależnie od wymaganych właściwości wielokolo190 113 rowej farby; według korzystnych przykładów wykonania, całkowita ilość wymienionych linearnych koloidów w każdej farbie podstawowej wynosi 0,5 do 2% wag. farby podstawowej (korzystnie 0,7 do 1% wag.), a całkowita ilość wymienionych glinek w każdej farbie podstawowej wynosi 0,4 do 1,5% wag. farby podstawowej (korzystnie 0,7 do 1 % wag.).

Farby podstawowe mogą być barwione przy użyciu pigmentów i barwników zwykle stosowanych w dziedzinie farb emulsyjnych; są one zwykle wprowadzane jako pasty lub tusze, które mogą ewentualnie ponadto zawierać wypełniacze i/lub substancje dodatkowe. Różnorodność efektów, jakie mogą być uzyskane w związku z tym jest dobrze znana w tej dziedzinie (patrz np. US-A-4376654, kolumna 7, wiersze 1-32).

Reprezentatywne przykłady pigmentów, które mogą być stosowane obejmują nieorganiczne pigmenty, takie jak dwutlenek tytanu, czerwień żelazowa sztuczna, żółcień żelazowy, czerń żelazowa oraz brązowy tlenek metalu, a także pigmenty organiczne, takie jak błękit ftalocjaninowy i zieleń ftalocjaninowa.

Farby podstawowe są wprowadzane do środowiska wodnego, które zawiera jako takie co najmniej jedną hydrofitową glinkę w całkowitej ilości od 0,5 do 7% wag. (korzystnie 1,0 do 5% wag., najkorzystniej 3,0 do 4,0% wag) w odniesieniu do środowiska wodnego, jak podano; alternatywnie, farby podstawowe mogą być wprowadzane do środowiska wodnego zawierającego co najmniej 0,5% wag., korzystnie przynajmniej 1% wag. wymienionych glinek hydrofitowych, przy czym reszta ich jest dodawana po farbach podstawowych. Chociaż ilość farb podstawowych w wielokolorowych farbach może być różna w szerokim zakresie (przynajmniej od 40 do 60% wag.), najlepsze wzory uzyskiwane są przy około 50% wag.

Etapy mieszania są przeprowadzane przy zastosowaniu konwencjonalnego wyposażenia mieszającego. Według korzystnych przykładów wykonania procesu według wynalazku, naczynia do rozpuszczania są stosowane do przygotowania farb podstawowych i/lub mieszalniki są używane do następnych etapów.

Według wynalazku, każda farba podstawowa jest dodawana po kolei do środowiska wodnego zawierającego co najmniej jedną hydrofitową nieorganiczną glinkę. Ten przykład wykonania może być przeprowadzany na szereg sposobów:

- środowisko wodne zawiera całkowitą ilość glinki, każda z farb podstawowych jest kolejno dodawana; lub korzystnie

- środowisko wodne zawiera jedynie ułamek całkowitej ilości glinki, każda z farb podstawowych jest kolejno dodawana, dodatkowa ilość glinki jest dodawana po kilku lub po każdej farbie podstawowej.

Następnie kontynuowany jest proces według wynalazku z dodawaniem jonów boranu i co najmniej jednego zemulgowanego środka wiążącego.

Dzięki wyżej wspomnianej trwałości kuleczki, uzyskuje się efekt „widzisz, co masz”, gdy faza ciągła jest przezroczysta. Jest jednak możliwe zastosowanie nie-przezroczystego (to jest przeświecającego) zemulgowanego środka wiążącego lub nawet farby emulsyjnej zamiast niego, jednak bez uzyskiwania wymienionego efektu „widzisz, co masz”.

Aby uzyskać przezroczystą fazą ciągłą, jest konieczne by (i) środowisko wodne zawierało hydrofilową(e) nieorganiczną(e) glinkę(i), to jest koloidalną dyspersję glinki, a (ii) wymieniony co najmniej jeden zemulgowany środek wiążący był przezroczysty.

Koloidalna dyspersja glinki jest przezroczysta, gdy rozmiar całkowicie uwodnionej i rozproszonej glinki jest dostatecznie mały, typowo rzędu 0,025 mm (średnica) x 1 nm (grubość).

Jak wiadomo w tej dziedzinie, zemulgowany środek wiążący jest przeświecający (lub lepiej, przezroczysty), gdy rozmiar cząstek jest dostatecznie mały, typowo poniżej 60 nm.

Wykorzystanie przeświecającej (lub korzystnie, przezroczystej) i bezbarwnej fazy ciągłej ma dodatkową zaletą umożliwienia uzyskiwania wyrazistych kolorów.

Jony boranu dodaje się w ilości odpowiadającej 0,01 do 0,6% wag. Boraks (korzystnie 0,02 do 0,3 %wag., bardziej korzystnie 0,03 do 0,2% wag., najkorzystniej około 0,l%wag.) w stosunku do farby wielokolorowej.

Oprócz wszelkich substancji dodatkowych wprowadzanych jako składniki farb emulsyjnych lub zemulgowanego środka wiążącego, jeden lub więcej dodatków może być wprowadzonych ewentualnie do wymienionego środowiska wodnego zawierającego co najmniej jedną hydrofitową nieorganiczną glinką, w dowolnym czasie aż do zakończenia procesu według

190 113 wynalazku. Przykładowymi substancjami dodatkowymi, które mogą być zastosowane, są stabilizatory, środki chroniące puszki, środki grzybobójcze i bakteriobójcze. Stabilizatory są środkami chemicznymi, które neutralizują działanie światła. Środki chroniące puszki są środkami chemicznymi, które przeciwdziałają tworzeniu się rdzy wewnątrz stalowych puszek. Środki grzybobójcze są środkami chemicznymi, które zapobiegają wzrostowi grzybów w wodnej dyspersji wielofazowej lub w suchej wielokolorowej powłoce z niej przygotowanej. Środki bakteriobójcze są środkami chemicznymi, które zapobiegają wzrostowi bakterii w wodnej dyspersji wielofazowej.

Możliwe jest przygotowanie kompozycji bez rozpuszczalnika (jak podano w sposobie standardowym ASTM D-3271-87), jako że nie jest potrzebny żaden rozpuszczalnik w procesie według wynalazku. Należy zatem dołożyć starań, by stosować wolne od rozpuszczalników zemulgowane środki wiążące, dodatkowe kompozycje i tusze. Również należy dołożyć starań, by zapewnić pełne rozpuszczanie się wielkocząsteczkowych składników, które w innych wypadkach były dodawane jako roztwory w rozpuszczalnikach organicznych.

Kompozycje uzyskiwane za pomocą procesu według wynalazku mogą być stosowane w zwykły sposób w dziedzinie farb wielokolorowych; wiadomo w tej dziedzinie, że lepkość i tiksotropia farby muszą być dostosowane do sposobu jej nakładania.

Jest zatem możliwe, choć nie preferowane, zastosowanie pędzla, poduszki lub wałka do nakładania farb uzyskanych poprzez proces według wynalazku, przez co uzyskuje się efekty wynikające z ukierunkowanego ruchu i/lub geometrycznego ukształtowania narzędzia nakładającego.

Korzystnym sposobem nakładania jest napylanie, bardziej korzystnie napylanie pneumatyczne (Rozdział III, strony 19-23 w „Application of paints and coatings”, S. Levinson, Federation of Societies for Coating Technology, 1988). Podczas napylania farb uzyskanych za pomocą procesu według wynalazku, zwiększona spójność kuleczek skutkuje ich pojawieniem się w jednolicie oddalonym sąsiedztwie w powłoce.

Ponadto stwierdzono nieoczekiwanie, że dodanie niewielkiej ilości soli anionowego polisacharydu o niskiej masie cząsteczkowej do wykończonych wodnych farb wielokolorowych korzystnie wpływa na ich trwałość. Korzystne cechy wymienionej soli to niezależnie od siebie lub w dowolnym połączeniu (i) ilość wynosząca przynajmniej 0,01% wag. (w stosunku do wielokolorowej farby), korzystnie około 0,1% wag., najkorzystniej do 0,2% wag., (ii) sól sodowa, (iii) karboksymetylowany polisacharyd, (iv) celuloza jako polisacharyd oraz (v) średnia masa cząsteczkowa wynosząca 1000 do 20000 lub nieco powyżej (najkorzystniej masa cząsteczkowa wynosząca około 10000). Efekt ten jest uzyskiwany, nawet gdy wykończona wodna farba wielokolorowa zawiera już sól anionowego polisacharydu o wysokiej masie cząsteczkowej.

Alternatywne przykłady wykonania wynalazku są oczywiste dla przeciętnego specjalisty w tej dziedzinie. Na przykład, jest możliwe zastosowanie przykładu wykonania, w którym każda farba podstawowa jest dodawana do oddzielnej części wymienionego środowiska wodnego; oddzielne mieszaniny są wtedy albo łączone, przy czym proces według wynalazku postępuje dalej z dodawaniem jonów boranu oraz dalszego zemulgowanego środka wiążącego, lub tez trzymane oddzielnie do dodania jonów boranu wtedy dodawanych, a następnie proces według wynalazku przebiega z dodawaniem dalszego zemulgowanego środka wiążącego, czy też nawet trzymane oddzielnie do dodawania jonów boranu i dalszego zemulgowanego środka wiążącego wtedy dodawanego.

Przykład

W przykładzie wartości liczbowe podane są w częściach wagowych, o ile nie podano inaczej. Temperatura działania wynosiła 20°C, o ile nie wskazano oczywiście inaczej, czy też inaczej podane.

Podczas przechowywania do wszystkich wodnych roztworów dodano około 0,3 %wag. biocydu lub środka grzybobójczego.

Przygotowanie zemulgowanych środków wiążących

Reagenty były emulgowane w większej części wody. Część emulsji mieszano z pozostałością wody i podgrzewano mieszając do osiągnięcia wewnętrznej temperatury wynoszącej około 80°C. Mieszanina zaczęła skraplać się, natomiast temperatura rosła

190 113 wskazując na polimeryzację. Pozostałość emulsji dodawano postępujące gdy skraplanie malało. Po zakończeniu dodawania, mieszanina była ogrzewana do około 97°C, aby zakończyć polimeryzację. Następnie ją ochładzano do około 60°C przed dodaniem układu ponownie inicjującego. Otrzymany zemulgowany środek wiążący był następnie chłodzony do temperatury pokojowej i cedzony.

Przygotowanie farb podstawowych

Wprowadzano wodę do naczynia do rozpuszczania z nierdzewnej stali. Wprowadzono następujące składniki we wskazanym porządku, zwracając uwagę na to, by całkowicie rozpuścić lub rozproszyć każdy składnik przed dodaniem następnego:

- wodorotlenek sodu;

- substancje dodatkowe;

- wypełniacze;

- dwutlenek tytanu (jeżeli jest potrzebny);

- roztwór żywicy z Cyamopsis Tetragonoloba (przygotowany w od dzielnym naczyniu);

- zemulgowany środek wiążący (przygotowany jak wspomniano wyżej);

- dyspersja Laponite™ RDS (10% wag. wody, przygotowany w oddzielnym naczyniu).

Otrzymaną dyspersję pozostawiono na noc.

Jeżeli jest to potrzebne, dyspersja była następnie barwiona poprzez dodanie barwiącego tuszu, to jest pasty barwnika bez środka wiążącego.

Przygotowanie barwionych farb

Sposób przygotowania został opisany w każdym przykładzie.

Otrzymane farby były przechowywane w temperaturze pokojowej.

Właściwości farby i powłoki

Farby były nanoszone przy użyciu konwencjonalnych technik natryskiwania pneumatycznego; urządzeniem był Optimaset H.V.L.P., rozpylacz z dyszą 2,5 mm oraz kołpakiem 3,0 mm, przy wykorzystaniu ciśnienia powietrza 0,075 MPa oraz ciśnienia 0,17 MPa w zbiorniku na farbę. Charakterystyka rozpylania (szczególnie natężenie rozpylania) były oceniane.

Testowano suche powłoki na zmywalność i zdzieranie zgodnie ze sposobem standardowym DIN 53778 Część 2.

Oceniano też powłoki wizualnie pod względem następujących cech:

- zgodność barw, szczególnie części białych;

- wyraźne oddzielenie kolorów;

- postać każdej z plam barw;

- regularność wzoru.

Przykład 1

Zemulgowany środek wiążący A:

woda	50
akrylan butylu	24
styren	22
kwas akrylowy	1
amid kwasu akrylowego	0,4
środki powierzchniowo czynne	1,4
nadsiarczan potasowy	0,2
układ ponownego inicjowania	0,1
amoniak (25%)	0,5
substancje dodatkowe	0,4
Zemulgowany środek wiążący B:
woda	65
akrylan butylu	20
styren	9
kwas metakrylowy	1,5
amid kwasu akrylowego	0,2
środki powierzchniowo czynne	3
nadsiarczan potasowy	0,1

190 113 układ ponownego inicjowania 0,1 amoniak (20%) 0,8 substancje dodatkowe 0,3

Biała farba podstawowa:

woda substancje dodatkowe wodorotlenek sodu dwutlenek tytanu wypełniacz krzemionkowy roztwór żywicy z Cyamopsis Tetragonoloba zemulgowany środek wiążący A dyspersja Laponite™

Tusze (pasty barwiące):

- czerwono-czarny: czerwony tlenek glikole woda substancje dodatkowe wypełniacze

- żółty:

żółcień żelazowy glikole woda substancje dodatkowe wypełniacze

- czarny: czarny barwnik glikole woda substancje dodatkowe wypełniacze

- lekko czarny czarny barwnik glikole woda substancje dodatkowe wypełniacze

Szara farba podstawowa: biała farba podstawowa żółty tusz czarny tusz czerwono-brązowy tusz

Łososiowa farba podstawowa: biała farba podstawowa żółty tusz czerwono-brązowy tusz lekki czarny tusz

36,7

0,05

2,5

2,75 (0,75 w glikolu propylenowym) 28 (0,8 w wodzie)

61.5

17.5

9.5 10,0

1.5

10

8.5 26 22 14,3

29.2

1.6 32 18,1

14.3 34

98,2

0,9

0,8

0,1

99,5

0,4

0,05

Przygotowanie farb wielokolorowych

Następujące składniki zostały wprowadzone do mieszalnika z nierdzewnej stali, we wskazanym porządku i podczas ciągłego mieszania: woda 19,2 dyspersja Laponite™ RDS 3 (0,3 w wodzie) szara farba podstawowa 3,7 dyspersja Laponite™ RDS 1 (0,1 w wc^c^z^ż^)

190 113

6,6

6,8 (0,68 w wodzie)

2971

1,2 (0,72 w wodzee) (0,03 boraksu w wodzee) 5 łososiowa farba podstawowa dyspersja Laponite™ RDS biała farba podstawowa dyspersja Laponite™ RDS roztwór boraksu zemulgowany środek wiążący B sól sodowa karboksymetylocelulozy (masa cząsteczkowa około 10000) 3 (0J8 NaCMC w wodzee) woda 1 substancje dodatkowe 0,8

Otrzymana farba ma gęstość wynoszącą 1,09 g/ml, lepkość wynoszącą 158,6 dPa · s (trzpień obrotowy Brookfield 2 na lepkościomierzu Haake VT181, prędkość 32) lub 8,3 (trzpień obrotowy 2, prędkość 1).

Napylanie

Farba wielokolorowa była rozcieńczana poprzez dodanie 10 cząstek wagowych wody do 100 cząstek wagowych farby, a następnie rozpylana. Natężenie przepływu wynosiło około 1,1 kg/min, a obszar pokrywania wynosił około 3,2 m²/l, co odpowiada 27 s/m². Siła krycia na mokro była dobra.

Właściwości suchej powłoki

Sucha powłoka przeszła standardowy test DIN 53778 część 2 na zmywalność i zdzieranie. Siła krycia na sucho była dobra. Wzór suchej powłoki był regularny, plamy koloru były zasadniczo okrągłe, a kolory były wierne kolorom pierwotnym oraz dobrze oddzielone.

190 113

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wodnej wielofazowej dyspersji do powłok wielokolorowych, znamienny tym, stosuje się jedną lub więcej farb emulsyjnych, przy czym każda z tych farb emulsyjnych ma odmienny kolor, do każdej farby emulsyjnej dodaje się co najmniej jeden linearny koloid, który jest nierozpuszczalny w obecności jonów boranu oraz dodaje się do każdej farby co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę, otrzymane farby podstawowe, jak również jony boranu oraz co najmniej jeden zemulgowany środek wiążący, dodaje się kolejno do środowiska wodnego zawierającego co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę, po czym odzyskuje się wodną wielofazową dyspersję.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako linearny koloid, który jest nierozpuszczalny w obecności jonów boranu, stosuje się galaktomannoglikan.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako galaktomannoglikan stosuje się żywicę z Cyamopsis Tetragonoloba.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako hydrofilową nieorganiczną glinkę stosuje się glinkę syntetyczną.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako glinkę syntetyczną stosuje się . syntetyczny smektyt.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako syntetyczny smektyt stosuje się syntetyczny he-ktoryt.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że całkowita ilość linearnych koloidów w każdej farbie podstawowej wynosi od 0,5 do 2% wagowych farby podstawowej.
8. Sposób według zastrz. 1 albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że całkowita ilość glinek w każdej farbie podstawowej wynosi od 0,4 do 1,5% wagowych farby podstawowej.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, środowisko wodne zawierające co najmniej jedną hydrofilową nieorganiczną glinkę ma lepkość poniżej 27 s (DIN cup 3 według standardu DIN EN ISO 2431).
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, środowisko wodne zawierające glinkę ma lepkość poniżej 22 s.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 4, albo 5, albo 6, albo 10, znamienny tym, że całkowita ilość glinek w środowisku wodnym wynosi od 0,6 do 3% wagowych wielokolorowej farby, korzystnie 1 do 2% wagowych.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że całkowita ilość glinek w środowisku wodnym wynosi 1 do 2% wagowych wielokolorowej farby.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdą farbę podstawową kolejno dodaje się do całości środowiska wodnego zawierającego przynajmniej część hydrofilowej nieorganicznej glinki.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że każdą farbę podstawową kolejno dodaje się do środowiska wodnego zawierającego całkowitą ilość glinki.
15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że farby podstawowe dodaje się do środowiska wodnego zawierającego jedynie część całkowitej ilości glinki, a pozostałą ilość glinki dodaje się po wprowadzeniu kilku lub każdej farby podstawowej.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdą farbę podstawową dodaje się do oddzielnej części środowiska wodnego.
17. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wprowadza się jony boranu poprzez dodanie boraksu.
18. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że całkowita ilość jonów boranu, w przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,01 do 0,6% wagowych wielofazowej dyspersji.

190 113
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że całkowita ilość jonów boranu, w przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,02 do 0,3% wagowych wielofazowej dyspersji.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że całkowita ilość jonów boranu, w przeliczeniu na boraks, wynosi od 0,03 do 0,2% wagowych wielofazowej dyspersji.
21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodaje się niewielką ilość soli anionowego polisacharydu o niskiej masie cząsteczkowej.
22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że dodaje się od 0,01 do 0,2 %wagowych, w stosunku do całości kompozycji, soli sodowej karboksymetylocelulozy mającej średnią masę cząsteczkową od 1000 do 20000.