Żywice alkidowe zajmują jedną z wiodących pozycji jako surowiec do produkcji nowoczesnych farb i lakierów. Oparte na nich kompozycje błonotwórcze mają szerokie zastosowanie. Właściwości powłoki zależą od rodzaju żywic i półproduktów lakierniczych. Najbardziej rozpowszechnione są kompozycje modyfikowane, ponieważ mają wysokie właściwości dekoracyjne i ochronne.
Opis
Żywice alkidowe (lub alkidowe) to estry powstające w wyniku reakcji alkoholi wielowodorotlenowych z kwasami wielozasadowymi lub ich bezwodnikami. Z wyglądu są bardzo lepką lepką masą o barwie od ciemnożółtej do brązowej.
Alkidy są również łączone z innymi żywicami i celulozą (alkid-mocznik-formaldehyd, fenol-alkid, kopolimery alkid-akryl i inne związki). W celu zmniejszenia napięcia powierzchniowego do ich składu dodawany jest alkohol butylowy, który ułatwia nalewanie gotowego produktu.
Skład chemiczny i klasyfikacja
Żywice alkidowe są usystematyzowane według kilku kryteriów:
- Przez obecność kwasów tłuszczowych w składzie: niezmodyfikowanych (ftalanowych) i zmodyfikowanych.
-
Według zawartości oleju: tłuste (>60%), średniotłuszczowe (40-60%), chude (35-60%), ekstra chude (<34%). Alkidy tłuszczowe są przygotowywane głównie z olejów schnących.
- W zależności od rodzaju alkoholu, na podstawie którego otrzymuje się kompozycję: gliftalowy, ksyftalowy, pentaftalowy, etriftalowy.
- Dzięki zdolności suszenia: suszenie i brak suszenia.
- Zgodnie z metodą rozpuszczania: rozcieńczyć rozpuszczalnikami organicznymi lub wodą.
Skład chemiczny żywicy alkidowej to 40-60% roztwór nielotnych substancji w rozpuszczalnikach organicznych.
Funkcje
Właściwości alkidów zależą od rodzaju alkoholu wielowodorotlenowego, jego stężenia i obecności innych składników. Składniki aromatyczne nadają powłokom opartym na tych związkach twardość i odporność na zużycie, poliole alifatyczne - elastyczność, cykloalifatyczne jednostki strukturalne - bilans właściwości.
Roztwory żywic alkidowych charakteryzują się następującymi parametrami:
-
lepkość - 35-100 s (wg wiskozymetru VZ-4);
- masa cząsteczkowa - 1500-5000 kDa;
- gęstość - 0,9-1,05 g/cm3;
- ilość wodorotlenku potasu, który jest głównym wskaźnikiem jakości olejów, nie przekracza 20.
Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się lepkość alkidów i odwrotnie. Im niższa zawartość tłuszczu w substancji, tym gorzej rozpuszcza się w węglowodorach alifatycznych i naftenowych.
Popraw właściwości
Niemodyfikowane alkidy tworzą twarde i kruche filmy, słabo się rozpuszczają. Aby poprawić ich właściwości, do składu mieszaniny reakcyjnej wprowadza się dodatkowe składniki, które nadają powłokom połysk, elastyczność, odporność na wodę, rozpuszczalniki, oleje i warunki atmosferyczne, przyspieszają schnięcie w temperaturze pokojowej oraz zwiększają przyczepność do podłoża. Modyfikowane żywice alkidowe otrzymywane są z siemienia lnianego, oleju talowego, tungowego, słonecznikowego, rycynowego, bawełnianego, kalafonii, syntetycznych kwasów tłuszczowych.
Istnieją 3 główne metody modyfikacji:
- wprowadzenie monomerów do produkcji żywic;
- przez reakcję gotowych alkidów z modyfikatorami;
- mieszanie żywic z innymi substancjami błonotwórczymi.
Odbierz
Alkidy są syntetyzowane na dwa sposoby: metodą alkoholizy i kwasów tłuszczowych.
W pierwszym przypadku proces przebiega w 3 etapach:
- Transestryfikacja oleju roślinnego lub trójglicerydów jego kwasów tłuszczowych alkoholami wielowodorotlenowymi. Reakcja chemiczna zachodzi w temperaturze 240-260 °C iw obecności katalizatora. Do produkcji żywic gliftalowych z alkoholi stosuje się glicerynę, do żywic etriftalowych - etriol, do żywic pentaftalowych - pentaerytrytol.
- Estryfikacja częściowych estrów bezwodnikiem ftalowym, w wyniku czego powstaje ester kwasowy.
- Poliesteryfikacja z uwalnianiem wody i tworzeniem alkidów.
Drugą metodą produkcji żywic jest estryfikacja i poliestryfikacja estrów kwasów tłuszczowych i alkoholi wielowodorotlenowych.
Rozcieńczalniki alkidowe
Następujące związki węgla służą jako rozpuszczalniki dla żywic alkidowych:
- alifatyczne (heksan, heptan, parafiny C6-C12);
- aromatyczne (benzen, rozpuszczalnik, toluen, ksylen i inne);
- terpen (terpentyna);
- halogenowany (trichloroetylen, tetrachloroetylen, perchloroetylen);
- olej (nefras, benzyna).
Etery niskowrzące (alkohol etylowy, octan etylu), etery glikolowe, ketony (aceton) mogą być również używane jako rozcieńczalniki. Butanol nie nadaje się do tych celów, ponieważ jego cząsteczki przyciągają do siebie dużą ilość rozpuszczalnika zawartego w żywicach alkidowych. Alkidy chude rozpuszczają się tylko w węglowodorach aromatycznych, natomiast alkidy tłuszczowe rozpuszczają się w alifatycznych.
Istnieją również żywice rozpuszczalne w wodzie, na bazie których produkowane są powłoki wodorozcieńczalne (emalie i podkłady schnące na gorąco).
Aplikacja
Głównym przeznaczeniem żywic alkidowych jest produkcja farb i lakierów (LKM). Do produkcji lakierów i klejów elektroizolacyjnych stosuje się niezmodyfikowane związki.
Odroztwory żywic tworzą półprodukty i gotowe lakiery stosowane w przemyśle i życiu codziennym.
Materiały malarskie
Powłoki alkidowe są najszerzej stosowane ze wszystkich materiałów opartych na żywicach polikondensacyjnych. Ponieważ alkohol pentaerytrytolowy ma 4 grupy hydroksylowe, alkidy zawierające pentaerytrytol utwardzają się szybciej i tworzą bardziej błyszczące powłoki. Pod tym względem przemysł produkuje głównie materiały lakiernicze na bazie żywic alkidowych typu pentaftalowego. Zastosowanie dużej ilości składników aromatycznych zapewnia twardość i odporność powłok na naprężenia mechaniczne.
Powłoki pigmentowane na bazie alkidów dzielą się na następujące grupy:
- szkliwo gliftalowe (GF), pentaftalowe (EF), etriftalowe (ET);
- gleby;
- szpachlówka.
Schnące żywice alkidowe są stosowane jako niezależne substancje błonotwórcze do farb i lakierów, a niewysychające są stosowane w formulacjach z żywicami mocznikowymi, azotanami celulozy (w celu poprawy elastyczności i przyczepności powłok do materiału bazowego).
Właściwości powłok zależą od ich składu chemicznego. Tak więc grubsze żywice alkidowe w rozpuszczalnikach organicznych są łatwiejsze do nałożenia pędzlem, mają zwiększoną elastyczność i odporność na warunki atmosferyczne, ale schną wolniej i są mniej odporne na oleje mineralne. Maksymalna szybkość schnięcia jest typowa dla żywic modyfikowanych tungiem lub siemieniem lnianym.olej. Średni czas schnięcia do sklejania emalii alkidowych wynosi 24 godziny.
Specjalny lakier
Żywice alkidowe, w zależności od składu składników, są używane do następujących celów:
- Na bazie kwasu benzoesowego (zawartość oleju 38-50% masy) - emalie do malowania maszyn rolniczych, chłodnic, napraw samochodów. Wysoce odporny na blaknięcie i warunki atmosferyczne.
- Zawiera kwas 9,12-linolowy i 9,11-linolowy - naprawa urządzeń.
- Skinny - szybkoschnące pojedyncze warstwy, podkłady, farby do kaloryferów.
- Na oleju lnianym i glicerynie - powłoki antykorozyjne, farby drukarskie. Mogą szybko blaknąć pod wpływem promieni słonecznych, dlatego są najczęściej używane jako podkłady i masy wyrównujące.
- Powłoki nawierzchniowe na bazie soi lub oleju talowego o dobrej odporności na warunki atmosferyczne.
- Modyfikowany naturalnymi żywicami (kwasami kalafoniowymi) – produkcja podkładów i wypełniaczy. Związki są podatne na blaknięcie.
- Modyfikowany styrenem, akrylanem - podkłady, szpachlówki, masy wyrównujące, powłoki do malowania statków, wyposażenia, blach, drewna poddanego silnym obciążeniom mechanicznym (lakiery do parkietów, emalie do podłóg, meble); pakowanie emalii w tuby. Posiadają podwyższoną odporność na ścieranie i elastyczność.
Aspekty środowiskowe
Ponieważ żywice alkidowe zawierają rozpuszczalniki organiczne, stanowią pewne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego i środowiska. Przy wykonywaniu prac malarskich i lakierniczych z wykorzystaniem materiałów lakierniczych na ich bazie należy stosować środki ochrony osobistej (maski przeciwgazowe, kombinezony). Malowanie należy wykonywać w pomieszczeniach z wentylacją nawiewno-wywiewną.
Zgodnie z poziomem toksyczności rozpuszczalników alkidy można podzielić na 3 grupy:
- najmniej toksyczne (MPC=300-1000 mg/m3) – eter etylowy, alkohol, benzyna;
- średnia toksyczność (MPC=100-200 mg/m3) – aceton, eter butylowy;
- wysoce toksyczny (MPC=20-50 mg/m3) – glikol etylenowy, benzen.
Za granicą istnieją wysokie wymagania dotyczące przyjazności dla środowiska produkcji powłok, dlatego obecnie trwają prace nad stworzeniem materiałów o wysokiej zawartości suchej masy i kompozycji wodorozcieńczalnych. Jednak żywice alkidowe z rozpuszczalnikami organicznymi nadal przewyższają żywice rozpuszczalne w wodzie pod względem właściwości przetwórczych.
