Алкідні смоли займають одну з лідируючих позицій в якості сировини для виробництва сучасних лакофарбових матеріалів. Плівкоутворювальні сполуки на їх основі мають широку область застосування. Властивості покриттів залежать від типу смол і напівфабрикатних лаків. Найбільше поширення отримали модифіковані суміші, так як вони володіють високими декоративними і захисними якостями.
Опис
Алкідні смоли (або алкиды) – це складні ефіри, що з’являються в результаті реакції багатоатомних спиртів з багатоосновними кислотами або їх ангідридами. За зовнішнім виглядом вони являють собою високов’язких липку масу, колір від темно-жовтого до коричневого.
Алкиды також поєднують з іншими смолами і целюлозою (алкиднокарбамидоформальдегидные, фенолалкидные, алкидноакриловые сополімери та інші сполуки). Для зниження поверхневого натягу в їх склад вводять бутиловий спирт, що полегшує розлив готового продукту.
Хімічний склад і класифікація
Систематизація алкідних смол здійснюється за кількома критеріями:
-
За наявності жирних кислот у складі: немодифіковані (фталатные) і модифіковані.
-
За змістом масла: жирні (>60 %), середньої жирності (40-60 %), пісне (35-60 %), сверхтощие (<34 %). Жирні алкиды готують в основному на висихаючих оліях.
-
По виду спирту, на основі якого отримують склад: гліфталеві, ксифталевые, пентафталеві, этрифталевые.
-
По здатності до висихання: висихають і висихають.
-
За способом розчинення: розбавляються органічними розчинниками або водою.
За хімічним складом алкідна смола являє собою 40-60 % розчин нелетких речовин в органічних розчинниках.
Характеристики
Властивості поверхонь залежать від виду багатоатомного спирту, його концентрації та наявності інших компонентів. Ароматичні компоненти надають покриттям на основі цих сполук твердість і зносостійкість, аліфатичні поліоли –еластичність, циклоалифатические структурні ланки – збалансованість характеристик.
Розчини алкідних смол характеризуються наступними параметрами:
-
в’язкість – 35-100 з (по віскозиметрі ВЗ-4);
-
молекулярна маса – 1500-5000 кДа;
-
щільність – 0,9-1,05 г/см3;
-
кількість гідроксиду калію, що є основним показником якості олив, – не більше 20.
При збільшенні температури в’язкість алкід знижується і навпаки. Чим менше жирність речовини, тим гірше воно розчиняється аліфатичних і нафтенових вуглеводнів.
Поліпшення властивостей
Немодифіковані алкиды утворюють тверді і крихкі плівки, погано розчиняються. Для поліпшення їх властивостей до складу реакційної суміші вводять додаткові компоненти, які надають покриттям глянець, еластичність, стійкість до води, розчинників, олив і атмосферного впливу, прискорюють сушіння при кімнатній температурі, підвищують адгезію з основним матеріалом. Модифіковані алкідні смоли отримують з допомогою лляного, талової, тунгової, соняшникової олії, рицинової, бавовняного масла, каніфолі, синтетичних жирних кислот.
Виділяють 3 основних способи модифікування:
-
введення мономерів при виробництві смоли;
-
шляхом реагування готових алкід з модифікуючими речовинами;
-
змішуванням смол з іншими пленкообразователями.
Отримання
Синтез алкід виробляють двома способами: алкоголизом і жирнокислотным методом.
У першому випадку процес проходить в 3 етапи:
-
Переетерифікації рослинного масла або тригліцеридів його жирних кислот багатоатомними спиртами. Хімічна реакція проходить при температурі 240-260 °с і в присутності каталізатора. Для виробництва гліфталевих смол із спиртів використовують гліцерин, для этрифталевых – этриол, для пентафталевих – пентаеритрит.
-
Етерифікація неповних ефірів фталевым ангідридом, в результаті чого утворюється кислий ефір.
-
Полиэтерификация з виділенням води та утворенням алкіда.
При другому способі одержання смол проводиться етерифікації і полиэтерификация ефірів жирних кислот і багатоатомних спиртів.
Речовини для розведення алкід
Розчинниками алкідних смол служать наступні вуглецеві сполуки:
-
аліфатичні (гексан, гептан, парафіни С6-С12);
-
ароматичні (бензол, сольвент, толуол, ксилол та інші);
-
терпенові (скипидар);
-
галогеновмісткі (трихлоретилен, тетрахлоретилен, перхлоретилен);
-
нафтові (нефрас, бензин).
Низькокиплячі ефіри (етиловий спирт, етилацетат), прості ефіри гліколів, кетони (ацетон) також можуть використовуватися в якості розріджувачів. Бутанол для цих цілей не придатний, так як його молекули притягують до себе велику кількість розчинника, що міститься в алкідних смолах. Худі алкиды розчиняються тільки в ароматичних вуглеводнях, а жирні – в аліфатичних.
Існують також водорозчинні смоли, на основі яких випускають водорозчинні ФАРБИ (емалі і грунтовки гарячої сушки).
Застосування
Основне призначення алкідних смол – це одержання лакофарбових матеріалів (ЛФМ). Немодифіковані склади застосовують для виготовлення електроізоляційних лаків і клеїв.
З розчинів смол роблять напівфабрикатні і готові лаки, які використовуються у промисловості і побуті.
Лакофарбові матеріали
Алкідні ЛКМ отримали найбільше поширення з усіх матеріалів на основі поліконденсаційних смол. Так як у спирту пентаеритриту є 4 гідроксильні групи, то алкиды з його змістом отверждаются швидше і утворюють більш глянсове покриття. У зв’язку з цим у промисловості переважно випускають матеріали лакофарбові на основі алкідних смол пентафталевого типу. Використання великої кількості ароматичних компонентів забезпечує твердість і стійкість покриттів до механічного впливу.
Пігментовані ЛКМ на основі алкидов підрозділяють на наступні групи:
-
гліфталеві (ГФ), пентафталеві (ЕФ), этрифталевые (ПОВ) емалі;
-
грунти;
-
шпаклівки.
Висихають алкідні смоли використовуються в якості самостійних плівкоутворювачів для лакофарбової продукції, а висихають у складах з карбамідними смолами, нітратами целюлози (для поліпшення еластичності та зчеплення покриттів з основним матеріалом).
Властивості ЛКМ залежать від їх хімічного складу. Так, більш жирні алкідні смоли в органічних розчинниках легше наносяться кистю, мають підвищену еластичність і атмосферостійкість, але повільніше висихають і володіють меншою стійкістю до впливу мінеральних масел. Максимальна швидкість сушіння характерна для смол, модифікованих тунговим або лляною олією. Середній час висихання на відлип алкідних емалей становить 24 год.
Специфіка ЛКМ
Алкідні смоли, в залежності від компонентного складу, застосовуються в наступних цілях:
-
На основі бензойної кислоти (вміст олії 38-50 % по масі) – емалі для фарбування сільськогосподарських машин, радіаторів, ремонту автомобілів. Володіють високою стійкістю до вицвітання і впливу атмосфери.
-
Містять 9,12-лінолеву і 9,11-лінолеву кислоти – ремонт обладнання.
-
Худі – одношарові покриття швидковисихаючі, грунтовки, фарба для радіаторів.
-
На льняному маслі і гліцерині – антикорозійні покриття, друкарські фарби. Можуть швидко вицвітати під впливом сонячного світла, тому застосовуються найчастіше в грунтовках і вирівнюючих складах.
-
На соєвому або талловом олії – покривні емалі, що володіють високою атмосферостійкістю.
-
Модифицированые природними смолами (кислоти каніфолі) – виробництво ґрунтовок та шпаклівок. Склади схильні до вицвітання.
-
Модифіковані стиролом, акрилатом – грунтовки, шпаклівки, вирівнюючі склади, ЛКМ для фарбування суден, обладнання, листового металу, деревини, яка піддається сильним механічним навантаженням (паркетні лаки, емалі для підлоги, меблів); упаковка емалей в тюбики. Володіють підвищеною стійкістю до стирання і пружністю.
Екологічні аспекти
Так як алкідні смоли містять органічні розчинники, то вони представляють певну небезпеку для здоров’я людини і навколишнього середовища. При проведенні лакофарбових робіт з використанням ЛКМ на їх основі необхідно застосовувати засоби індивідуального захисту (протигази, спецодяг). Фарбування повинна проводитися в приміщеннях з припливно-витяжною вентиляцією.
За рівнем токсичності розчинників алкиды можна розділити на 3 групи:
-
найменш токсичні (ГДК=300-1000 мг/м3) – етиловий ефір, спирт, бензин;
-
середньої токсичності (ГДК=100-200 мг/м3) – ацетон, бутиловий ефір;
-
високотоксичні (ГДК=20-50 мг/м3) – етиленгліколь, бензол.
За кордоном пред’являються високі вимоги до екологічності виробництва ЛФМ, тому в даний час ведуться роботи по створенню матеріалів з високим вмістом сухої речовини і водорозбавляються складів. Проте алкідні смоли з органічними розчинниками, як і раніше, переважають водорозчинні за технологічними властивостями.
