Алкидните смоли заемат една от водещите позиции като суровина за производството на съвременни бои и лакове. Филмообразуващите състави на тяхна основа имат широк спектър от приложения. Свойствата на покритието зависят от вида на смолите и полуготовите лакове. Най-разпространени са модифицираните композиции, тъй като имат високи декоративни и защитни качества.
Описание
Алкидните смоли (или алкидите) са естери, получени от реакцията на многовалентни алкохоли с многоосновни киселини или техни анхидриди. На външен вид те представляват силно вискозна лепкава маса, чийто цвят е от тъмно жълт до кафяв.
Алкидите също се комбинират с други смоли и целулоза (алкидно-урея-формалдехидни, фенол-алкидни, алкидно-акрилни кополимери и други съединения). За намаляване на повърхностното напрежение към състава им се добавя бутилов алкохол, което улеснява изливането на готовия продукт.
Химичен състав и класификация
Алкидните смоли са систематизирани по няколко критерия:
- Поради наличието на мастни киселини в състава: немодифициран (фталат) и модифициран.
-
По съдържание на масло: мастно (>60%), средно мазнини (40-60%), постно (35-60%), изключително постно (<34%). Мастните алкиди се приготвят основно с изсушаващи масла.
- Според вида на алкохола, на базата на който се получава съставът: глифталов, ксифталов, пентафталов, етрифталов.
- По възможност за сушене: сушене и несушене.
- Според метода на разтваряне: разреден с органични разтворители или вода.
Химичният състав на алкидната смола е 40-60% разтвор на нелетливи вещества в органични разтворители.
Функции
Свойствата на алкидите зависят от вида на многовалентния алкохол, неговата концентрация и наличието на други компоненти. Ароматните компоненти придават на покритията на базата на тези съединения твърдост и устойчивост на износване, алифатни полиоли - еластичност, циклоалифатни структурни единици - баланс от характеристики.
Разтворите от алкидна смола се характеризират със следните параметри:
-
вискозитет - 35-100 s (според вискозиметър VZ-4);
- молекулно тегло - 1500-5000 kDa;
- плътност - 0,9-1,05 g/cm3;
- количеството калиев хидроксид, който е основният индикатор за качеството на маслата, е не повече от 20.
С повишаване на температурата вискозитетът на алкидите намалява и обратно. Колкото по-ниско е съдържанието на мазнини в дадено вещество, толкова по-зле се разтваря в алифатни и нафтенови въглеводороди.
Подобрете свойства
Немодифицираните алкиди образуват твърди и крехки филми, разтварят се лошо. За подобряване на техните качества в състава на реакционната смес се въвеждат допълнителни компоненти, които придават на покритията блясък, еластичност, устойчивост на вода, разтворители, масла и атмосферни влияния, ускоряват сушенето при стайна температура и повишават адхезията с основния материал. Модифицираните алкидни смоли се получават с помощта на ленено семе, талово масло, тунгово масло, слънчогледово масло, рициново масло, памучно масло, колофон, синтетични мастни киселини.
Има 3 основни метода за модификация:
- въвеждане на мономери в производството на смоли;
- чрез реагиране на готови алкиди с модифициращи агенти;
- смесване на смоли с други филмообразуватели.
Получаване
Алкидите се синтезират по два начина: алкохолизация и метод на мастни киселини.
В първия случай процесът протича на 3 етапа:
- Трансестерификация на растително масло или триглицериди на неговите мастни киселини с многовалентни алкохоли. Химическата реакция протича при температура 240-260 °C и в присъствието на катализатор. За производството на глифталови смоли от алкохоли се използва глицерин, за етрифталови смоли - етриол, за пентафталови смоли - пентаеритритол.
- Естерификация на частични естери с фталов анхидрид, което води до кисел естер.
-
Полиестерификация с отделяне на вода и образуване на алкиди.
Вторият метод за производство на смоли е естерификация и полиестерификация на естери на мастни киселини и многовалентни алкохоли.
Алкидни разредители
Следните въглеродни съединения служат като разтворители за алкидни смоли:
- алифатни (хексан, хептан, C6-C12 парафини);
- ароматни (бензен, разтворител, толуен, ксилен и други);
- терпен (терпентин);
- халогениран (трихлоретилен, тетрахлоретилен, перхлоретилен);
- масло (нефрас, бензин).
Нискокипящи етери (етилов алкохол, етилацетат), гликолови етери, кетони (ацетон) също могат да се използват като разредители. Бутанолът е неподходящ за тези цели, тъй като неговите молекули привличат към себе си голямо количество от разтворителя, съдържащ се в алкидните смоли. Постните алкиди се разтварят само в ароматни въглеводороди, докато мастните алкиди се разтварят в алифатните.
Съществуват и водоразтворими смоли, на основата на които се произвеждат водоразтворими покрития (горещо изсъхващи емайли и грундове).
Заявление
Основното предназначение на алкидните смоли е производството на бои и лакове (LKM). Немодифицираните съединения се използват за производството на електроизолационни лакове и лепила.
Отразтворите от смола правят полуготови и готови лакове, използвани в индустрията и ежедневието.
Материали за боядисване
Алкидните покрития са най-широко използваните от всички материали на базата на поликондензационни смоли. Тъй като пентаеритритоловият алкохол има 4 хидроксилни групи, алкидите, съдържащи пентаеритритол, се втвърдяват по-бързо и произвеждат по-лъскави покрития. В тази връзка индустрията произвежда основно бояджийски материали на базата на алкидни смоли от пентафталов тип. Използването на голям брой ароматни компоненти гарантира твърдостта и устойчивостта на покритията на механично натоварване.
Пигментираните покрития на базата на алкиди се разделят на следните групи:
- глифталов (GF), пентафталов (EF), етрифтален (ET) емайли;
- почви;
- замазка.
Съхнещите алкидни смоли се използват като самостоятелни филмообразуватели за бои и лакове, а несъхнещите се използват в състави с карбамидни смоли, целулозни нитрати (за подобряване на еластичността и адхезията на покритията към основния материал).
Свойствата на покритията зависят от техния химичен състав. Така по-мазните алкидни смоли в органични разтворители се нанасят по-лесно с четка, имат повишена еластичност и устойчивост на атмосферни влияния, но изсъхват по-бавно и са по-малко устойчиви на минерални масла. Максималната скорост на сушене е типична за смоли, модифицирани с тунг или ленено семе.масло. Средното време за изсъхване до залепване за алкидни емайли е 24 часа.
Специфична боя
Алкидните смоли, в зависимост от състава на компонентите, се използват за следните цели:
- На базата на бензоена киселина (маслено съдържание 38-50% тегловни) - емайли за боядисване на селскостопански машини, радиатори, ремонт на автомобили. Силно избледняване и устойчивост на атмосферни влияния.
- Съдържа 9,12-линолова и 9,11-линолова киселини - ремонт на оборудване.
- Skinny - бързосъхнещи единични слоеве, грундове, боя за радиатори.
- Върху ленено масло и глицерин - антикорозионни покрития, печатарски мастила. Могат да избледняват бързо, когато са изложени на слънчева светлина, така че най-често се използват в грундове и изравняващи смеси.
- Покрития на основата на соя или талово масло с добра устойчивост на атмосферни влияния.
- Модифициран с естествени смоли (колофонни киселини) – производство на грундове и пълнители. Съединенията са склонни към избледняване.
- Модифициран със стирен, акрилат - грундове, шпакловки, изравняващи смеси, покрития за боядисване на кораби, оборудване, ламарина, дърво, подложено на силно механично натоварване (паркетни лакове, подови емайли, мебели); опаковане на емайли в туби. Имат повишена устойчивост на абразия и еластичност.
Аспекти на околната среда
Тъй като алкидните смоли съдържат органични разтворители, те представляват определена опасност за човешкото здраве и околната среда. При извършване на бояджийски и лакови работи с бояджийски материали на тяхна основа е необходимо да се използват лични предпазни средства (гази, гащеризони). Боядисването трябва да се извършва в помещения с приточно-смукателна вентилация.
Според нивото на токсичност на разтворителите, алкидите могат да бъдат разделени на 3 групи:
- най-малко токсичен (MPC=300-1000 mg/m3) – етилов етер, алкохол, бензин;
- средна токсичност (MPC=100-200 mg/m3) – ацетон, бутилов етер;
- силно токсичен (MPC=20-50 mg/m3) – етилен гликол, бензен.
В чужбина има високи изисквания за екологичност на производството на покрития, поради което в момента се работи за създаване на материали с високо съдържание на сухо вещество и водоразтворими състави. Въпреки това, алкидните смоли с органични разтворители все още превъзхождат водоразтворимите смоли по свойства на обработка.
