Алкидные смолы: состав, назначение, применение и производство лакокрасочных изделий
Алкидные смолы занимают одну из лидирующих позиций в качестве сырья для производства современных лакокрасочных материалов. Пленкообразующие составы на их основе имеют широкую область применения. Свойства покрытий зависят от типа смол и полуфабрикатных лаков. Наибольшее распространение получили модифицированные составы, так как они обладают высокими декоративными и защитными качествами.
Описание
Алкидные смолы (или алкиды) – это сложные эфиры, появляющиеся в результате реакции многоатомных спиртов с многоосновными кислотами или их ангидридами. По внешнему виду они представляют собой высоковязкую липкую массу, цвет которой от темно-желтого до коричневого.
Вам будет интересно: Что такое заносчивость: значение слова, понятие, этимология, звучание и синонимы
Алкиды также сочетают с другими смолами и целлюлозой (алкиднокарбамидоформальдегидные, фенолалкидные, алкидноакриловые сополимеры и прочие соединения). Для снижения поверхностного натяжения в их состав вводят бутиловый спирт, что облегчает розлив готового продукта.
Химический состав и классификация
Систематизация алкидных смол осуществляется по нескольким критериям:
По наличию жирных кислот в составе: немодифицированные (фталатные) и модифицированные.
По содержанию масла: жирные (>60 %), средней жирности (40-60 %), тощие (35-60 %), сверхтощие ( Понравилась статья? Поделись с друзьями:
АЛКИДНЫЕ СМОЛЫ
Алкидные смолы-высоковязкие липкие продукты от светло-желтого до коричневого цвета; мол. м. 1500-5000. Тощие смолы раств. лишь в ароматич. углеводородах (толуоле, ксилоле, сольвенте), жирные-в алифатических (налр., уайт-спирите), смолы средней жирности-в смесях ароматич. и алифатич. углеводородов.
Получение. Осн. р-ция при получении алкидных смол-конденсац. теломеризация (полиэтерификация), в к-рой высшая жирная к-та служит телогеном, напр.:
где R-алкил или алкенил, m
2.
Алкидные смолы синтезируют в условиях, обеспечивающих получение продукта с кислотным числом в пределах 10-20, т.к. из-за присутствия в смоле большого числа свободных групп СООН может повышаться вязкость при хранении лакокрасочных материалов, содержащих пигменты осн. характера. Образование смолы с низким кислотным числом достигается введением в исходную реакц. смесь избытка полиола.
Синтезируют алкидные смолы в осн. по периодич. схеме в реакторах с высокотемпературным обогревом. Распространены также полунепрерывные схемы с применением реакторов большой единичной мощности (32 м 3 и более). Фталевый ангидрид применяют в виде гранул или расплава; в последнем случае м.б. автоматизирована его загрузка и снижена общая продолжительность процесса.
В произ-ве алкидных смол жирнокислотным методом все компоненты загружают одновременно; т-ра полиэтерификации 210-250°С. Достоинства метода: одностадийность; возможность получения пентафталевых смол, не содержащих остатков глицерина; однородность алкидных смол и их светлая окраска, обусловленные сравнительно невысокими т-рами синтеза; высокая стабильность процесса. Недостаток: необходимость предварит. расщепления растит. масел, что сопровождается их потерями и требует применения спец. коррозионностойкой аппаратуры. В отечеств. пром-сти значительно шире применяют алкоголизный метод. Триглицерид реагирует с полиолом в расплаве при 240-260°С до образования продукта, р-римого в этаноле. Недостатки метода: двустадийность; плохая воспроизводимость, связанная с побочными р-циями при алкоголизе и с потерями полиола на этой стадии; присутствие в пента- и глифталевых смолах остатков глицерина.
Способы модифицирования. Для этой цели применяют: 1) введение разл. сомономеров при синтезе смолы; 2) взаимод. готовых смол с модифицирующими в-вами; 3) смешение смол с др. пленкообразователями (см. табл.). На стадии синтеза смол до 30% жирных к-т заменяют бензойной к-той, к-тами канифоли, нафтеновыми к-тами и др. или вместо части фталевого ангидрида применяют диизоцианаты либо алкоксисилоксаны (синтез соотв. алкидно-уретановых, или уралкидных, и алкидно-силоксановых смол с участием групп ОН продукта алкоголиза или образующейся смолы). Готовые алкидные смолы (гл. обр. на основе тунгового или дегидратированного касторового масла) сополимеризуют по двойным связям жирных к-т с метакрилатами или стиролом в р-ре в присут. радикальных инициаторов. Возможна также прививка стирола по двойным связям введенного в состав смолы малеинового ангидрида.
===
Исп. литература для статьи «АЛКИДНЫЕ СМОЛЫ» : нет данных
Страница «АЛКИДНЫЕ СМОЛЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
Алкидные смолы
Содержание статьи
Получение алкидных смол:
Алкидные смолы
Получение алкидных смол
Немодифицированная алкидная смола
Немодифицированные алкидные смолы являются твердыми продуктами и плохо растворяются. Они образуют хрупкие пленки, применяются главным образом для приготовления электроизоляционных лаков и клеев. Более широкое применение нашли лаки и эмали на основе модифицированных алкидных смол.
Ниже представлена формула алкиднных (глифталевые смолы) не модифицированных смол.
Модифицированная алкидная смола
Модифицирование алкидных смол осуществляется введением в реакционную смесь канифоли или ненасыщенных жирных кислот. Модифицирование канифолью обеспечивает смоле способность совмещаться с маслами, а модифицирование ненасыщенными жирными кислотами (растительные льняное, тунговое, хлопковое масла) придает покрытиям на основе алкидных смол повышенную светостойкость, а также способность высыхать на воздухе при комнатной температуре. При этом свойства модифицированных маслами алкидных смол зависят от содержания в них масла, то есть от их жирности. С увеличением жирности алкидных смол, увеличиваются эластичность и атмосферостойкость изготовленных на их основе покрытий, но замедляется их высыхание и уменьшаются твердость, глянец и стойкость к действию растворителей и смазочных масел.
Ниже представлена формула алкидных (глифталевые смолы) модифицированных смол
Таблица. Влияние модифицирования на свойства алкидных смол и образуемых ими покрытий.
| Модификатор | Результаты модифицирования | |
|---|---|---|
| положительные | отрицательные | |
| Бензойная к-та и ее производные Ароматич. динзоцианаты Алкоксисилоксаны | ||
Низкомол. эпоксидные смолы Стирол Метакрилаты
Нитраты целлюлозы Хлорированный ПВХ
Ускоряется сушка покрытий, повышаются их твердость и атмосферостойкость Повышаются блеск, твердость, тепло-, атмосфере- и водостойкость покрытий
Ухудшаются атмосферостойкость и мех. св-ва покрытий Ухудшается р-римость смолы в уайт-спирите
Снижается содержание сухого остатка в лаке, ухудшаются атмосферостойкость и эластичность покрытий Снижается содержание сухого остатка в лаке, ухудшается светостойкость покрытий Повышается т-ра сушки покрытий
Применение алкидных смол
Алкидные лаки используются для покрытия деревянных поверхностей, в том числе для паркетных полов. Эмали на основе алкидных смол обладают высокими декоративными и коррозионно-защитными параметрами, применяются для покрытия поверхностей грузовых автомобилей, корпусов приборов, арматуры, используются при изготовлении противокоррозионных грунтовок. Также применение нашли сочетания алкидных смол с другими поликонденсационными и полимеризационными смолами.
Статьи по теме
Алкидная эмульсия
Требования защиты окружающей среды вызвали интерес к алкидным эмульсиям. Стабильные эмульсии можно получить из большинства алкидов при условии, что вязкость смол не слишком большая и прилагаемых сдвиговых сил достаточно для эмульгирования.
Марки эпоксидных смол
Марки эпоксидных смол, виды и применение.
Отвердитель для эпоксидной смолы
Процесс отверждения проходит с раскрытием эпоксигруппы и образованием сначала гидроксильной группы, а затем эфирной группы, то есть происходит процесс этерификации смолы и образования трехмерного полимера.
Отверждение эпоксидных смол
Для отверждения эпоксидных смол применяются соединения двух типов.
Скипидар живичный
Скипидар — бесцветная или желтоватая жидкость с едким запахом, добываемая перегонкой смолы хвойных деревьев с водой и применяемая в медицине и в лакокрасочном производстве.
Литопон
Литопон – это белый пигмент неорганического происхождения, который используется в лакокрасочной промышленности.
Алкидные смолы. Структура, свойства, модификации и применение
Алкидные смолы – это пленкообразующие для лакокрасочных материалов (далее ЛКМ). Они представляют сложные полиэфиры, модифицированные жирными кислотами, растительными маслами или синтетическими карбоксильными кислотами. Молекулы алкидной смолы состоят из разветвленной полиэфирной основы со свободными гидроксильными и карбоксильными группами. Средний молекулярный вес алкидных смол – 2000-9000 г/моль. Структура алкидной смолы в упрощенном виде представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. «Структурная формула алкидной смолы».
Преимущества алкидных смол
Самоотверждение при комнатной температуре.
Возможность регулировки свойств за счет выбора сырья и условий синтеза.
Способствуют смачиванию пигментов и подложки в составе ЛКМ.
Текучесть красок на основе алкидных смол.
Низкая стоимость – от 75 руб/кг.
Недостатки алкидных смол
Нестойки к воздействию щелочей и кислот.
Охрупчивание, пожелтение покрытий и потеря блеска при эксплуатации покрытий.
Время полного высыхания – более 7 дней.
Алкидные смолы классифицируют по содержанию жирных кислот или масла:
Менее 40% масла – тощие алкиды, растворяются только в ароматических растворителях.
40-60% – алкиды средней жирности, растворяются в смеси алифатических и ароматических растворителей.
60% и выше – жирные алкидные смолы, растворяются в алифатических и в ароматических растворителях.
Окислительная сушка – химическая реакция сшивания остатков жирных кислот кислородом воздуха. В результате окислительной сушки образуются обширные сетчатые структуры через кислородные мостики (рис.2).
Рисунок 2. «Сшитые структуры алкидной смолы через кислородные мостики».
Для ускорения сушки используют сиккативы. Сиккативы – катализаторы, состоящие из органических солей металлов с различной степенью окисления. Распространены соли циркония, кобальта, марганца, свинца. Хрупкость и пожелтение покрытий на основе алкидных смол происходит в результате реакций разложения на кислородных мостиках, что приводит к частичному разрушению сетчатой структуры.
Жирные алкидные смолы высыхают путем окислительной полимеризации и физической сушки (испарение растворителя). При увеличении содержания масла повышается текучесть ЛКМ, эластичность покрытия, смачиваемость пигментов и подложки, снижается скорость начального отверждения, увеличивается жизнеспособность краски и степень сшивки покрытия. Область применения таких смол – строительные краски. Для строительных красок определяющими параметрами считается стойкость к выцветанию и атмосферостойкость. Такие свойства получают на основе подсолнечного, талового и соевого масел. Жирные алкидные смолы на основе соевого масла используются как основа для декоративных красок. Льняное масло в составе алкида приводит к быстрому высыханию покрытия. Однако такие покрытия склонны к сильному пожелтению из-за 50-70% содержания линолевой кислоты, поэтому используются в антикоррозионных грунтовках (под эмаль), выравнивающих составах и печатных красках.
Продолжительная жизнеспособность ЛКМ на основе жирных алкидных смол становится недостатком, когда требуется быстрое отверждение покрытия до подсохшего слоя. Поэтому процентное содержание масла снижают и увеличивают полиэфирную часть. Однако сокращение содержания масла отрицательно влияет на эффективность пленкообразования из-за сокращением количества двойных связей.
Алкиды средней жирности и тощие алкиды используются в промышленных покрытиях для окраски сельскохозяйственных машин и бытовой техники, для ремонта автомобилей, радиаторов и для грунтовок и праймеров.
Взаимодействие среднежирных и тощих алкидов с отвердителем повышает эффективность пленкообразования. В качестве отвердителя используют меламиновые, карбамидные, бензогуанаминовые смолы и полиизоцианаты. Лакокрасочные материалы такого состава называют термореактивными.
Алкидные смолы средней жирности и тощие комбинируют с меламиновыми и карбамидными смолами для покраски рулонного металла и консервной тары. Покрытия характеризуются оптимальным балансом эластичности и твердости, стойки к выцветанию и атмосферным воздействиям.
Если при отверждении полиизоцианатами используют алифатический гексаметилендиизцианат и циклоалифатический изофорондиизоцианат, то в результате получают атмосферостойкие покрытия. В покрытиях для древесины используют ароматические изоцианаты, такие покрытия обладают повышенной твердостью, но не атмосферостойки.
Модифицированные алкидные смолы
Алкидные составы
В лакокрасочной промышленности используется разного рода материал. В том числе алкидные смолы и карбамиды. Как первые, так и вторые являются важной составляющей лакокрасочной промышленности, поэтому рассмотрим, как первые составляющие красок и лаков, так и вторые.
Алкидные смолы
Алкиды применяются для того, чтобы образовывалась пленка на лаках и красках. Особенно это важно, когда создаются алкидные лаки. Сутью можно назвать многоатомные спирты. Их эфиры служат основой, которая становится краеугольным камнем кислоты и ее ангидридов. Благодаря растительным маслам, которые были модифицированы, то есть стали фталевыми, возможно появление многоосновных кислот.
Выделяют три вида алкидов, которые подразделяются в зависимости от спирта:
По своей природе алкиды тоже делятся на ряд видов.
Рассмотрим пять самых распространенных:
Делятся алкиды и по характеру высушивания. Они бывают:
По способу исчезания в другом веществе выделяют те, что могут раствориться, которые поглощаются органическими растворителями, можно разбавлять их, и те, что не могут раствориться в веществах на водной основе, также есть те, что в воде растворяются.
Выделяют алкиды по виду содержания масла.
Поэтому делятся они на жирные, которые содержат более шестидесяти процентов растительного масла, полужирные или средние, они содержат от сорока пяти до пятидесяти девяти процентов масла, а также нежирные или тощие, которые содержат всего от тридцати трех до сорока четырех процентов масла. Используется первый вид алкидов на высыхающих красках, тогда как последние на тех, что высохли наполовину.
Больше всего применяют частицы, образующие пленочное покрытие, которые являются алкидами, также речь идет об измененных жирах растительного происхождения, их кислот на основе жиров, искусственно выполненных кислотах, собирании воедино алкидов совместно со смолами, обладающих многими конденсатами, а также с полимеризационными, а еще речь идет о бумажной составляющей, ее нитрате.
Сюда относится целый ряд смол. Мы говорим об алкидонокарбамидоформальдегидных, алкидномеламиноформальдегидных, фенолоалкидных, алкидноэпоксидных, алкиднополиорганиосилоксановых, уралкидных. Также речь идет об алкидностирольных, алкидноакриловых сополимерах, нитроглифталевых и нитропентафталевых пленкообразующих.
Все смолы на алкидной основе имеют в своем составе повышенную стойкость к природным явлениям, воде, щелочи. Они быстро и легко поддаются высыханию, образуя полимерные соединения.
Применяются алкиды для производства лаков и красок, например, эмали для покраски автомобилей, высокого качества.
Лак на основе алкидов выглядит как раствор глифталевой, пентафталевой и этрифталевой смолы, которая растворена в органическом материале.
Выделяют два вида лаков:
Выделяют материалы красок и лаков, которые содержат пигменты, выполненные из алкидных смол. Речь идет об:
Способы получения алкидных красок
Эти виды алкидов совмещают вместе с суспензией. В итоге получаются пигменты, наполняющие красочный материал. Обычно они используются при создании полуфабрикатов лаков. Для получения такой смеси применяют диспергированные пигменты, которые погружают в пленкообразующие алкиды, находящиеся в песочной мельнице или бисерной емкости.
Диссольвер
В этом случае смесители или диссольверы выделяют лаки, которые поступают из мерного сосуда, минуя дозатор, то есть растворитель или пигменты. Затем прямо из бункера идет перемешивание до однородной массы, поступающей с использованием насосного оборудования в собирающую емкость, объединяющий все жидкие потоки в один, потом они идут к бисерной мельнице, где происходит диспергирование.
После всего этого процесса можно использовать пигментную пасту, которая требуется определенной пигментности. Дисперсность, когда достигается, движется к смесителю, который содержит эмаль, туда подается растворитель и лакокрасочный материал. Также к этой смеси добавляется подколеровочная паста. Она нужна для того, чтобы подобрать цвет. Когда происходит перемешивание и типизация, то появляется эмаль нужного цвета и качества, которая заливается в подготовленную заранее тару.
Машина для замешивания
Для получения эмали периодическим путем используют замесочную машину. Ее нужно загрузить, подавая лак дозатором. Потом контейнер предлагает пигмент определенного цвета, который попадает через воронку, находящуюся в бункере. Воспользоваться также нужно шнеком и питателем. Так наполнители попадают в краску. Когда проходит процесс перемешивания, то важно получить однородную массу. В этом случае все, что получилось, нужно выложить в дежу.
После этого процесса содержимое отправляется на перетирку, которая происходит в трехволковой краскотерочной машине. Когда масса вся перетерлась уже, то ее нужно выгрузить из дежи и загрузить в смеситель. Там достигается нужный цвет, вязкость, количество летучих веществ. Затем эмаль проходит через одноволковую машину по перетирке краски, где используется брус, чтобы произвести фильтрацию. После этого процесса содержимое, то есть краска или лак распределяются по таре.
Свойства алкидных материалов
Все положительные характеристики связаны с тем, каков состав лака или эмали. Важно учесть, какие внутри свойства, речь идет и лакокрасочных материалах. Если это подсохшие алкиды, которые имеют низкую или высокую температуру сушки, то их можно использовать, как самостоятельное вещество для появления пленки на поверхности при создании лаков и краски. Речь идет и о массе самых разных смол. Если же это невысыхающие алкиды, то они используются только вместе с карбамидом. Еще пользуются целлюлозными нитратами, которые повышают возможность склеивания между металлом и покрытием.
Какая у смолистого вещества жировая характеристика, такой же будет вязкая, легкость нанесения краски или лака. Жировое свойство и совместимость материала с масляным материалом. С ней связан процесс высушивания, затвердения, появления блестящих частиц, выстаивания, работы составляющих материала, которые могут быть самыми разными. Речь идет о противостоянии к природным явлениям, еще о других характеристиках лакокрасочного материала.
Если же жировое наполнение у алкидов меньше пятидесяти процентов, то она легко растворится в углеводородной, кетоновой массе, эфирном спирте.
Когда жира становится больше, то жидкость становится более вязкой, в спирте при этом вещество легко растворяется. С разными жировыми веществами отличная компания. Пигменты легко входят и перемешиваются с красками. Так она становится эластичней и устойчивой к атмосферным явлениям. Правда, у жирных смол, входящих в лакокрасочные материалы, низкая высыхаемость, твердость, поэтому краску или лак можно легко смазать, если не прошло еще достаточно времени.
Лучше всего высыхает лак или краска, которые выполнены с применением алкидов, являющейся измененным веществом жирных частиц, в частности льна, либо их совместимостью с тунговым маслом. Хотя при добавлении этих жиров твердое вещество и устойчивость ухудшаются, но замедляется процесс продвижения к износу.
Лучше выбирать пентафталевые красочные материалы, так как глифталевые, которые обычно идут жирнее, при холодном просушивании не перетвердевают, а значит, не трескается поверхность, которая была ими покрыта. Зато они быстро сохнут, а также больше устойчивы к воде.
Благодаря модифицированным алкидным лакокрасочным материалам можно получить декоративно оформленные и защищенные от воздействия окружающей среды поверхности. Алкиды способствуют тому, что эмаль приобретает повышенное свойство затвердевания. Используются они как внутри, так и снаружи. Причем время эксплуатации достаточно длительное.
Карбамидные лакокрасочные материалы
Карбамидные, а также меламиноформальдегидные вещества, которые образуют смолы, сами по себе не используются. Есть возможность образовать пленочное покрытие, которое будут иметь лаки и краски. Когда продукт поддается бутанолизации, то происходит объединение карбамидной и меламиновой смолы совместно с формальдегидом. Все это растворяется в углеводородах. Материал, который получается, не образует пленки, очень хрупок, с металлом адгезия очень слабая.
Когда совмещаются вмести аминоальдегидные и алкидные смолы, то от вышеперечисленных недостатков можно избавиться. Поэтому для получения лака, эмали, грунтовки и шпатлевки используют смолы, а также смесь ксилольную совместно с карбамидоформальдегидным раствором.
Как мы выяснили, существует два вида лакокрасочных материалов. Во-первых, скажем о тех, что основаны на меламиноформальдегидных лакокрасочных материалах, а во-вторых, на карбамидоформальдегидных. В первом случае возможно улучшенное декоративное воздействие, а также защитные свойства от атмосферных воздействий. Можно выделить до пятнадцати марок эмали, которая применяется, чтобы окрашивать машины, мотоциклы, велосипеды, станки и так далее.
Технология для получения карбамидных смол следующая. Во-первых, перемешиваются карбамид и формалин, который предварительно следовало бы нейтрализовать водой на основе аммиака. Нагревать не следует. Важно довести до полного растворения. Во-вторых, раствор нужно высушить. Этот процесс проходит в вакууме. Теперь понятно, как получается краска, лак, различные эмали и так далее. Необходимо растворить карбамидоформальдегидную смолу вместе с раствором ксилола, совместно с алкидами, затем нужно провести типизацию полученного лака.
Таблица. Состав алкидной эмали белого цвета для ремонтной окраски автомобилей/
| № | Компонент | Массовая доля cухого ещества, % | Плотность, Г/мл | Массовое cодержание, % |
|---|---|---|---|---|
| Пигментная паста | ||||
| 1 | Алкидная смола с содержанием жирных кислот 50% | |||
| (55%-ный раствор в смеси бензин / ксилол / бутанол: 89/9/2 13,34 | 1,2 | 24,25 | ||
| 2 | Диоксид титана (рутил) | 26,70 | 4,1 | 26,70 |
| 3 | Агент смачивания (5% Са) | — | — | 0,65 |
| 4 | Ксилол | — | — | 2,40 |
| Пленкообразующая система | ||||
| 5 | Алкидная смола с содержанием жирных кислот 50% (55%-ный раствор в смеси | |||
| Бензин / ксилол / бутанол: 89/9/2 | 20,02 | 1,2 | 36,40 | |
| 6 | Алкилфенольная смола (50%-ный раствор в ксилоле) | 0,35 | 1,2 | 0,70 |
| 7 | Кобальтовый сиккатив (6% Со) | — | — | 0,25 |
| 8 | Циркониевый сиккатив (12% 1г) | — | — | 0,70 |
| 9 | Силиконовое масло (1%-ный раствор в ксилоле) | — | — | 1,00 |
| 10 | Метилэтилкетоксим | — | — | 0,30 |
| 11 | Дипентен | — | — | 0,70 |
| 12 | Сольвент-нафта | — | — | 0,95 |
| 13 | Ксилол | — | — | 5,00 |
| Итого: | 60,41 | — | 100,0 |
материалы по теме
Из чего состоит краска
С давних времён человечество пользовалось красками, как для эстетического удовольствия, так и для практических нужд. При чём, во втором случае также есть элемент эстетики, поскольку окрашенные поверхности стен или предметов выглядели очень красиво, о практичности можно даже и не говорить. Краски и другие лакокрасочные материалы были верными спутниками человечества. Они шагали в ногу со временем, становясь всё лучше по качеству и сложнее по структуре.
Краски для фасада
Внешний облик фасада здания значительно влияет на его восприятие. Самый простой способ придать новый вид старому дому или завершить строительство новой постройки – отделать фасад краской. Качественная краска играет не только декоративную роль, она защищает обработанную ею стену от внешних воздействий. Фасадные краски изготовлены как раз для наружной облицовки, так что можно быть уверенным в их долговечности и стойкости.
Краски с эффектом шелка
Что объединяло интерьеры дворцов падишахов и русских императоров? Чем богатые вельможи стремились подчеркнуть свой достаток и высокое положение?