Канифоль (гарпиус)
Канифоль (!гар1пиус) то «своему распространению в промышленности и разнообразию применения занимает среди естественных смол - первое место. Добывается канифоль из смолы различных ХВОЙНЫХ деревьев (1СОСНЫ, ели, пихты) (ПОДСОЧНЫМ или экстракционным способом.
При получении канифоли подсочным методом у дерева перерезают кору и несколько сло'ев древесины, после чего из разрезов начинает сочиться бесцветная, пахучая, липкая жидкость, называемая живицей или терпентином. На воздухе живица затвердевает. Затвердевший продукт называется серой или серкой.
При нагревании живицы выделяется скипидар, который собирается в специальные приемники. После отгонки скипидара в аппарате остается хрупкая стекловидная смола — канифоль. На качество получаемой канифоли оказывают влияние способ подсочки, время сбора живицы и режим отгонки скипидара.
Получение канифоли экстракционным способом заключается в следующем. Сосновые пни измельчают в щепу, которую помещают, в особые экстракционные аппараты и обрабатывают бензином. Бензин извлекает из щепы канифоль и скипидар. После отгонки бензина и скипидара получают канифоль. Экстракционная канифоль мягче (подсочной, так как <в ней остает - £я некоторое количество растворителя.
,Канифоль широко применяется в производстве лаков, в мыловарении, в бумажной и друиил отраслях промышленности.
По химическому составу канифоль представляет собой смесь смоляных кислот (абиетиновых и лимаровых) и поэтому имеет высокое кислотное число — от 150 до 180 мг КОН[2]; йодное число канифоли также высокое—-от 170 до 004 г иода, что указывает на присутствие соединений, способных легко окисляться и менять свои свойства дод действием кислорода воздуха.
Температура размягчения канифоли 65—75°. При нагревании выше 200° канифоль легко разлагается с выделением так называемых канифольных масел.
Канифоль нерастворима в воде, хорошо растворяется в щелочах, этиловом спирте, эфире, бензоле, петролейном эфире, ацетоне, скипидаре, маслах и других растворителях.
При оценке качества канифоли главное внимание обращают на цвет и прозрачность, которые зависят от методов ее получения и переработки. Чем светлее канифоль, тем выше ее качество. Масляные лаки, изготовленные на канифоли очень темных »цветов, отличаются замедленным высыханием. При хранении канифоли на воздухе, особенно в виде порошка, она окисляется. При этом' вес е*е увеличивается, кислотное и йодное число понижается, растворимость в петролейном эфире падает. Канифоль в чистом виде, вследствие высокого кислотного числа и сравнительно низкой температуры размягчения, мало применяется в лаках. Пленки чистой канифоли отличаются хрупкостью и липкостью. Кроме того, высокое кислотное число канифольных лаков исключает возможность применения их в эмалевых красках, так как некоторые пигменты способны вступать в соединение с кислотами канифоли с образованием мыл, что приводит к загустеванию красок. Для снижения кислотности канифоль подвергают специальной обработке, в результате которой получают эфиры канифоли и различные соли (резинаты кальция, цинка и др.).
Глицериновый эфир канифоли (эфир гарпиуса). Как уже было указано выше, канифоль содержит в основном смоляные кислоты, главным образом абиетиновую кислоту. При обработке канифоли в определенных условиях спиртами (метиловый спирт, глицерин, пентаэритрит) образуются сложные эфиры.
(Наибольшее. применение в производстве лаков нашел глицериновый эфир канифоли, образующийся в результате соединения кислот канифоли с глицерином. При этом кислотное число резко падает. Кислотное число глицеринового эфира хорошего качества, не должно превышать 15—30 мг КОН.
Для получения эфира обычно применяют глицерин с содержанием воды не выше 10%. Однако более целесообразно применять глицерин с содержанием воды, не выше 6%, так как
С увеличением 'Содержания ВОДЫ |В ГЛйЦ6р1ЙК6 уДЛИНЯСТ'СЯ алрО
Цесс (получения эфира и увеличаются его потери. Расчет. ведется на 100%-ный глицерин, поэтому при применении 94%-ного глицерина его следует, с учетом воды, взять не 100 кг, а соответственно больше: 106,4 кг. Обычно при получении эфи
Ра канифоли берется избыток глицерина от 1 до 2%: на 100 кг канифоли вместо необходимых по теоретическому расчету 9,5—
10 кг берут 11—12 кг глицерина.
Процесс получения эфира ведут следующим образом. Канифоль загружают в аппарат, снабженный обратным холодильником (для улавливания паров глицерина), и нагревают до 200—225° до тех пор, пока она не расплавится. Затем добавляют постепенно глицерин и повышают температуру в аппарате до 270—280°. Через каждые »полчаса берут пробу. Готовность продукта проверяют путем определения кислотности эфира канифоли. *
По окончании процесса получения эфира канифоли температуру в аппарате повышают до 305° для удаления свободного глицерина, оказывающего вредное влияние, на качество пленки лака (понижается водостойкость). По достижении указанной температуры нагревание прекращают и берут пробу эфира для определения кислотного числа. Если кислотное числд выше 20—25 мг КОН, прибавляют новую порцию глицерина (б— 10% от первоначальной загрузки) и нагревают до 300°. Затем нагрев прекращают и снова проверяют кислотность.
Когда кислотное число становится равным 15 мг КОН, аппарат охлаждают и при 200—220° полученный эфир сливают в стальные противни. Для снижения кислотного числа иногда к эфиру прибавляют 0,5—1%) гашеной извести при температуре процесса 220—240°. При такой обработке снижается кислотное число и повышается температура размягчения эфира канифоли.
Эфир канифоли широко применяется для приготовления различных лаков; он хорошо растворяется в. масле, скипидаре, бензине, оольвент-нафте и других растворителях. Температура размягчения глицеринового эфира канифоли мало отличается от температуры размягчения исходной канифоли и превышает ее только на 2—5°.
Длительность процесса получения эфира (этерификации) •сильно отражается на (цвете и выходе получаемого продукта"
Ч&т продолжительнее процесс, тем темнее получаемый эфир и г. ем больше угар. Часто для получения более светлых эфиров канифоли и для предохранения 1кан. ифоли от окисления через аппарат во время реакции пропускают углекислый газ.
Пентаэритритовый эфир канифоли. Для приготовления ла - шв применяют пентаэритритовый эфир канифоли, получаемый нагреванием канифоли с пентаэритритом.
1'00 кг - канифоли нагревают до 160—170°, затем прибавляют
II —1:2 кг пентаэритрита и при постоянном помешивании постепенно повышают температуру до 260—(280°; смесь выдерживают при этой температуре 7—8 час.; приготовление эфира аедут в токе углекислого газа. Конец процесса образования эфира контролируют определением кислотного числа, которое должно быть не выше 15 мг КОН. Готовый сплав выливают в противни. Пентаэритритовый эфир - канифоли — прозрачная, блестящая смола с температурой размягчения 90—100°; она растворяется на холоду в этилацетате, а при нагревании — в маслах и уайт-спирите.
Продукты взаимодействия канифоли и малеинового ангидрида. Для повышения твердости и блеска лаковых пленок применяют продукты взаимодействия канифоли или ее эфиров и малеинового ангидрида.
•100 кг канифоли нагревают в аппарате до 150° и добавляют при помешивании 3,5 кг малеинового ангидрида. Эту температуру поддерживают в течение Г,5—3 час. при периодическом перемешивании. В зависимости от соотношения исход - мых материалов получаются продукты с различным кислотным числом (от 20 до 110 мг КОН), с различной растворимостью в ширте и эфирах и! с тем, пар ату р-ой плавления до 100°.
Эти смолы нашли применение в производстве спиртовых паков и в лаках на эфирах целлюлозы.
Резинат кальция. Для понижения (Кислотного числа и для повышения температуры размягчения канифоль подвергают обработке известью Са(ОН)2.
При этом абиетиновая кислота, входящая в состав канифоли, реагирует с кальцием, образуя кальциевую соль абиетиновой кислоты, называемую в технике резинатом кальция.
Качество получаемого резината зависит от качества канифоли, качества и количества гашеной извести, а также от условий проведения процесса. Теоретически, если исходить из среднего кислотного числа канифоли 160—165 мг КОН, для полной нейтрализации требуется 10,5—11% гашеной извести; практически удается ввести не более 7—8,5% извести. Наилучшая температура сплавления канифоли с известью 230—240е. Основная реакция при этой температуре проходит за первые полчаса после загрузки извести. Длительное нагревание ведет ■к повышению угара.
При прибавлении извести в количестве более 8,5% часто наблюдается свертывание сплава; при 7,5% и менее случаи свертывания наблюдаются редко и при энергичном размешивании свернувшиеся куски сплава растворяются. Основными причинами свертывания оплата являются: 1) быстрая или одновременная засыпка извести; ,2) слабое перемешивание «массы; 3) быстрое повышение или падение температуры; 4) качество извести (известь, содержащая много магниевых облей, медленно вступает в реакцию и сплав при повышении температуры свертывается).
Резинат кальция 'получают , в переносных или вмазанных котлах. 100 кг канифоли (расплавляют и три 150° и (перемешивании постепенно прибавляют 7,5 кг гашеной извести (.пушонки). Затем температуру (повышают до 240° и выдерживают не менее получаса. По окончании реакции (1капля на стекле прозрачная) нагрев прекращают, дают сплаву остынуть и при 160— 160° выливают его на противни. - Кальциевый резинат имеет большое применение в лакокрасочной технике при приготовлении дешевых лаков для неответственных покрасок.
Температура размягчения резината кальция 135—145°, т. е. значительно выше, чем чистой канифоли. Кислотное чирло резината 60—75 мг КОН, поэтому лаки, приготовленные на резинате кальция, загустевают медленнее, чем канифольные лаки.
Резинат кальция не стоек к воде; пр, и действии воды на пленку лака, изготовленного на резинате, образуются белые пятна вследствие разложения резината. Поэтому для наружных покрасок лаки на резинате кальция мало пригодны. Резинат кальция хорошо растворяется в нагретом масле и плохо растворяется в спирте.
Резинат цинка получают сплавлением канифоли с окисью цинка (цинковые белила) при 180—200°. Окись цинка берут в количестве не более 6% от веса канифоли, предварительно ее хорошо высушивают и растирают с льняным маслом. Сплав свертывается в густую массу, которую охлаждают, размалывают и употребляют в виде порошка, растворяющегося в 'льняном масле. Резинат цинка обладает большей твердостью и водостойкостью, чем резинат кальция.
Цинковый резинат получают также в жидком виде в растворе уайт-спирита или сольдент-нафты. Для этого в котел загружают 90 кг канифоли и 90 кг растворителя (сольвент - нафта, уайт-спирит) и нагревают до 110—120° до полного растворения канифоли; включают мешалку и порциями загружают
В,1 кг окиси цинка. Нагревание ;при 120—125° ведут при непрерывном размешивании, пока 1кашля на стекле не получится прозрачной. Полученный раствор цинкового резината прибавляют к лакам.