Полиэфирные (алкидные) смолы
Широкое применение в производстве лаков приобрели так называемые полиэфирные (алкидные) смолы, получаемые взаимодействием многоатомных спиртов (глицерин, пентаэрит - рит и др.) и многоосновных кислот (малеиновая, фталевая и
Др.).
Лаковые пленки на основе полиэфирных смол атмосферо - и светоустойчивы, обладают хорошей эластичностью и блеском и хорошо прилипают к поверхности металла.
Недостатками этих пленок являются медленное высыхание на воздухе, слабая устойчивость к действию кислот и щелочей и относительно малая водостойкость. Однако эти недостатки почти исчезают, если изделия, покрытые лаком на основе полиэфирных смол, подвергнуть горячей сушке.
Глифталевые смолы — наиболее распространенные из группы полиэфирных смол. Чистые глифталевые смолы, получаемые взаимодействием глицерина с фталевой кислотой или фтале - вым ангидридом, плохо растворяются в маслах и растворителях, применяемых в производстве лаков, и при изготовлении могут легко переходить в студнеобразное состояние (желатинироваться). Для устранения указанных недостатков и улучшения свойств глифталевых смол в их состав, кроме глицерина и фталевого ангидрида, вводят жирные кислоты растительных масел или смесь жирных и смоляных кислот. Введение в состав глифталевых смол жирных кислот называется модифика-. цией и получаемые при этом смолы называются модифицированными.
Модификацию смолы осуществляют двумя способами:
1) в состав смолы вводят жирные кислоты, полученные путем. предварительного. расщепления растительных масел, и 2) в состав смолы вводят нерасщепленные масла.
По первому способу процесс протекает быстрее, легко контролируется и продукт получается более стандартным. Недостатком способа является необходимость организации вспомогательных цехов по расщеплению масел для получения жирных кислот.
При модификации глифталевых смол нерасщепленными маслами технологический процесс труднее поддается контролю и получаемый продукт менее однороден по составу и качеству.
Свойства модифицированных глифталевых смол в большой степени зависят от химического состава жирных кислот, вводимых 1В ЭТИ СМОЛЫ. При введении, например, ЖИр. НЫХ :КИСЛОГ высыхающих масел '(льняного, древесного) получают смолы, на основе. которьгх 'Изготовляют хорошо высыхающие на воздухе лаки, образующие эластичные и атмосфероустойчивые (пленки. Если вводят жирные кислоты полувысыхающих и невысыхающих масел (подсолнечного, хлопкового), получают смолы, используемые только для приготовления лаков горячей сушки. При введении в глифталевые смолы жирных кислот касторового масла образуются емолы, применяемые в производстве нитро- целлюлозных лаков.
Глифталевые смолы, модифицированные жирными кислотами. касторового масла, называются резилозыми смолами.
На свойства глифталевых смол влияет также количество вводимых в их состав жирных кислот. При введении жирных кислот до 30% получаются хрупкие смолы, растворимые в ароматических углеводородах. Такие смолы называют тощими.
Смолы, содержащие от 30 до 40% жирных кислот (средние), менее хрупки и растворяются в смеси ароматических и бензиновых углеводородов.
Смолы с содержанием 50% и более жирных кислот (жирные)— мягки и эластичны и хорошо растворяются в бензиновых углеводородах.
Как (видно из табл. 3, для (Приготовления глифталевых смол можно применять смеси жирных кислот высыхающих (льняного, древесного) и полувысыхающих масел'(подсолнечного, хлопкового, соевого). Частичная замена жирных кислот высыхающих ма-
Таблица 3 Рецептуры глифталевых смол, модифицированных жирными кислотами и маслами (% вес.)
|
Сел жирными (кислотами полувысыхающих масел (не снижает качества смол и не ухудшает свойств »получаемых на. их основе лаковых пленок.
Если в состав глифталевых смол входит 50% '(и более) жирных кислот высыхающих масел (льняного, периллового), то часть их (до 20%) можно заменить жирными кислотами полувысыхающих масел (подсолнечного, хлопкового).
При содержании в смолах около 40% жирных кислот высыхающих масел половину их можно заменить жирными кислотами полувысыхающих масел; в смолах, содержащих менее 30% жирных кислот высыхающих масел, последние можно целиком заменить жирными »кислотами полувысыхающих масел.
Для изготовления грунтовки на глифталевых лаках применяют смолы с высоким содержанием жирных кислот (жирные смолы), а для изготовления шпаклевок — смолы с более низким содержанием жирных кислот (тощие смолы).
Глифталевые смолы нашли широкое применение при изготовлении глифталевых лаков и эмалевых красок холодной и горячей сушки, а также при изготовлении нитролаков и нитрокрасок.
Пленки, полученные из лаков на основе глифталевых смол, обладают хорошей твердостью, эластичностью и не размягчаются.
Приготовление глифталевых смол, модифицированных жирными кислотами. В аппарат, снабженный мешалкой и термометром, загружают глицерин и жирные кислоты в количествах, соответствующих рецептуре, и нагревают до 110—120 . Включают мешалку и загружают отдельными порциями фталевый ангидрид. По окончании загрузки температуру постепенно повышают до 160—170°, выдерживают ее 40—60 мин. и затем повышают до,220°. Постепенная загрузка фталевого ангидрида и постепенное повышение температуры предусмотрены для того, чтобы вода, образующаяся в результате взаимодействия фталевого ангидрида и жирных кислот с глицерином, выделялась постепенно. При одновременной загрузке всего количества фталевого ангидрида и быстром повышении температуры происходит бурное пенообразование и выброс реакционной смеси из аппарата. Ход процесса контролируют по кислотному числу, установленному для каждого сорта смолы. Далее температуру повышают до 250° и проводят так называемую уварку смолы (реакции конденсации и полимеризации). Этот процесс контролируют по изменению вязкости и растворимости продукта в бензоле. Продолжительность уварки колеблется в зависимости от природы использованных, жирных кислот. При применении жирных кислот древесного или льняного масел процесс уварки заканчивается быстрее, чем при применении жирных кислот подсолнечного и хлопкового масел, но в этом случае часто происходит желатинизация смолы.
Приготовление глифталевых смол, модифицированных нерас- щепленными маслами, состоит из трех стадий:
>1) нагревание масла «с глицерином (реакция шереэтери- фикации);
2) введение фталевого ангидрида (реакция этерификации);
3) уплотнение (уварка) смолы.
Процесс получения глифталевой смолы заключается в следующем.
В чистый котел, снабженный пропеллерной мешалкой, термометром, отводной трубой для удаления летучих продуктов и трубой для подачи углекислого газа, загружают 365 кг льняного масла, 126 кг глицерина (94%-ного) и 84 кг мелко раздробленной канифоли. Котел нагревают и после того, как вся масса в нем расплавится и температура достигнет 150°, включают мешалку и нагрев продолжают до 250°. При этой температуре и непрерывном перемешивании реакционную смесь выдерживают до окончания реакции переэтерификации. Для определения конца реакции через каждые 15—20 мин. отбирают в шробирку пробу сплава, охлаждают его до комнатной температуры, прибавляют в десять раз большее (по объему) количество этилового спирта-ректификата и взбалтывают. Если переэтерификация закончилась, сплав полностью растворяется. Контроль окончания реакции переэтерификации имеет большое значение для дальнейшего проведения процесса. Если реакция переэтерификации не закончена, реакционная смесь содержит большие количества свободного глицерина и неизмененного
Масла. При прибавлении фталевого ангидрида происходит соединение его со свободным глицерином и образование ^модифицированной («чистой») глицерофталатной смолы, нерастворимой в неизмененном масле. Содержимое котла при этом свертывается.
После окончания переэтерификации, что обычно происходит через 1—1,5 часа, котел охлаждают до ‘180—'200° и прибавляют небольшими 1пор1циями при непрерывном перемешивании 227 кг фталевого ангидрида. Затем содержимое «котла нагревают до 255—260° и «уваривают» массу до установленной вязкости. После этого нагревание прекращают. Вязкость смоляной основы контролируют наиболее распространенным на заводах лакокрасочной промышленности методом «пузырька воздуха».
Следует учитывать, что при охлаждении сплава вязкость несколько повышается, поэтому топку нужно гасить, не доводя вязкость данной смолы до нормы, установленной в регламенте.
Пентафталевые смолы применяют в производстве лаков и красок благодаря их ценным свойствам. Лаки на основе пента - фталевых смол дают твердые, блестящие, атмосферостойкие и высыхающие на холоду пленки.
Приготовление пентафталевой смолы. В кот^л (подобный принятому для получения глифталевых смол) загружают 93 кг льняного масла, 0,9 кг резината кальция, 0,5 кг линолеата свинца и нагревают $,ту смесь до 120°. Затем включают мешалку и повышают температуру до 230°, после чего постепенно з течение часа вводят 14 кг пентаэритрита. В результате загрузки пентаэритрита температура в котле снижается до 200° и при 200—210° происходит реакция переэтерификации. (Конец реакции определяют по растворимости реакционной смеси (пере - этерификата) в этиловом спирте-ректификате. Соотношение переэтерификата и этилового спирта по объему составляет 1:1.
По окончании переэтерификации в течение 45—60 мин. небольшими порциями загружают 26,5 кг фталевого ангидрида, после чего температуру повышают до 250° и смолу «уваривают» до 40%-ной вязкости, которую проверяют по методу «пузырька воздуха».
Полученную пентафталевую смолу растворяют в смеси, состоящей из 55 кг уайт-спирита и 45 кг сольвент-нафты. Во избежание потемнения смолы (вследствие окисления ее кислородом воздуха) процесс получения пентафталевой смолы необходимо вести в атмосфере углекислого газа. Чтобы расплавленный пентаэритрит не осел на дно котла, необходимо смолу тщательно перемешивать.
Для получения полиэфирных смол применяют аппараты из нержавеющей стали с вогнутыми или выпуклыми днищами. Вогнутые днища обеспечивают более хорошее перемешивание, более полную выгрузку и равномерный обогрев.
Пентоли. Для замены тунгового м>асл>а в производстве лаков и красок применяю^ продукты, получаемые при нагревании пентазритрита и жирных. кислот или. пентаэритрита и растительного масша. Эти продукты называются ’ лентолями.
/По первому способу в аппарат загружают 91,5 кг жирных кислот и 13,5 кг пентаэритрита, нагревают смесь до температуры 180—210° в токе углекислого газа и при тщательном перемешивании выдерживают 12—14 час. Затем температуру повышают до 250° и выдерживают массу при этой температуре до получения требуемой вязкости.
Готовность смолы определяют по кислотному числу, которое не должно превышать 7—10 мг КОН; по вязкости смола должна быть не ниже 10—15 сек. по воронке НИИ Л К при 20°.
Получение пентолей по методу переэтерификации масла заключается в следующем. В аппарат загружают 91,6 кг масла (хлопкового), нагревают его, до 100—120° и выдерживают, пока не прекратится вспенивание. Затем температуру повышают до 180°, прибавляют порциями 80 г извести-пушонки и медленно (в течение 3 час.) повышают температуру до 225°, после чего загружают - порциями 13,9 кг пентаэритрита. По окончании загрузки пентаэритрита повышают температуру до 240—250° и проводят переэтерификацию до полной прозрачности загруженного масла и растворимости его в спирте. Далее при 280— 295° проводят уварку продукта до вязкости 8—10 мин. по воронке НИИЛК. По окончании уварки продукт охлаждают до 170° и прибавляют 15 кг жидкого сиккатива и 45 кг растворителя. Полученный продукт применяют в качестве заменителя тунгового масла для приготовления тертых красок.
Алкидно-фенольные смолы получіаются іпріи сочетании модифицированных глиф, талевых смол со стопроцентными феноло - формальдегидными смолами.
Лаки, полученные на основе таких продуктов, хорошо и быстро высыхают на воздухе. От пыли эти лаки высыхают в течение 15—30 мин., а полностью через 3—4 часа. При горячей сушке (70—100°) они полностью высыхают в течение 40— 60 мин. Пленки таких лаков стойки к действию бензина, минерального масла и спирта, на свету слегка желтеют.