Alkidne smole zavzemajo eno od vodilnih mest kot surovina za proizvodnjo sodobnih barv in lakov. Sestavki, ki tvorijo filme, ki temeljijo na njih, imajo širok spekter uporabe. Lastnosti premaza so odvisne od vrste smol in polizdelkov lakov. Najbolj razširjene so modificirane kompozicije, saj imajo visoke dekorativne in zaščitne lastnosti.
Opis
Alkidne smole (ali alkidi) so estri, ki nastanejo pri reakciji polihidričnih alkoholov z večbazičnimi kislinami ali njihovimi anhidridi. Na videz so zelo viskozna lepljiva masa, katere barva je od temno rumene do rjave.
Alkide kombiniramo tudi z drugimi smolami in celulozo (alkid-sečnina-formaldehid, fenol-alkidni, alkidno-akrilni kopolimeri in druge spojine). Za zmanjšanje površinske napetosti je njihovi sestavi dodan butil alkohol, ki olajša prelivanje končnega izdelka.
Kemična sestava in razvrstitev
Alkidne smole so sistematizirane po več kriterijih:
- Zaradi prisotnosti maščobnih kislin v sestavi: nemodificiran (ftalat) in modificiran.
-
Po vsebnosti olja: maščobno (>60%), srednje maščobno (40-60%), pusto (35-60%), ekstra pusto (<34%). Maščobne alkide pripravljamo predvsem s sušilnimi olji.
- Glede na vrsto alkohola, na osnovi katerega se pridobiva sestava: gliftalni, ksiftalni, pentaftalni, etriftalni.
- Po možnosti sušenja: sušenje in nesušenje.
- Po metodi raztapljanja: razredčeno z organskimi topili ali vodo.
Kemična sestava alkidne smole je 40-60% raztopina nehlapnih snovi v organskih topilih.
Funkcije
Lastnosti alkidov so odvisne od vrste polihidričnega alkohola, njegove koncentracije in prisotnosti drugih sestavin. Aromatične komponente dajejo premazom na osnovi teh spojin trdoto in odpornost proti obrabi, alifatski polioli - elastičnost, cikloalifatske strukturne enote - ravnotežje lastnosti.
Za raztopine alkidne smole so značilni naslednji parametri:
- viskoznost - 35-100 s (glede na viskozimeter VZ-4);
- molekulska teža - 1500-5000 kDa;
- gostota - 0,9-1,05 g/cm3;
- količina kalijevega hidroksida, ki je glavni kazalnik kakovosti olj, ni večja od 20.
Ko se temperatura dvigne, se viskoznost alkidov zmanjšuje in obratno. Nižja kot je vsebnost maščobe v snovi, slabše se raztopi v alifatskih in naftenskih ogljikovodikih.
Izboljšaj lastnosti
Nemodificirani alkidi tvorijo trde in krhke filme, se slabo raztopijo. Za izboljšanje njihovih lastnosti se v sestavo reakcijske zmesi vnesejo dodatne komponente, ki dajejo premazom sijaj, elastičnost, odpornost na vodo, topila, olja in vremenske vplive, pospešujejo sušenje pri sobni temperaturi in povečajo oprijem z osnovnim materialom. Modificirane alkidne smole pridobivamo z uporabo lanenega semena, talovega olja, tungovega olja, sončničnega olja, ricinusovega olja, olja bombažnih semen, kolofonije, sintetičnih maščobnih kislin.
Obstajajo 3 glavni načini spreminjanja:
- uvedba monomerov v proizvodnjo smol;
- z reakcijo končnih alkidov z modificirajočimi sredstvi;
- mešanje smol z drugimi tvorci filma.
Prejmi
Alkidi se sintetizirajo na dva načina: alkoholiza in metoda maščobnih kislin.
V prvem primeru postopek poteka v 3 fazah:
- Transesterifikacija rastlinskega olja ali trigliceridov njegovih maščobnih kislin s polihidričnimi alkoholi. Kemična reakcija poteka pri temperaturi 240-260 °C in v prisotnosti katalizatorja. Za proizvodnjo gliftalnih smol iz alkoholov se uporablja glicerin, za etriftalne smole - etriol, za pentaftalne smole - pentaeritritol.
- Esterifikacija delnih estrov s ftalnim anhidridom, kar ima za posledico kisli ester.
- Poliesterifikacija s sproščanjem vode in tvorbo alkidov.
Druga metoda za proizvodnjo smol je esterifikacija in poliesterifikacija estrov maščobnih kislin in polihidričnih alkoholov.
Alkidna razredčila
Naslednje ogljikove spojine služijo kot topila za alkidne smole:
- alifatski (heksan, heptan, C6-C12 parafini);
- aromatična (benzen, topilo, toluen, ksilen in drugi);
- terpen (terpentin);
- halogenirani (trikloretilen, tetrakloretilen, perkloretilen);
- olje (nefras, bencin).
Etri z nizkim vreliščem (etilni alkohol, etil acetat), glikol etri, ketoni (aceton) se lahko uporabljajo tudi kot razredčila. Butanol za te namene ni primeren, saj njegove molekule pritegnejo k sebi veliko količino topila, ki ga vsebujejo alkidne smole. Pusti alkidi se raztopijo samo v aromatskih ogljikovodikih, medtem ko se maščobni alkidi raztopijo v alifatskih.
Obstajajo tudi vodotopne smole, na osnovi katerih se proizvajajo vodni premazi (vroče sušeči emajli in temeljni premazi).
Prijava
Glavni namen alkidnih smol je proizvodnja barv in lakov (LKM). Nemodificirane spojine se uporabljajo za izdelavo električnih izolacijskih lakov in lepil.
Odraztopine smole izdelujejo polizdelke in končne lake, ki se uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju.
barvni materiali
Alkidni premazi so najpogosteje uporabljeni od vseh materialov na osnovi polikondenzacijskih smol. Ker ima pentaeritritol alkohol 4 hidroksilne skupine, se alkidi, ki vsebujejo pentaeritritol, hitreje strdijo in ustvarijo sijajne prevleke. V zvezi s tem industrija v glavnem proizvaja lakirne materiale na osnovi alkidnih smol pentaftalnega tipa. Uporaba velikega števila aromatičnih komponent zagotavlja trdoto in odpornost premazov na mehanske obremenitve.
Pigmentirani premazi na osnovi alkidov so razdeljeni v naslednje skupine:
- gliftalni (GF), pentaftalni (EF), etriftalni (ET) emajli;
- tla;
- kit.
Sušeče alkidne smole se uporabljajo kot samostojni tvorci filmov za barve in lake, nesušeče pa v formulacijah s karbamidnimi smolami, celuloznimi nitrati (za izboljšanje elastičnosti in oprijema premazov na osnovni material).
Lastnosti premazov so odvisne od njihove kemične sestave. Tako je maščobnejše alkidne smole v organskih topilih lažje nanašati s čopičem, imajo povečano elastičnost in odpornost na vremenske vplive, vendar se sušijo počasneje in so manj odporne na mineralna olja. Največja hitrost sušenja je značilna za smole, modificirane s tungom ali lanenim semenom.olje. Povprečni čas sušenja do lepljenja za alkidne emajle je 24 ur.
Specifična barva
Alkidne smole, odvisno od sestave komponent, se uporabljajo za naslednje namene:
- Na osnovi benzojske kisline (vsebnost olja 38-50% teže) - emajli za barvanje kmetijskih strojev, radiatorjev, popravila avtomobilov. Zelo odporen na bledenje in vremenske vplive.
- Vsebuje 9,12-linolno in 9,11-linolno kislino - popravilo opreme.
- Skinny - hitro sušeči enojni nanosi, temeljni premazi, barva radiatorja.
- Na lanenem olju in glicerinu - protikorozijski premazi, tiskarske barve. Lahko hitro zbledijo, ko so izpostavljeni sončni svetlobi, zato se najpogosteje uporabljajo v temeljnih premazih in izravnalnih masah.
- Pokrivni premazi na osnovi soje ali talovega olja z dobro vremensko odpornostjo.
- Modificirano z naravnimi smolami (kolofonijske kisline) – izdelava temeljnih premazov in polnil. Spojine so nagnjene k bledenju.
- Modificirano s stirenom, akrilatom - temeljni premazi, kiti, izravnalne mase, premazi za barvanje ladij, opreme, pločevine, lesa, izpostavljenega močnim mehanskim obremenitvam (laki za parket, emajli, pohištvo); pakiranje emajlov v tube. Imajo povečano odpornost proti obrabi in elastičnost.
Okoljski vidiki
Ker alkidne smole vsebujejo organska topila, predstavljajo določeno nevarnost za zdravje ljudi in okolje. Pri barvanju in lakiranju z lakirnimi materiali na njihovi osnovi je potrebno uporabljati osebno zaščitno opremo (plinske maske, kombinezoni). Barvanje naj se izvaja v prostorih z dovodnim in izpušnim prezračevanjem.
Po stopnji toksičnosti topil lahko alkide razdelimo v 3 skupine:
- najmanj strupeno (MPC=300-1000 mg/m3) – etil eter, alkohol, bencin;
- srednja toksičnost (MPC=100-200 mg/m3) – aceton, butil eter;
- zelo strupeno (MPC=20-50 mg/m3) – etilen glikol, benzen.
V tujini obstajajo visoke zahteve za okolju prijaznost proizvodnje premazov, zato trenutno potekajo dela za ustvarjanje materialov z visoko vsebnostjo suhe snovi in sestavkov na vodni osnovi. Vendar pa alkidne smole z organskimi topili še vedno prekašajo vodotopne smole po lastnostih obdelave.
