Лако-красочные материалы — производство

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-

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.