Лако-красочные материалы — производство

Битумами называют твердые смолообразные вещества черного цвета, представляющие собой сложные смеси углеводородов № продуктов их полимеризации и окисления. По своей природе битумы термопластичны и не подвергаются химическим превра­щениям при пленкообразовании. Битумы бывают природным» и искусственными. В природе битумы в наиболее чистом виде находятся в асфальтах. Кроме того, природные битумы в зна­чительных количествах содержатся в асфальтовых породах.

Искусственные битумы получают при переработке нефти и неко­торых других природных продуктов (например, сланцевого мас­ла, каменного и бурого угля, торфа, древесины).

Основными химическими элементами, входящими в состав битумов, являются углерод (75—85%) и водород (8—11,5%). Кроме того, в состав битумов в небольшом количестве входят кислород, сера и азот.

Состав битумов принято оценивать по их фракционному со­ставу. В настоящее время в битумах различают следующие фракции.

Петр о лены — маслянистые вещества, способные улетучи­ваться из битумов при температуре до 180 °С.

Мальтены — жидкие маслянистые вещества, растворимые“ в бензине, сероуглероде, четыреххлористом углероде и петролей — ном эфире, которые не улетучиваются из битумов при темпера­туре до 180 °С. Петролены и мальтены — углеводороды сравни­тельно невысокой молекулярной массы.

Масла минеральные — жидкие (парафиновые и нафте­новые) углеводороды со средней молекулярной массой 350—500.

Смолы — твердые углеводородные компоненты битумов — с молекулярной массой 600—1000, растворимые на холоду в пет — ролейном эфире, бензоле, четыреххлористом углероде и серо­углероде.

Асфальтены — твердые компоненты битумов с еще более высокой молекулярной массой, чем смолы (1200—200 000). Асфальтены растворяются на холоду в бензоле, четыреххлори­стом углероде и сероуглероде, но в отличие от углеводородов (петроленов и мальтенов), минеральных масел и смол, они не растворяются в бензине и петролейном эфире.

Карбены — компоненты битумов, растворимые в сероугле­роде, но не растворимые в других органических растворителях.

Карбоиды — компоненты битумов, не способные раство­ряться в органических растворителях, в том числе и в сероугле­роде.

Асфальтогеновые кислоты и ангидриды — смолистые продукты окисления отдельных компонентов битумов,., в частности нафтенов. Они хорошо растворяются в спирте, но не растворяются в бензине.

Различные составные части битумов по-разному влияют на их свойства. Так, асфальтены придают битумам твердость, по­вышают их температуру размягчения, и в то же время снижают эластичность. Минеральные масла улучшают растворимость би­тумов, но ухудшают высыхание, снижают твердость и темпера­туру их размягчения. Петролены и мальтены снижают твердость и температуру размягчения битумов в еще большей степени, чем минеральные масла. Карбены и карбоиды ухудшают раство­римость битумов в органических растворителях. Асфальтогено-

Вые кислоты и их ангидриды придают битумам аДгезиок свойства.

Природные битумы образовались главным образом из нефу££з за счет длительных химических процессов, происходящих в пр».5И роде. Механизм этого процесса нельзя считать в достаточной!^ мере выясненным. Предполагают, что вначале происходила ’ гидрогенизация углеводородов, а образующиеся непредельный соединения полимеризовались. Эти смолы в свою очередь за Л& счет окислительной полимеризации или присоединения серы пе — реходили в еще более высокомолекулярные вещества — асфаль — |К тены (подтверждением этого является способность СМОЛ при-я? нагревании до 260—300 °С переходить в асфальтены). Карбены^Щ я карбоиды, по всей видимости, можно рассматривать как про-^ дукты дальнейшего уплотнения асфальтенов, а асфальтогеновые ^ кислоты и их ангидриды — как продукты окислительной * деструкции различных битумных компонентов.

Для получения природных битумов из соответствующих приг " ; родных пород (асфальтов и др.) компоненты битумов извлекают горячей водой в виде эмульсии. Затем из этой эмульсии выделя­ют битумы либо ее разрушением электролитами (высалива­нием), либо экстрагированием соответствующими органическими растворителями.

Состав природных битумов и их свойства могут заметно ко­лебаться в зависимости от места их добычи и способа выделения из природных пород. Однако в основном в состав их входят ас — ■фальтены, минеральные масла и смолы. Данные о составе и »свойствах некоторых природных битумов приведены в табл. 8.3.

Искусственные битумы. Известны различные виды искусст­венных битумов. Основными среди них являются нефтяные, •сланцевые битумы и пеки, причем наиболее широко используют­ся нефтяные битумы.

По технологии получения искусственные нефтяные битумы подразделяются на следующие группы:

Остаточные битумы — остатки после прямой перегонки нефти (мазуты, гудроны);

Крекинговые битумы, образующиеся при крекинге нефти;

Экстракционные битумы, получаемые при селек­тивной экстракции нефтяных продуктов;

Окисленные битумы — продукты окисления остаточных, битумов продувкой кислородом воздуха, паровоздушной смесью’ или др.

Среди нефтяных искусственных битумов наибольший интерес представляют нефтяные окисленные битумы, так как они обла­дают повышенной температурой размягчения, повышенной адге­зией и лучшей совместимостью с другими пленкообразующими веществами.

Данные о составе некоторых нефтяных искусственных биту­мов и их температуре размягчения приведены в табл. 8.4.

Из сравнения данных табл. 8.3 и 8.4 видно, что искусствен­ные нефтяные битумы по своему составу существенно не отли­чаются от природных.

Применение битумов. Битумы используют в лакокрасочных, материалах как самостоятельные пленкообразующие, а также в сочетании с растительными маслами, природными смолами и синтетическими пленкообразующими.

Лакокрасочные материалы на основе одних битумов облада­ют исключительно высокой водостойкостью и широко исполь­зуются для окраски подводных и подземных сооружений, а так­же подводных частей речных и морских судов. Вместе с тем атмосферостойкость битумов очень невысокая из-за их склонно­сти к окислению под действием кислорода воздуха. Быстрое ста­рение битумов наблюдается и при воздействии солнечных лучей.

Битумные масляные лаки отличаются более высокой атмо — сферостойкостью, вместе с тем они обладают достаточно высо­кой водо — и кислотостойкостью, а также удовлетворительными электроизоляционными показателями.

Большое значение приобретают в последнее время лакокра^?*^ сочные материалы на основе битумов и синтетических пленко-7^ образующих веществ. В сочетании с битумами используют мае*-‘Г лорастворимые фенолоформальдегидные олигомеры, а также • эпоксидные олигомеры и полиуретаны. Битумы сообщают этим материалам очень хорошую водостойкость, при этом последние сохраняют высокие физико-механнческие и адгезионные свойства, присущие синтетическим пленкообразующим.

Из природных смол в сочетании с битумами главным обра­зом используют канифоль и продукты ее переработки, однако "

.в настоящее время эти материалы практически не применяются.

£