Alkīda sveķi ieņem vienu no vadošajām pozīcijām kā izejmateriāls modernu krāsu un laku ražošanā. Uz to bāzes veidotajām plēvi veidojošajām kompozīcijām ir plašs pielietojums. Pārklājuma īpašības ir atkarīgas no sveķu un laku pusfabrikātu veida. Visizplatītākās ir modificētas kompozīcijas, jo tām ir augstas dekoratīvās un aizsargājošās īpašības.
Apraksts
Alkīda sveķi (vai alkīdi) ir esteri, kas rodas daudzvērtīgu spirtu reakcijā ar daudzbāziskām skābēm vai to anhidrīdiem. Pēc izskata tie ir ļoti viskoza lipīga masa, kuras krāsa ir no tumši dzeltenas līdz brūnai.
Alkīdus kombinē arī ar citiem sveķiem un celulozi (alkīda-urīnvielas-formaldehīdu, fenola-alkīdu, alkīda-akrila kopolimēriem un citiem savienojumiem). Lai samazinātu virsmas spraigumu, to sastāvam tiek pievienots butilspirts, kas atvieglo gatavā produkta ieliešanu.
Ķīmiskais sastāvs un klasifikācija
Alkīda sveķi tiek sistematizēti pēc vairākiem kritērijiem:
- Pēc taukskābju klātbūtnes sastāvā: nemodificēts (ftalāts) un modificēts.
-
Pēc eļļas satura: taukainas (>60%), vidēji treknas (40-60%), liesas (35-60%), īpaši liesas (<34%). Taukskābju alkīdus galvenokārt sagatavo ar žāvējošām eļļām.
- Atbilstoši spirta veidam, uz kura pamata iegūts sastāvs: gliftalskābe, ksiftālskābe, pentaftālskābe, etriftālskābe.
- Pēc žāvēšanas spējas: žūstošs un nežūstošs.
- Atbilstoši šķīdināšanas metodei: atšķaida ar organiskiem šķīdinātājiem vai ūdeni.
Alkīdsveķu ķīmiskais sastāvs ir 40-60% negaistošu vielu šķīdums organiskajos šķīdinātājos.
Funkcijas
Alkīdu īpašības ir atkarīgas no daudzvērtīgā spirta veida, tā koncentrācijas un citu sastāvdaļu klātbūtnes. Aromātiskie komponenti piešķir pārklājumiem, kuru pamatā ir šie savienojumi, cietību un nodilumizturību, alifātiskie polioli - elastību, cikloalifātiskās struktūras vienības - īpašību līdzsvaru.
Alkīda sveķu šķīdumus raksturo šādi parametri:
- viskozitāte - 35-100 s (pēc VZ-4 viskozimetra);
- molekulmasa - 1500-5000 kDa;
- blīvums - 0,9-1,05 g/cm3;
- kālija hidroksīda daudzums, kas ir galvenais eļļu kvalitātes rādītājs, nav lielāks par 20.
Paaugstinoties temperatūrai, alkīdu viskozitāte samazinās un otrādi. Jo mazāks ir vielas tauku saturs, jo sliktāk tā šķīst alifātiskajos un naftēnu ogļūdeņražos.
Uzlabojiet īpašumus
Nepārveidoti alkīdi veido cietas un trauslas plēves, slikti šķīst. Lai uzlabotu to īpašības, reakcijas maisījuma sastāvā tiek ievadīti papildu komponenti, kas pārklājumiem piešķir spīdumu, elastību, izturību pret ūdeni, šķīdinātājiem, eļļām un atmosfēras iedarbību, paātrina žūšanu istabas temperatūrā un palielina saķeri ar pamatmateriālu. Modificētos alkīda sveķus iegūst, izmantojot linsēklu, talleļļu, tunga eļļu, saulespuķu eļļu, rīcineļļu, kokvilnas sēklu eļļu, kolofoniju, sintētiskās taukskābes.
Ir 3 galvenās modifikācijas metodes:
- monomēru ieviešana sveķu ražošanā;
- reaģējot gatavos alkīdus ar modificējošiem līdzekļiem;
- sveķu sajaukšana ar citiem plēves veidotājiem.
Saņemt
Alkīdus sintezē divos veidos: alkoholīzes un taukskābju metodi.
Pirmajā gadījumā process notiek 3 posmos:
- Augu eļļas vai tās taukskābju triglicerīdu pāresterifikācija ar daudzvērtīgajiem spirtiem. Ķīmiskā reakcija notiek 240-260 °C temperatūrā un katalizatora klātbūtnē. Gliftāla sveķu ražošanai no spirtiem izmanto glicerīnu, etriftāla sveķiem - etriolu, pentaftalsveķiem - pentaeritritolu.
- Daļēju esteru esterifikācija ar ftalskābes anhidrīdu, iegūstot skābu esteri.
- Poliesterifikācija ar ūdens izdalīšanos un alkīda veidošanos.
Otrā sveķu ražošanas metode ir taukskābju esteru un daudzvērtīgo spirtu esterifikācija un poliesterifikācija.
Alkīda šķīdinātāji
Par alkīda sveķu šķīdinātājiem kalpo šādi oglekļa savienojumi:
- alifātisks (heksāns, heptāns, C6-C12 parafīni);
- aromātisks (benzols, šķīdinātājs, toluols, ksilols un citi);
- terpēns (terpentīns);
- halogenēts (trihloretilēns, tetrahloretilēns, perhloretilēns);
- eļļa (nefras, benzīns).
Kā atšķaidītājus var izmantot arī zemas viršanas ēterus (etilspirtu, etilacetātu), glikolēterus, ketonus (acetonu). Butanols šiem nolūkiem nav piemērots, jo tā molekulas piesaista lielu daudzumu alkīda sveķos esošā šķīdinātāja. Liesie alkīdi šķīst tikai aromātiskajos ogļūdeņražos, bet taukskābes alkīdi šķīst alifātiskos.
Ir arī ūdenī šķīstošie sveķi, uz kuru pamata tiek ražoti ūdens bāzes pārklājumi (karsti žūstošās emaljas un gruntskrāsas).
Pieteikums
Galvenais alkīda sveķu mērķis ir krāsu un laku (LKM) ražošana. Nepārveidotus savienojumus izmanto elektroizolācijas laku un līmju ražošanā.
Nosveķu šķīdumi veido pusfabrikātu un gatavās lakas, ko izmanto rūpniecībā un ikdienā.
Krāsas materiāli
Alkīda pārklājumi ir visplašāk izmantotie no visiem materiāliem, kuru pamatā ir polikondensācijas sveķi. Tā kā pentaeritritola spirtā ir 4 hidroksilgrupas, alkīdi, kas satur pentaeritritolu, sacietē ātrāk un veido spīdīgākus pārklājumus. Šajā sakarā nozare galvenokārt ražo krāsas materiālus, kuru pamatā ir pentaftāla tipa alkīda sveķi. Liela skaita aromātisko komponentu izmantošana nodrošina pārklājumu cietību un izturību pret mehānisko spriegumu.
Pigmentētie pārklājumi uz alkīdu bāzes tiek iedalīti šādās grupās:
- gliftāla (GF), pentaftāla (EF), etriftāla (ET) emaljas;
- augsnes;
- tepe.
Žūšanas alkīda sveķus izmanto kā neatkarīgus plēves veidotājus krāsām un lakām, un nežūstošus izmanto sastāvos ar karbamīda sveķiem, celulozes nitrātiem (lai uzlabotu pārklājumu elastību un saķeri ar pamatmateriālu).
Pārklājumu īpašības ir atkarīgas no to ķīmiskā sastāva. Tādējādi treknāki alkīda sveķi organiskajos šķīdinātājos ir vieglāk uzklājami ar otu, tiem ir paaugstināta elastība un laikapstākļu izturība, taču tie žūst lēnāk un ir mazāk izturīgi pret minerāleļļām. Maksimālais žāvēšanas ātrums ir raksturīgs sveķiem, kas modificēti ar volframu vai linsēklām.eļļa. Vidējais alkīda emalju žūšanas laiks ir 24 stundas.
Īpašs krāsojums
Alkīda sveķus atkarībā no sastāvdaļu sastāva izmanto šādiem mērķiem:
- Uz benzoskābes bāzes (eļļas saturs 38-50% no svara) - emaljas lauksaimniecības mašīnu, radiatoru krāsošanai, auto remontam. Ļoti izturīgs pret izbalēšanu un laikapstākļiem.
- Satur 9,12-linolskābes un 9,11-linolskābes - iekārtu remonts.
- Skinny - ātri žūstoši vienas kārtas, gruntskrāsas, radiatora krāsa.
- Uz linsēklu eļļas un glicerīna - pretkorozijas pārklājumi, tipogrāfijas krāsas. Var ātri izbalēt, pakļaujoties saules gaismai, tāpēc tos visbiežāk izmanto gruntskrāsās un izlīdzinošajos maisījumos.
- Sojas vai taleļļas bāzes pārklājumi ar labu laikapstākļu noturību.
- Modificēts ar dabīgiem sveķiem (kolofonija skābēm) – gruntskrāsu un pildvielu ražošana. Savienojumi ir pakļauti izbalēšanai.
- Modificēts ar stirolu, akrilātu - gruntskrāsas, špakteles, izlīdzinošie maisījumi, pārklājumi kuģu, iekārtu krāsošanai, lokšņu metāls, spēcīgai mehāniskai slodzei pakļauta koksne (parketa lakas, grīdas emaljas, mēbeles); emalju iesaiņošana caurulēs. Tiem ir palielināta nodilumizturība un elastība.
Vides aspekti
Tā kā alkīda sveķi satur organiskos šķīdinātājus, tie rada zināmu apdraudējumu cilvēku veselībai un videi. Veicot krāsošanas un lakošanas darbus, izmantojot uz tiem balstītus krāsojuma materiālus, nepieciešams lietot individuālos aizsardzības līdzekļus (gāzmaskas, kombinezoni). Krāsošana jāveic telpās ar pieplūdes un izplūdes ventilāciju.
Atbilstoši šķīdinātāju toksicitātes līmenim alkīdus var iedalīt 3 grupās:
- mazāk toksisks (MPC=300-1000 mg/m3) – etilēteris, spirts, benzīns;
- vidēja toksicitāte (MPC=100-200 mg/m3) – acetons, butilēteris;
- ļoti toksisks (MPC=20-50 mg/m3) – etilēnglikols, benzols.
Ārzemēs ir augstas prasības pārklājumu ražošanas videi draudzīgumam, tāpēc šobrīd notiek darbs pie materiālu ar augstu sausnas saturu un ūdens šķīstošo sastāvu radīšanas. Tomēr alkīda sveķi ar organiskiem šķīdinātājiem joprojām pārspēj ūdenī šķīstošos sveķus apstrādes īpašībās.
