Alkydové pryskyřice zaujímají jedno z předních míst jako surovina pro výrobu moderních barev a laků. Filmotvorné kompozice na nich založené mají širokou škálu aplikací. Vlastnosti povlaku závisí na typu pryskyřic a polotovarů laků. Nejrozšířenější jsou modifikované kompozice, protože mají vysoké dekorativní a ochranné vlastnosti.
Popis
Alkydové pryskyřice (neboli alkydy) jsou estery vznikající reakcí vícemocných alkoholů s vícesytnými kyselinami nebo jejich anhydridy. Vzhledově jsou vysoce viskózní lepkavou hmotou, jejíž barva je od tmavě žluté po hnědou.
Alkydy se také kombinují s jinými pryskyřicemi a celulózou (alkyd-močovino-formaldehyd, fenol-alkyd, alkyd-akrylové kopolymery a další sloučeniny). Pro snížení povrchového napětí se do jejich složení přidává butylalkohol, což usnadňuje lití hotového výrobku.
Chemické složení a klasifikace
Alkydové pryskyřice jsou systematizovány podle několika kritérií:
- Přítomností mastných kyselin ve složení: nemodifikované (ftalát) a modifikované.
-
Podle obsahu oleje: mastné (>60 %), středně tučné (40-60 %), libové (35-60 %), extra libové (<34 %). Mastné alkydy se připravují hlavně s vysoušecími oleji.
- Podle druhu alkoholu, na jehož základě je složení získáno: glyftalový, xyftalový, pentaftalový, etriftalový.
- Schopností sušení: schne a nevysušuje.
- Podle způsobu rozpouštění: ředit organickými rozpouštědly nebo vodou.
Chemické složení alkydové pryskyřice je 40-60% roztok netěkavých látek v organických rozpouštědlech.
Funkce
Vlastnosti alkydů závisí na typu vícemocného alkoholu, jeho koncentraci a přítomnosti dalších složek. Aromatické složky poskytují povlakům založeným na těchto sloučeninách tvrdost a odolnost proti opotřebení, alifatické polyoly - pružnost, cykloalifatické strukturní jednotky - vyváženost vlastností.
Roztoky alkydových pryskyřic se vyznačují následujícími parametry:
- viskozita - 35-100 s (podle viskozimetru VZ-4);
- molekulární hmotnost – 1500–5000 kDa;
- hustota – 0,9–1,05 g/cm3;
- množství hydroxidu draselného, který je hlavním ukazatelem kvality olejů, není větší než 20.
S rostoucí teplotou klesá viskozita alkydů a naopak. Čím nižší je obsah tuku v látce, tím hůře se rozpouští v alifatických a naftenických uhlovodících.
Vylepšit vlastnosti
Nemodifikované alkydy tvoří tvrdé a křehké filmy, špatně se rozpouštějí. Pro zlepšení jejich vlastností se do složení reakční směsi přidávají další složky, které dodávají nátěrům lesk, pružnost, odolnost vůči vodě, rozpouštědlům, olejům a povětrnostním vlivům, urychlují schnutí při pokojové teplotě a zvyšují přilnavost k základnímu materiálu. Modifikované alkydové pryskyřice se získávají pomocí lněného semene, talového oleje, tungového oleje, slunečnicového oleje, ricinového oleje, bavlníkového oleje, kalafuny, syntetických mastných kyselin.
Existují 3 hlavní způsoby úpravy:
- zavedení monomerů při výrobě pryskyřic;
- reagováním hotových alkydů s modifikujícími činidly;
- smíchání pryskyřic s jinými filmotvornými látkami.
Přijmout
Alkydy se syntetizují dvěma způsoby: alkoholýzou a metodou mastných kyselin.
V prvním případě proces probíhá ve 3 fázích:
- Transesterifikace rostlinného oleje nebo triglyceridů jeho mastných kyselin vícesytnými alkoholy. Chemická reakce probíhá při teplotě 240-260 °C a za přítomnosti katalyzátoru. Pro výrobu glyftalových pryskyřic z alkoholů se používá glycerin, pro etriftalové pryskyřice - etriol, pro pentaftalové pryskyřice - pentaerythritol.
- Esterifikace parciálních esterů anhydridem kyseliny ftalové, výsledkem je kyselý ester.
- Polyesterifikace s uvolňováním vody a tvorbou alkydu.
Druhou metodou výroby pryskyřic je esterifikace a polyesterifikace esterů mastných kyselin a vícesytných alkoholů.
Alkydová ředidla
Následující uhlíkové sloučeniny slouží jako rozpouštědla pro alkydové pryskyřice:
- alifatické (hexan, heptan, C6-C12 parafiny);
- aromatické (benzen, rozpouštědlo, toluen, xylen a další);
- terpen (terpentýn);
- halogenované (trichlorethylen, tetrachlorethylen, perchlorethylen);
- olej (nefras, benzín).
Nízkovroucí ethery (etylalkohol, ethylacetát), glykolethery, ketony (aceton) lze také použít jako ředidla. Butanol je pro tyto účely nevhodný, protože jeho molekuly k sobě přitahují velké množství rozpouštědla obsaženého v alkydových pryskyřicích. Chudé alkydy se rozpouštějí pouze v aromatických uhlovodících, zatímco mastné alkydy se rozpouštějí v alifatických.
Existují také vodou ředitelné pryskyřice, na jejichž základě se vyrábějí vodou ředitelné nátěry (za tepla schnoucí emaily a primery).
Aplikace
Hlavním účelem alkydových pryskyřic je výroba barev a laků (LKM). Neupravené sloučeniny se používají k výrobě elektroizolačních laků a lepidel.
Odpryskyřičná řešení vytvářejí polotovary a hotové laky používané v průmyslu a každodenním životě.
Nátěrové hmoty
Alkydové povlaky jsou nejrozšířenější ze všech materiálů na bázi polykondenzačních pryskyřic. Protože pentaerythritol alkohol má 4 hydroxylové skupiny, alkydy obsahující pentaerythritol vytvrzují rychleji a vytvářejí lesklejší povlaky. V tomto ohledu průmysl vyrábí především nátěrové hmoty na bázi alkydových pryskyřic pentaftalového typu. Použití velkého množství aromatických složek zajišťuje tvrdost a odolnost nátěrů vůči mechanickému namáhání.
Pigmentované nátěry na bázi alkydů se dělí do následujících skupin:
- glyftalové (GF), pentaftalové (EF), etriftalové (ET) skloviny;
- půdy;
- tmel.
Vysychavé alkydové pryskyřice se používají jako nezávislé filmotvorné látky pro barvy a laky a nevysychavé se používají ve formulacích s karbamidovými pryskyřicemi, nitráty celulózy (pro zlepšení elasticity a přilnavosti nátěrů k základnímu materiálu).
Vlastnosti nátěrů závisí na jejich chemickém složení. Tučnější alkydové pryskyřice v organických rozpouštědlech se tedy snáze nanášejí štětcem, mají zvýšenou elasticitu a odolnost proti povětrnostním vlivům, ale pomaleji schnou a jsou méně odolné vůči minerálním olejům. Maximální rychlost sušení je typická pro pryskyřice modifikované tungovým nebo lněným semenem.olej. Průměrná doba zaschnutí alkydových emailů je 24 hodin.
Specifický lak
Alkydové pryskyřice se v závislosti na složení složek používají pro následující účely:
- Na bázi kyseliny benzoové (obsah oleje 38-50% hm.) - emaily pro lakování zemědělských strojů, chladičů, opravy automobilů. Vysoce odolná proti vyblednutí a povětrnostním vlivům.
- Obsahující kyseliny 9,12-linolové a 9,11-linolové – oprava zařízení.
- Skinny - rychleschnoucí jednotlivé vrstvy, základní nátěry, barva na radiátory.
- Na lněném oleji a glycerinu - antikorozní nátěry, tiskařské barvy. Při vystavení slunečnímu záření mohou rychle vyblednout, takže se nejčastěji používají v základních a vyrovnávacích hmotách.
- Vrchní nátěry na bázi sojových bobů nebo talového oleje s dobrou odolností vůči povětrnostním vlivům.
- Upraveno přírodními pryskyřicemi (kalafunové kyseliny) – výroba primerů a plniv. Směsi jsou náchylné k vyblednutí.
- Upraveno styrenem, akrylátem - základní nátěry, tmely, nivelační hmoty, nátěry pro nátěry lodí, zařízení, plechy, dřevo vystavené silnému mechanickému namáhání (parketové laky, podlahové emaily, nábytek); balení sm altů v tubách. Mají zvýšenou odolnost proti oděru a elasticitu.
Environmentální aspekty
Vzhledem k tomu, že alkydové pryskyřice obsahují organická rozpouštědla, představují určité nebezpečí pro lidské zdraví a životní prostředí. Při provádění malířských a lakýrnických prací pomocí nátěrových hmot na jejich bázi je nutné používat osobní ochranné prostředky (plynové masky, kombinézy). Malování by se mělo provádět v místnostech s přívodem a odvodem ventilace.
Podle úrovně toxicity rozpouštědel lze alkydy rozdělit do 3 skupin:
- nejméně toxický (MPC=300-1000 mg/m3) – ethylether, alkohol, benzín;
- střední toxicita (MPC=100-200 mg/m3) – aceton, butylether;
- vysoce toxický (MPC=20-50 mg/m3) – ethylenglykol, benzen.
V zahraničí jsou kladeny vysoké požadavky na ekologičnost výroby nátěrů, proto se v současné době pracuje na tvorbě materiálů s vysokým obsahem sušiny a vodou ředitelných kompozic. Alkydové pryskyřice s organickými rozpouštědly však stále převyšují vodou rozpustné pryskyřice ve zpracovatelských vlastnostech.
