Алкидные смолы (Alkyd resins, Alkydharze, resins alkyds) – это продукты взаимодействия многоосновных кислот, многоатомных спиртов и одноосновных высших жирных кислот. Последние вводят в реакцию в виде индивидуальных органических соединений или в составе растительных масел. Наиболее широко распространены алкидные смолы, получаемые из фталевой кислоты , используемой в виде ее ангидрида, и глицерина или пентаэритрита.
Классификация алкидных смол
Алкидные смолы, содержащие только указанные выше компоненты, называют немодифицированными (по существовавшей ранее классификации такие алкидные смолы называли модифицированными по сравнению с полиэфирными смолами, синтезированными без одноосновных жирных кислот). Для придания некоторых специфических свойств, а также из экономических соображений алкидные смолы подвергают химической модификации, вводя в их состав дополнительные компоненты, например, канифоль, бензойную кислоту, эпоксидную смолу. Такие алкидные смолы называют модифицированными. По способности к высыханию алкидные смолы подразделяют на две основные группы:
- Высыхающие алкидные смолы содержат одноосновные жирные кислоты, входящие в состав высыхающих (льняное, тунговое, ойтисиковое и дегиратированное касторовое) или полувысыхающих (подсолнечное, соевое) масел. Такие алкидные смолы в тонком слое в результате окисления и полимеризации отверждаются прямо на воздухе или в процессе сушки(60-80°С): кислород воздуха присоединяется по месту α-метиленовых групп в молекулах алкидных смол, образуя гидроперекиси, которые служат инициаторами полимеризации. Для ускорения распада перекисей к алкидным смолам добавляют сиккативы — соли металлов переменной валентности, например, РЬ, Мn, Со. Высыхающие алкидные смолы применяют в качестве самостоятельных пленкообразователей при изготовлении лаков, грунтов и эмалей.
- Невысыхающие алкидные смолы содержат насыщенные или имеющие только одну двойную связь в молекуле одноосновные жирные кислоты, входящие в состав невысыхающих масел (кокосовое, сырое касторовое). Эти алкидные смолы в тонком слое не отверждаются даже при горячей сушке (выше 120 °С). Поэтому их нельзя использовать в качестве самостоятельных пленкообразователей. Невысыхающие алкидные смолы наиболее часто применяют в сочетании с нитроцеллюлозой или с амино-формальдегидными смолами в лаках и эмалях воздушной и горячей сушки соответственно.
Ряд других свойств алкидных смол зависит не только от типа масла, входящего в их состав, но и от его количества. Так, с уменьшением содержания масла в алкидных смолах повышаются твердость, светостойкость и улучшается блеск пленки, но увеличивается ее хрупкость, ухудшаются растворимость алкидных смол в уайт-спирите, розлив (способность растекаться), особенно при нанесении кистью, и уменьшается сухой остаток алкидных смол при рабочей вязкости раствора, то есть толщина наносимого слоя. Поэтому в зависимости от содержания масла алкидные смолы характеризуют по жирности, подразделяя на следующие подгруппы (в скобках указано содержание масла в % по массе):
- сверхтощие (до 34);
- тощие (35—45);
- средние (46—55);
- жирные (56—70);
- очень жирные (более 70).
Жирность выражают также процентным содержанием жирных кислот. Для пересчета используют формулы: А =В·1,049; В=А·0,953, где А и В — содержание соответственно масла и жирных кислот (в %). Алкидные смолы обычно характеризуют одновременно по двум показателям, например «жирная высыхающая алкидная смола» или «тощая невысыхающая алкидная смола». Если последняя изготовлена на основе сырого касторового масла, то вместо термина «невысыхающая» используется термин «резиловая».
Водоразбавляемые алкидные смолы
Алкидные смолы, разбавляемые водой,— низкомолекулярные форконденсаты, содержащие большое число свободных групп —СООН и —ОН. Первые группы образуют с нейтрализующими агентами — летучими основаниями (аминами, аммиаком) — водорастворимые соли, что обеспечивает растворимость этих смол в воде; вторые обеспечивают достаточную гидрофильность смолы для стабилизации ее водных растворов.
Водоразбавляемость алкидных смол зависит от:
- равномерности распределения групп —СООН и —ОН в макромолекуле;
- от жирности алкидных смол и степени непредельности жирных кислот;
- от состава применяемых растворителей и нейтрализующих агентов.
Наиболее высокая водоразбавляемость присуща тощим алкидным смолам, полученным из тримеллитового ангидрида, неопентилгликоля и жирных кислот дегидратированного касторового масла. Лучший растворитель — бутилцеллозольв. В водоразбавляемых алкидных смолах содержится высокий избыток групп —ОН(40— 60%); реакцию получения этих смол прекращают при высоком кислотном числе (50—100 мг КОН на 1 г). Обычные алкидные смолы, растворимые в органических растворителях, производят с кислотными числами не более 20 мг КОН на 1 г.
Необратимая пленка из водоразбавляемых алкидных смол образуется в результате протекания следующих реакций непосредственно в покрытии:
- разложение водорастворимых солей (аммиачных или аминных);
- дополнительная полиэтерификация с наиболее полным использованием групп —СООН и —ОН;
- окисление и полимеризация по двойным связям жирных кислот. Указанные реакции, особенно первые две, протекают при повышенных температуpax. Поэтому материалы на основе водоразбавляемых алкидныхсмол применяют только в условиях горячей сушки (выше 150 °С).
Основные преимущества водоразбавляемых алкидных смол замена органических растворителей водой, в результате чего устраняется возможность возникновения пожара и снижается токсичность. Поэтому, несмотря на сравнительно более высокую стоимость, водоразбавляемые алкидные смолынаходят все большее применение и главным образом при нанесении методами окунания и струйного облива.
С 1965 получил распространение принципиально новый метод окраски с помощью электрофореза, который удалось осуществить только при применении водоразбавляемых поликонденсационных смол. Экономичность метода и высокое качество покрытий (равнотолщинность и отсутствие пористости) обусловливают широкое развитие производства водоразбавляемых алкидных смол и реализацию одной из основных тенденций современной лакокрасочной промышленности — снижение непроизводительного расхода органических растворителей при окраске.
Автор: К.П. Беляева