Лакокрасочные материалы на основе ненасыщенных полиэфиров
Производство лакокрасочных материалов на основе ненасыщенных полиэфиров было организовано у нас в стране в середине 50-х годов. В настоящее время объем их выпуска составляет 9—10% от выпуска всех лакокрасочных материалов на поликонденсационных смолах.
Отличительная особенность этих материалов состоит в том, что в качестве основного растворителя применяются ненасыщенные соединения (моиомерныё), способные в процессе пленкообразования вступать в реакцию сополимеризации с ненасыщенной полиэфирной смолой с образованием сетчатого сополимера.
Естественно, что при отверждении мономеры почти не испаряются из покрытия, поэтому содержание пленкообразующих веществ в ненасыщенных полиэфирных лакокрасочных материалах очень высоко и в некоторых лаках достигает 85—97%.
Основное применение находят полиэфиры на основе малеиновой кислоты (обычно ее ангидрида) и этилен- или диэтилен- или пропилеигликоля с добавлением фталевой кислоты (обычно фталевого ангидрида)
Взаимодействие полиэфира с мономером-растворителем и образование сетчатого полимера обычно происходит под действием инициаторов полимеризации и ускорителей.
В зависимости от типа исходных кислот и гликолей и их соотношения, природы мономера-растворителя, инициатора и т. д. получают материалы холодного и горячего отверждения с заданными свойствами.
Образование лаковой пленки может происходить также при взаимодействии ненасыщенного полиэфира с ненасыщенным мономером под действием энергии ультрафиолетового излучения, в присутствии фотоиннциаторов (сенсибилизаторов), в процессе радиационно-химического отверждения под действием пучка ускоренных электронов. Скорость отверждения зависит от способа инициирования.
Так, если под действием окислительно-восстановительной системы лаки высыхают в естественных условиях в течение 3—24 ч, а при горячей сушке — за 0,5—1,5 ч, то лаки, отверждающиеся под действием УФ-излучения, высыхают за 0,5—2 мин, под действием ультрафиолетового импульсного излучения за 20—24 с, а под действием пучка ускоренных электронов (ПУЭ) в течение 0,3—3 с.
На основе ненасыщенных полиэфиров получают преимущественно лаки для мебели и других изделий из древесины. Кроме того, производят, но в значительно меньших количествах, пигментированные материалы (эмали, грунтовки, шпатлевки).
Состав. В состав лаков входят ненасыщенная полиэфирная смола, растворенная в мономере, ингибитор (стабилизатор), инициатор сополимеризации, ускоритель, всплывающая добавка, тиксотропные добавки, добавки для снижения вязкости и повышения эластичности и др. В состав эмалей, грунтовок и шпатлевок, кроме того, вводят пигменты и наполнители.
Ненасыщенные полиэфиры, применяющиеся для получения лаков, имеют небольшую молекулярную массу (1000—2000) и представляют собой вязкие жидкости или твердые продукты со сравнительно низкой температурой плавления. Для нх получения, кроме перечисленных выше исходных соединений применяют тетрагидрофталевый ангидрид, диаллиловый эфир триметилолэтана, моноаллиловый эфир глицерина.
В качестве мономера-растворителя наибольшее применение имеют стирол и триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ-3). Стирол ограниченно совместим с рядом ненасыщенных полиэфиров, поэтому лаки при низких температурах могут мутнеть и расслаиваться.
Кроме того, он отличается повышенной летучестью в обычных условиях. ТГМ-3 в отличие от стирола нелетуч, хорошо совмещается с ненасыщенными полиэфирами в любых соотношениях с образованием стабильных составов, но менее реакцноиноспособен. Поэтому лаки, содержащие ТГМ-3, лучше отверждаются при повышенной температуре (60 °С).
В качестве инициаторов применяют преимущественно пероксид циклогекса-иона, гидропероксид изопропилбензола (гнпериз), гидропероксид трет-бутила, пероксид метилэтилкетона (1—5% от массы лака). Эти соединения разлагаются при 80—100 °С, поэтому в лаки холодного отверждения вводят ускорители — в основном стирольный или толуольный раствор нафтената кобальта (0,01—0,1% металла от массы лака).
Категорически запрещается совместное хранение и транспортирование инициаторов с ускорителями, сиккативами, минеральными кислотами, оксидами и солями железа, марганца, кобальта. Смешение инициатора с ускорителем или перечисленными выше веществами может привести к взрыву.
Ингибитором (стабилизатором), предотвращающим в процессе хранения по-луфабрикатпого лака преждевременную полимеризацию реакционноспособных продуктов служит гидрохинон. Введение гидрохинона в количестве 0,01—0,03% от массы лака обеспечивает его хранение в течение 4 мес.
Введение в лак парафина в виде 3%-ного раствора в стироле, приводит к вcплыванию добавки в виде поверхностного слоя, предотвращающего ииги-бирующее действие кислорода воздуха на процесс пленкообразования. После полного отверждения лакового покрытия парафинсодержащий слой сошлифовывают, а затем полируют до получения глянцевого покрытия. Парафин вводят в количестве 0,1—0,3% от массы лака.
Таблица 2.15. Свойства полиэфирных лаков
Лаки, содержащие всплывающую добавку, называются парафинсодержащими. Лаки на основе полиэфиров, полученных с применением тетрагидрофталевого ангидрида, диаллилового эфира триметилолпропана или моноаллилового эфира глицерина, высыхают без всплывающей добавки. Такие лаки называются беспарафиновыми.
К тиксотропным добавкам, уменьшающим стекание лака с вертикальных поверхностей относятся нитрат целлюлозы (коллоксилин), ацетобутират целлюлозы и аэросил. Для улучшения розлива в состав лаков вводят кремнийорга-нические жидкости, алкидные невысыхающие смолы, а для снижения вязкости — растворители (ацетон, этилацетат, метилэтилкетон) в количестве 5—15%.
Пигменты и наполнители, вводимые в лакокрасочные материалы, не должны взаимодействовать с окислительно-восстановительной системой и снижать скорость отверждения покрытия. К таким пигментам относятся двуокись титана, литопон, кроны, красный железоокисный пигмент, ультрамарин, а к наполнителям — барит, микротальк, мел и др.
Получение полиэфирных лаков включает две стадии: синтез полиэфира и составление лака. Получение пигментированных материалов сводится к диспергированию пигментов и наполнителей в шаровой мельнице, футерованной керамической плиткой, с фарфоровыми или уралитовыми шарами и последующего смешения в смесителе с рамной мешалкой пигментной пасты с лаком и другими компонентами.
Проводить диспергирование в шаровой мельнице, футерованной железным листом и заполненной металлическими шарами, не рекомендуется, так как попадание железа может привести к свертыванию полуфабрикатного лака. Все операции по изготовлению шпатлевки проводят в шаровой мельнице.