Alkydové živice zaujímajú jedno z popredných miest ako surovina na výrobu moderných farieb a lakov. Filmotvorné kompozície na ich základe majú širokú škálu aplikácií. Vlastnosti povlaku závisia od typu živíc a polotovarov lakov. Najrozšírenejšie sú modifikované kompozície, pretože majú vysoké dekoratívne a ochranné vlastnosti.
Popis
Alkydové živice (alebo alkydy) sú estery, ktoré vznikajú reakciou viacsýtnych alkoholov s viacsýtnymi kyselinami alebo ich anhydridmi. Na pohľad ide o vysoko viskóznu lepkavú hmotu, ktorej farba je od tmavožltej po hnedú.
Alkydy sa tiež kombinujú s inými živicami a celulózou (alkyd-močovino-formaldehyd, fenol-alkyd, alkyd-akrylové kopolyméry a iné zlúčeniny). Na zníženie povrchového napätia sa do ich zloženia pridáva butylalkohol, ktorý uľahčuje nalievanie hotového výrobku.
Chemické zloženie a klasifikácia
Alkydové živice sú systematizované podľa niekoľkých kritérií:
- Prítomnosťou mastných kyselín v zložení: nemodifikované (ftalát) a modifikované.
-
Podľa obsahu oleja: mastné (>60 %), stredne mastné (40-60 %), chudé (35-60 %), extrachudé (<34 %). Mastné alkydy sa pripravujú hlavne zo sušiacich olejov.
- Podľa druhu alkoholu, na základe ktorého sa zloženie získava: glyftalový, xyftalový, pentaftalový, etriftalový.
- Podľa schopnosti sušenia: sušenie a nevysychanie.
- Podľa spôsobu rozpúšťania: riediť organickými rozpúšťadlami alebo vodou.
Chemické zloženie alkydovej živice je 40-60% roztok neprchavých látok v organických rozpúšťadlách.
Funkcie
Vlastnosti alkydov závisia od typu viacsýtneho alkoholu, jeho koncentrácie a prítomnosti ďalších zložiek. Aromatické zložky dodávajú povlakom na báze týchto zlúčenín tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu, alifatické polyoly - elasticitu, cykloalifatické štruktúrne jednotky - vyváženosť charakteristík.
Roztoky alkydových živíc sa vyznačujú nasledujúcimi parametrami:
- viskozita - 35-100 s (podľa viskozimetra VZ-4);
- molekulová hmotnosť - 1500-5000 kDa;
- hustota - 0,9-1,05 g/cm3;
- množstvo hydroxidu draselného, ktorý je hlavným ukazovateľom kvality olejov, nie je väčšie ako 20.
S rastúcou teplotou klesá viskozita alkydov a naopak. Čím nižší je obsah tuku v látke, tým horšie sa rozpúšťa v alifatických a nafténových uhľovodíkoch.
Zlepšiť vlastnosti
Nemodifikované alkydy tvoria tvrdé a krehké filmy, zle sa rozpúšťajú. Na zlepšenie ich kvality sa do zloženia reakčnej zmesi pridávajú ďalšie zložky, ktoré dodávajú náterom lesk, pružnosť, odolnosť voči vode, rozpúšťadlám, olejom a poveternostným vplyvom, urýchľujú schnutie pri izbovej teplote a zvyšujú priľnavosť k základnému materiálu. Modifikované alkydové živice sa získavajú pomocou ľanových semien, talového oleja, tungového oleja, slnečnicového oleja, ricínového oleja, bavlníkového oleja, kolofónie, syntetických mastných kyselín.
Existujú 3 hlavné spôsoby úpravy:
- zavedenie monomérov pri výrobe živíc;
- reakciou hotových alkydov s modifikačnými činidlami;
- miešanie živíc s inými filmotvornými látkami.
Prijať
Alkydy sa syntetizujú dvoma spôsobmi: alkoholýzou a metódou mastných kyselín.
V prvom prípade proces prebieha v 3 fázach:
- Transesterifikácia rastlinného oleja alebo triglyceridov jeho mastných kyselín viacsýtnymi alkoholmi. Chemická reakcia prebieha pri teplote 240-260 °C a v prítomnosti katalyzátora. Na výrobu glyftalových živíc z alkoholov sa používa glycerín, pre etriftalové živice - etriol, pre pentaftalové živice - pentaerytritol.
- Esterifikácia čiastočných esterov anhydridom kyseliny ftalovej, výsledkom čoho je kyslý ester.
- Polyesterifikácia s uvoľňovaním vody a tvorbou alkydu.
Druhým spôsobom výroby živíc je esterifikácia a polyesterifikácia esterov mastných kyselín a viacsýtnych alkoholov.
Alkydové riedidlá
Nasledovné uhlíkové zlúčeniny slúžia ako rozpúšťadlá pre alkydové živice:
- alifatické (hexán, heptán, C6-C12 parafíny);
- aromatické (benzén, rozpúšťadlo, toluén, xylén a iné);
- terpén (terpentín);
- halogenované (trichlóretylén, tetrachlóretylén, perchlóretylén);
- olej (nefras, benzín).
Nízkovriace étery (etylalkohol, etylacetát), glykolétery, ketóny (acetón) možno použiť aj ako riedidlá. Butanol je na tieto účely nevhodný, pretože jeho molekuly k sebe priťahujú veľké množstvo rozpúšťadla obsiahnutého v alkydových živiciach. Chudé alkydy sa rozpúšťajú iba v aromatických uhľovodíkoch, zatiaľ čo mastné alkydy sa rozpúšťajú v alifatických.
Existujú aj vodou riediteľné živice, na základe ktorých sa vyrábajú vodou riediteľné nátery (za tepla schnúce emaily a primery).
Aplikácia
Hlavným účelom alkydových živíc je výroba farieb a lakov (LKM). Neupravené zlúčeniny sa používajú na výrobu elektroizolačných lakov a lepidiel.
Odživicové roztoky vytvárajú polotovary a hotové laky používané v priemysle a každodennom živote.
Náterové materiály
Alkydové nátery sú najrozšírenejšie zo všetkých materiálov na báze polykondenzačných živíc. Keďže pentaerytritolalkohol má 4 hydroxylové skupiny, alkydy obsahujúce pentaerytritol vytvrdzujú rýchlejšie a vytvárajú lesklejšie nátery. V tomto ohľade priemysel vyrába najmä náterové materiály na báze alkydových živíc pentaftalového typu. Použitie veľkého množstva aromatických zložiek zabezpečuje tvrdosť a odolnosť náterov voči mechanickému namáhaniu.
Pigmentované nátery na báze alkydov sa delia do nasledujúcich skupín:
- glyftalové (GF), pentaftalové (EF), etriftalové (ET) skloviny;
- soils;
- putty.
Vysychavé alkydové živice sa používajú ako samostatné filmotvorné látky pre farby a laky a nevysychavé sa používajú v prípravkoch s karbamidovými živicami, nitrátmi celulózy (na zlepšenie elasticity a priľnavosti náterov k základnému materiálu).
Vlastnosti náterov závisia od ich chemického zloženia. Tučnejšie alkydové živice v organických rozpúšťadlách sa teda ľahšie nanášajú štetcom, majú zvýšenú elasticitu a odolnosť voči poveternostným vplyvom, ale pomalšie schnú a sú menej odolné voči minerálnym olejom. Maximálna rýchlosť sušenia je typická pre živice modifikované tungovým alebo ľanovým semenom.olej. Priemerná doba zaschnutia alkydových emailov je 24 hodín.
Špecifický náter
Alkydové živice sa v závislosti od zloženia komponentov používajú na nasledujúce účely:
- Na báze kyseliny benzoovej (obsah oleja 38-50% hm.) - emaily na lakovanie poľnohospodárskych strojov, chladičov, opravy áut. Vysoká odolnosť voči vyblednutiu a poveternostným vplyvom.
- S obsahom 9,12-linolovej a 9,11-linolovej kyseliny - oprava zariadení.
- Skinny - rýchloschnúce jednotlivé vrstvy, základné nátery, farba na radiátory.
- Na ľanovom oleji a glyceríne - antikorózne nátery, tlačiarenské farby. Pri vystavení slnečnému žiareniu môžu rýchlo vyblednúť, preto sa najčastejšie používajú v základoch a vyrovnávacích hmotách.
- Vrchné nátery na báze sójových bôbov alebo talového oleja s dobrou odolnosťou voči poveternostným vplyvom.
- Upravené prírodnými živicami (kofóniové kyseliny) – výroba základných náterov a plničov. Zmesi sú náchylné na vyblednutie.
- Upravené styrénom, akrylátom - základné farby, tmely, vyrovnávacie hmoty, nátery na natieranie lodí, zariadení, plechu, dreva vystaveného silnému mechanickému namáhaniu (parkety, emaily, nábytok); balenie emailov v tubách. Majú zvýšenú odolnosť proti oderu a elasticitu.
Environmentálne aspekty
Keďže alkydové živice obsahujú organické rozpúšťadlá, predstavujú určité nebezpečenstvo pre ľudské zdravie a životné prostredie. Pri vykonávaní náterových a lakovacích prác s použitím náterových hmôt na ich báze je potrebné používať osobné ochranné prostriedky (plynové masky, kombinézy). Maľovanie by sa malo vykonávať v miestnostiach s prívodným a odsávacím vetraním.
Podľa úrovne toxicity rozpúšťadiel možno alkydy rozdeliť do 3 skupín:
- najmenej toxický (MPC=300-1000 mg/m3) – etyléter, alkohol, benzín;
- stredná toxicita (MPC=100-200 mg/m3) – acetón, butyléter;
- vysoko toxický (MPC=20-50 mg/m3) – etylénglykol, benzén.
V zahraničí sú vysoké požiadavky na ekologickosť výroby náterov, preto sa v súčasnosti pracuje na vytváraní materiálov s vysokým obsahom sušiny a vodou riediteľných kompozícií. Avšak alkydové živice s organickými rozpúšťadlami stále prekonávajú vo vode rozpustné živice v spracovateľských vlastnostiach.
