СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИККАТИВА ДЛЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF PRODUCING SICCATIVE FOR PAINT MATERIAL

Изобретение относится к области производства лакокрасочных материалов, в частности к способам получения плавленых сиккативов для лакокрасочных материалов на основе алкидных, уралкидных и масляных пленкообразующих: масляных красок, алкидных лаков, эмалей. В качестве сиккативов, обеспечивающих высыхание лакокрасочных материалов, используют соли переходных металлов монокарбоновых кислот.
Известен ряд способов получения сиккатива методом осаждения: омылением жирнокислотного компонента водным раствором едкого натрия и последующим взаимодействием полученной водорастворимой соли с водными растворами сиккативирующих металлов в присутствии органического растворителя (например, патенты России №№2182916, 2131446, 2261882, 2266939, Мкл. C09F 9/00). Общим недостатком получения сиккативов методом осаждения является наличие большого количества сточных вод, многостадийность и трудоемкость процесса, потери растворителя при сушке.
Известен способ получения сиккатива путем сплавления при температуре 240-260°С предварительно обезвоженного подсолнечного масла со смесью пиролюзита, окиси кобальта и двуокиси титана (Авт.св. СССР 632713, Мкл. C09F 9/00, опубл. 1977 г.). Недостатком данного способа является высокая температура процесса, вследствие чего происходит пригорание органических продуктов. Сиккатив, полученный по данному способу, характеризуется низким содержанием металлов и высокой цветностью, что исключает его применение для светлых и белых лакокрасочных материалов.
Наиболее близким заявленному способу является способ получения сиккатива сплавлением свинцового глета и пиролюзита с жирнокислотным компонентом, в качестве которого используют высококипящую фракцию α-разветвление монокарбоновых кислот, имеющих кислотное число 119-175 мг КОН/г, процесс проводят при 170-200°С (Авт.св. СССР №1261275, Мкл. C09F 9/00, опубл. 1984 г.).
2
Существенным недостатком известного процесса является высокая цветность полученного продукта (600 мг J/100 г в смеси с льняным маслом), что приводит к невозможности его использования в ЛКМ светлых и белых тонов, а также низкая концентрация металлов в растворе сиккатива. Дефицит и непостоянство состава монокарбоновых кислот, являющихся отходами производства, не позволяет получать стабильные по составу и свойствам сиккативы. Кроме того, высокая температура ведения процесса требует больших энергозатрат при производстве сиккативов.
Прототипом заявленного способа является способ получения светлого сиккатива взаимодействием оксида цинка или свинца с 2-этилгексановой кислотой при двухступенчатом нагревании до 105°С на первой и до 120°С на второй ступени в присутствии ускорителя реакции, в качестве которого используют ненасыщенный низкомолекулярный соолигомер, и последующим разбавлением в органическом растворителе, в качестве которого используют смесь уайт-спирита с 25-75% масс. отгона непрореагировавших углеводородов полимеризации жидких продуктов пиролиза. Синтез сиккатива ведут при мольном соотношении исходных реагентов: оксид цинка или свинца:2-этилгексановая кислота=1,0:1,7-2,5 (патент России №228/308 С2 (Д1), Мк. С09F 9/00).
Существенным недостатком известного способа является его применимость для получения однометалльного сиккатива, т.е. сиккатива, содержащего один металл (цинк или свинец). В лакокрасочной промышленности используются, как правило, смесевые сиккативы, обеспечивающие необходимую степень высыхания пленки ЛКМ, для изготовления которых требуются сначала несколько однометалльных сиккативов, а затем смешение однометалльных сиккативов в необходимой пропорции. В результате возникает необходимость установки дополнительного оборудования и привлечение персонала. Усложняется технологичность приготовления смесевых сиккативов, увеличиваются энергетические затраты и затраты на производство. Кроме того, известный способ является двухступенчатым, более сложным, требуется введение ускорителя реакции. Полученный сиккатив имеет высокую вязкость (до 196-200°С), что затрудняет его применение при низких температурах, особенно в зимнее время.
Задачей, стоящей перед создателями изобретения, является расширение технологических возможностей (т.е. сферы применения сиккатива), возможность его применения как для темных, так и для светлых (включая белые) лакокрасочных материалов, снижение энергозатрат на проведение процесса за счет одноступенчатого нагревания, повышение стабильности и каталитической активности сиккатива.
Поставленная задача решается за счет использования в качестве жирнокислотного компонента 2-этилгексановой кислоты с кислотным числом 365-390 мг КОН/г, в качестве металлосодержащих соединений одновременно оксида свинца и гидроксида кобальта. Предложенное сочетание компонентов и способ получения дают возможность проводить процесс их расплава одновременно, в одну стадию, в отличие от прототипа, а введение одновременно двух металлов позволяет получить сиккатив с заданными свойствами, который, как показали испытания, обеспечивает высокую стойкость и стабильность сиккатива при сушке не только масляных и алкидных, но и нового класса уралкидных лакокрасочных материалов. При этом снижается потребление электроэнергии на проведение процесса.
Наличие в составе сиккатива кобальтовой соли 2-этилгексановой кислоты обусловливает синий цвет сиккатива, что улучшает цвет и соответственно качество светлых и особенно белых лакокрасочных материалов.
Сущностью изобретения является то, что в способе получения сиккатива для лакокрасочных материалов путем сплавления оксидов или диоксидов металлов с жирнокислотным компонентом в качестве жирнокислотного компонента применяют 2-этилгексанову кислоту с кислотным числом 365-390 мг КОН/г, а в качестве металлосодержащих соединений применяют сочетание оксида свинца (свинцового глета) и гидроксида кобальта (сочетание, проявляющее синергетический эффект). При этом сплавление всех указанных компонентов производят одновременно (в один этап) и при более низкой, по сравнению с прототипом, температуре.
Способ осуществляется следующим образом.
В реактор, снабженный мешалкой и обратным холодильником, загружают 2-этилгексановую кислоту, при постоянном перемешивании загружают оксид свинца (свинцовый глет) и гидроксид кобальта в соотношении от 2,5:1 до 10,5:1, соответственно, см. табл.1); и постепенно повышают температуру до 115°С. Реакционную массу выдерживают при этой температуре до полного растворения компонентов (контроль осуществляют визуально, по прозрачности пробы на стеклянной пластинке). Оптимальный диапазон температур нагрева выявлен опытным путем (см. табл.2). Проведение процесса при температуре ниже 110°С замедляет реакцию, снижает содержание металла и не позволяет получить сиккатив с высокой активностью; а при температуре выше 120°С повышаются энергозатраты без улучшения качества сиккатива.
Полученный концентрированный свинцово-кобальтовый сиккатив анализируют на содержание металлов, охлаждают, разбавляют органическими растворителями (например, уайт-спирит (ГОСТ 3134-78), нефрас С-4 (ТУ 0251-003-78158825-2008) или топливо для реактивных двигателей ТС-1 (ГОСТ 10227-86) в количестве 50-85 масс.% для получения товарной формы сиккатива. В качестве жирнокислотного компонента используют 2-этилгексановую кислоту (ТУ 2431-0353505711-01), в качестве оксида свинца - свинцовый глет (ГОСТ 5539-73), в качестве кобальтосодержащего компонента - гидроокись кобальта II (ТУ 2611-001-469133-78-2002) в соотношении от 7,4:2,8:1,0 до 17,8:10,4:1,0, соответственно.
Активность полученного сиккатива проверялась по времени высыхания лакокрасочных покрытий до степени 3 при 20°С по методике, изложенной в ГОСТ 19007-73, на стандартном лаке ПФ-060 (ТУ 2311-007-98438521-2008), твердость пленки - по ГОСТ 5233-89 (табл.3).
Состав и свойства образцов, полученных по предлагаемому способу, в сравнении со свойствами, полученными по способу, описанному в прототипе, представлены в таблицах 1, 2, 3. Результаты, показанные в таблицах 1, 2, 3, позволяют сделать вывод о достижении поставленной цели.
Техническим результатом от применения предлагаемого способа является то, что сиккативы, полученные по предлагаемому способу, имеют низкую цветность, что позволяет совмещать их не только с темными, но и со светлыми (даже белыми) лакокрасочными материалами, и, таким образом, расширяют технологические возможности сиккативов. Сочетание сплавляемых компонентов (оксида свинца и гидроксида кобальта) позволяет осуществлять процесс сплавления этих компонентом с 2-этилгексановой кислотой одновременно, причем при более низких температурах, что позволяет экономить энергозатраты на производство сиккатива. При этом практика выявила уменьшение времени высыхания и повышение твердости покрытия (табл.3), что свидетельствует о высокой эффективности полученных сиккативов.
Таким образом, задача, на решение которой направлено изобретение, решена.
Сиккативы, полученные предлагаемым способом, были изготовлены и испытаны при производстве ЛКМ в лаборатории ООО «ПКФ «Лаурит», о чем свидетельствует проведение испытаний свинцово-кобальтового сиккатива.
Таблица 1
Способ получения сиккатива для ЛКМ
Компоненты, параметры способа
Содержание компонентов в составах, % масс.
Прототип №1 (известный сиккатив), образец №4
Предлагаемый
1
2
3
гр.
масс.%
2-Этилгексановая кислота
11,7
18,10
28,20
178,3
46,40
Оксид свинца
4,45
10,00
16,49
100,0
26,02
Гидроокись кобальта
1,58
1,58
1,58
-
-
Растворитель
82,27
70,32
53,73
106,0
27,58
Итого
100,00
100,00
100,00
384,3
100,00
Температура сплавления, °С
110-115
115-120
115-120
120
Таблица 2
Температура процесса, °С
Пример №2
Продолжительность реакции, ч
Содержание металлов в сиккативе, % масс.
Цвет сиккатива, мг J<sub>2</sub>/100 г
Активность в лаке ПФ-060, высыхание до степени 3, ч
свинец
кобальт
90
5
8,5
0,8
330
22
100
4
8,7
0,9
340
18
110
3
9,0
1,0
350
15
120
3
9,0
1,0
350
15
130
3
9,0
1,0
370
15