СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИДНЫХ СМОЛ
METHOD OF PRODUCING ALKYD RESIN

Изобретение относится к синтезу алкидной смолы, которая используется в качестве основы для изготовления лакокрасочных материалов.
Известен способ получения алкидных смол путем алкоголиза растительных масел многоатомными спиртами с последующим взаимодействием продуктов алкоголиза с двухосновной кислотой или ее ангидридом [1].
Недостатком этого способа является большая продолжительность процесса, его двухстадийность, а также использование дорогостоящих пищевых растительных масел, что приводит к удорожанию конечного продукта.
Известен [2, 3] способ получения алкидных смол, в котором используется одностадийный жирнокислотный метод, предусматривающий одновременную загрузку всех компонентов.
Ограниченность применения этого способа в промышленности связана с необходимостью использования вместо растительных масел непредельных жирных кислот, предварительно получаемых расщеплением масел. Основным недостатком работы [3] является использование азеотропной отгонки реакционной воды, которая сложна в аппаратурном оформлении и требует дополнительного растворителя - ксилола.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ [4], предусматривающий получение алкидной смолы путем взаимодействия растительных масел, фталевого ангидрида, пентаэритрита при нагревании до 240-280°С с азеотропной отгонкой воды, в качестве растительного масла используют дистиллированное талловое масло, дополнительно вводится малеиновый ангидрид для ускорения процесса.
Основным недостатком способа по прототипу является использование дополнительных реагентов - малеинового ангидрида для интенсификации процесса, ксилола - для азеотропного вывода воды, большая жирность полученного алкида (>70%). Также авторам данной работы не удалось провести синтез с одновременной загрузкой исходных компонентов, так как в этом случае уже при кислотном числе 38 мг КОН/г смола желатинизировалась. Смолу удовлетворительного качества получали при проведении синтеза в две стадии.
Задачей данного изобретения является оптимизация состава алкидной смолы с одновременным сохранением рабочих характеристик ее раствора в смеси органических растворителей (алкидного лака), таких как цвет, вязкость, сухой остаток, а также скорость высыхания, твердость и эластичность пленки на основе полученного лака.
Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе получения алкидной смолы в качестве растительного масла используют отходы целлюлозно-бумажной промышленности - дистиллированное талловое масло и его жирные кислоты, а также смесь таллового масла с подсолнечным в соотношении 4÷5:1; в роли многоатомного спирта - глицерин и пентаэритрит, в качестве двухосновной кислоты - смесь терефталевой кислоты с недоокисленными промежуточными продуктами окисления п-ксилола (смесь органических кислот - СОК), которая образуется в процессе получения очищенной терефталевой кислоты и, фактически, является отходом производства.
СОК имеет следующий состав, мас.%:
- терефталевая кислота - 80-85;
- п-толуиловая кислота -8-15;
- бензойная кислота - до 0,4;
- 4-карбоксибензальдегид - до 0,1;
- остальное - вода.
Процесс ведут при температуре 250-255°С с одновременной загрузкой исходных реагентов с выводом реакционной воды методом сплавления.
Все опыты проводят в четырехгорлой колбе, снабженной мешалкой, термометром, обратным воздушным холодильником, подводом инертного газа и электрообогревом. Подачу инертного газа осуществляют до завершения синтеза и при смешении смолы с растворителем.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
В колбу загружают полиол, СОК и масляный компонент, включают перемешивание и электрообогрев. Температуру повышают до 250-255°С, выдерживают реакционную массу до кислотного числа не более 15 мг КОН/г и удовлетворительной вязкости 50%-ного раствора смолы в смеси органических растворителей.
По окончании синтеза и охлаждении алкида до ~180°С готовят 50%-ный раствор смолы в смеси растворителей уайт-спирит : сольвент (1:1), измеряют его вязкость по ВЗ-4, оценивают цвет по иодометрической шкале. Покрытия для испытаний готовят нанесением на металлические пластинки растворов алкидных смол в смеси растворителей с сиккативом ЖК-1 (до 3% от массы лака). После нанесения путем окунания лаковые покрытия сушат при температуре 20°С в течение 24 часов, после чего подвергают испытаниям.
В таблицах 1 и 2 сведены рецептуры смол и нормы технологического режима, в таблице 3 представлены результаты испытаний лаковых покрытий.
Таблица 1
Рецептуры алкидных смол
Компоненты
Рецептура
1
2
3
4
5
Подсолнечное масло
-
12
-
-
-
Талловое масло
52
40
-
-
60
Жирные кислоты таллового масла
-
-
50
60
-
СОК
30
30
30
20
20
Глицерин
18
18
20
-
-
Пентаэритрит
-
-
-
20
20
Таблица 2
Технологические нормы
Показатели
Рецептура
1
2
3
4
5
Температура поликонденсации, °С
250
250
252
255
255
Длительность поликонденсации, ч
3,5
3
5
5
5
Вязкость 50%-ного раствора в смеси уайт-спирит - сольвент по ВЗ-4, с
102
71
62
65
68
Кислотное число, мг КОН/г
13,3
9,4
8,5
4,5
7,4
Цвет 50%-ного раствора в смеси уайт-спирит - ксилол по ИМШ, мг J<sub>2</sub>/100 см<sup>3</sup>
60
40
40
20
40
Таблица 3
Показатели покрытий на основе алкидных смол
№ п/п
Показатели
Рецептура
1
2
3
4
5
1
Внешний вид пленки
Прозрачн.
Прозрачн.
Прозрачн.
Прозрачн.
Прозрачн.
2
Высыхаемость до ст.3 за 24 ч при 20°С
Полная
Полная
Полная
Полная
Полная
3
Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ, усл. ед.
0,11
0,14
0,10
0,10
0,10
4
Эластичность пленки при изгибе, мм
1
1
1
1
1
5
Адгезия пленки, баллы
1
1
1
1
1
На основе полученных лаков приготовлены грунтовка по рецептуре ГФ-021 и эмаль белого цвета - ПФ-115. Результаты испытаний полученных лакокрасочных материалов приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты испытаний лакокрасочных материалов
№ п/п
Показатели
Грунтовка
Эмаль
1
Внешний вид
-
После высыхания пленка образует гладкую, однородную без расслаивания, оспин, потеков, морщин и посторонних включений поверхность
3
Адгезия, баллы
1
1
4
Время высыхания до ст.3 при 20°С
24
24
5
Массовая доля нелетучих веществ, %
68,2
67,8
6
Условная вязкость при 20°С по ВЗ-246, с
120
145
7
Эластичность пленки при изгибе, мм
1
1
8
Стойкость при 20°С к статич. воздействию воды, ч
-
24
9
Стойкость при 20°С к статич. воздействию 3%-ного раствора хлористого натрия, ч
24
-
10
Стойкость при 20°С к статич. воздействию минерального масла, ч
48
-
11
Стойкость при 20°С к статич. воздействию трансформаторного масла, ч
-
48
12
Стойкость при 20°С к статич. воздействию 0,5%-ного раствора моющего средства, мин
-
15
13
Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ 2124 (маятник А), отн. ед.
0,14
0,14
Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются:
1) использование СОК, отхода производства ТФК, в качестве двухосновного кислотного компонента вместо фталевого ангидрида, что существенно снижает стоимость конечного продукта;
2) получение алкидных смол в одну стадию;
3) проведение синтеза с выводом реакционной воды методом сплавления, который не требует введения дополнительного растворителя, более прост в конструктивном оформлении и при обслуживании, а также требует меньших энергетических затрат.
Кроме того, сокращается общее время синтеза до 5 часов; снижается температура поликонденсации с участием ТФК до 250-255°С при полном вовлечении ее в синтез; сокращаются потери в результате возгонки кислотного компонента; исключается образование осадка в конечном продукте за счет полного превращения двухосновной кислоты. Реакция поликонденсации протекает более глубоко, без опасения наступления желатинизации. Экономический эффект предлагаемого способа получается от замены дорогостоящих растительных пищевых масел на отход целлюлозно-бумажной промышленности.
Алкидные смолы, полученные предлагаемым способом, светлы и прозрачны.
Список используемой литературы
1. Соломон Д. Химия органических пленкообразователей. М.: Химия, 1971 г. - 319 с.
2. Охрименко И.С., Вархоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. - Л.: Химия, 1978 г. - 392 с.
3. АС №1183509, C08G 63/50.
4. RU №2266921, C08G 63/49, 63/91.