Двухупаковочние поліуретанові лакофарбові матеріали

Зміст

Введення

1. Сировина для одержання ПУ ЛКМ

2. Способи синтезу ПУ лакофарбових матеріалів і напівпродуктів

3. Технологічна схема отримання преполімер на основі продуктів Алкоголиз касторової олії

4. Фізико-хімічні показники ПУ емалі і покриття на його основі

5. Сучасні методи модифікації

6. Області застосування і фірми-виробники

Висновок

Список використаної літератури

Введення

Жоден клас плівкоутворювачів не володіє таким різноманіттям властивостей, як поліуретани (ПУ), які дозволяють одержувати покриття із заздалегідь заданими властивостями.

В даний час на світовому ринку є досить широкий вибір сировинних компонентів для поліуретанових ЛКМ. Варіювання поліольного і ізоціанатного компонентів дозволяє отримати композиції, придатні для фарбування практично будь-якого виробу. У кожному конкретному випадку при виборі поліуретанового ЛКМ слід керуватися типом окрашиваемого матеріалу та умовами його експлуатації.

Поліуретанові ЛКМ можуть бути одно - і двухупаковочнимі. Згідно з міжнародною класифікацією їх можна розділити на кілька груп. Першу складають двухупаковочние системи, отверждающиеся при звичайній або підвищеній температурі. Друга група об'єднує поліуретанові ЛФМ, отверждающиеся при звичайній температурі вологою повітря. Третю групу складають поліуретанові ЛКМ гарячої сушки, що утворюють покриття при високій температурі (100 - 150 ° С). Четверта група - це поліуретани фізичної сушки, до яких належать, зокрема, водні дисперсії. В останню групу входять ЛКМ на основі модифікованих поліуретанів - уралкідов окисної сушки.

1. Сировина для одержання ПУ ЛКМ

Сировиною для отримання поліуретанів служать ізоціанати і поліатомние спирти / 1 /. Основним ізоціатним сировиною для отримання ПУ плівкотвірних служить 2,4-толуілендіізоціанат (1) і його суміш з 2,6-ізомером (2).

СН3 СН3

NCO OCN NCO

(1) (2)

СН3

Зважаючи токсичності і сильною летючості низькомолекулярних диизоцианатов, готують більш високомолекулярний продукт, що володіє зниженою летючість і меншою токсичністю (аддукт). Прикладом такого аддукт є продукт взаємодії 2,4-толуілендіізо-цианата з продуктами переетерифікації касторової олії гліцерином (преполімер КТ):

O NCO

СН2 - О - С - NH - CH 3

Про NCO

CH - O - C - NH - CH 3

Про

CH 2 - O - C (CH 2) 7 - CH = CH - CH 2 - CH - (CH 2) 5 - CH 3 NCO

I

О - СО - Н N - CH 3

Розчинником для преполімеру служить толуол.

Двухупаковочние матеріали, отверждаются вологою повітря, складаються з розчинів двох компонентів - преполімеру і каталізатора. Для досягнення високої швидкості покриття в результаті взаємодії преполімеру з вологою повітря в якості каталізатора використовують триетаноламін. Його розчиняють у суміші розчинників - гліколей, етилацетату, бутилацетата, етілглікольацетата і ксилолу. Гликоли вводять для поліпшення розчинності триетаноламіну, при цьому вони беруть участь у затвердінні за рахунок додаткової освіти поперечних уретанових зв'язків. Розчин каталізатора вводять в преполімер перед вживанням / 1 /.

При затвердінні двухупаковочних ПУ матеріалів протікає ряд хімічних реакцій, однак при еквівалентних співвідношеннях груп NCO і ВІН реакція уретанообразованія є переважаючою:

- ROH + OCNR '- → - ROCNH - R' -

II

O

При затвердінні плівки на повітрі можлива побічна реакція ізоціанатних груп з водою, що приводить в кінцевому підсумку до утворення карбамідних зв'язків.

2. Способи синтезу ПУ лакофарбових матеріалів і напівпродуктів

У промисловості можна одним і тим же способом отримувати різні ПУ лакофарбові матеріали. Наприклад, за однією і тією ж схемою виробництва лаків, отверждаются вологою повітря, можна отримувати на основі продуктів Алкоголиз касторової олії триетаноламіном і гліцерином відповідно однопакувальний і двухупаковочние матеріали.

Для отримання двокомпонентних систем знайшли так само застосування такі Поліізоціонат, як Поліізоціонат-Біурета, які отверждаются без нагрівання тільки в присутності каталізаторів (октоата і нафтената цинку). Покриття на його основі володіють меншою твердістю, але хорошою кольорово - і погодостойкостью.

Вітчизняна промисловість випускає аліфатичний поліізо - цианат-Біурета на основі гексаметілендіізоціаната і води. Але вони погано змішуються, тому воду вводять в суміші з розчинниками (діоксанів або ацетоном).

3. Технологічна схема отримання преполімер на основі продуктів Алкоголиз касторової олії

Технологічний процес отримання преполімер включає дві стадії:

переетерифікації касторової олії гліцерином;

синтез преполімеру на основі переетеріфіката і 2,4-толуілен-

диизоцианата.

Перша стадія - переетерифікації касторової олії - має ряд особливостей, пов'язаних з введенням в реакційну систему ізоціанатів. По-перше, переетерифікації проводять без каталізаторів, оскільки звичайні каталізатори цієї реакції (оксиди свинцю, кальцію, луги) каталізують також реакції ізоціанатів (полімеризацію, освіта карбаміду, Біурета і т.д.), що може значно знизити стабільність преполімер при зберіганні. По-друге, щоб уникнути побічних реакцій переетеріфікат піддають ретельному зневоднення (воду відганяють прямий відгоном).

Технологічна схема представлена ​​на рис.1.

Рисунок 1 - Технологічна схема виробництва "преполімеру КТ".

1, 7 - рідинні лічильники; 2, 13 - конденсатори; 3-5 - вагові мірники; 6 - обігрівається ваговій мерник; 8 - вакуум-приймач; 9 - розділовий судину; 10 - теплообмінник; 11 - реактор з індукційним обігрівом, 12 - реактор з пароводяної сорочкою; 14 - проміжна ємність; 15 - шестерний насос, 16 - ваги, 17 - тара.

Переетерифікації касторової олії гліцерином проводять азеотропні способом в реакторі 11 при таких співвідношеннях вихідних компонентів (мас. частинах):

рицинова олія 75,6

гліцерин 12,6

толуол 11,8

Переетерифікації ведуть без каталізатора в струмі інертного газу при 240 º С. Після закінчення Алкоголиз реакційну масу охолоджують до 30 - 40 º С і відмивають водою від непрореагировавшего гліцерину. Отриманий переетеріфікат ретельно зневоднюють в тому ж апараті за допомогою азеотропной отгонки води у вигляді суміші з толуолом. Відігнаний водно-толуольную суміш спочатку збирають в розділовому посудині 9, звідки толуол знову повертається в реактор 11. Потім, на кінцевих стадіях процесу, з метою більш повного зневоднення проводять пряму отгонку водно-толуольной суміші в приймач 8. Залишковий вміст води в переетеріфікате не повинно перевищувати 0,15%.

Преполімер КТ отримують в реакторі 12 в розчині толуолу в струмі інертного газу в таких співвідношеннях вихідних компонентів:

Співвідношення% (мас)

NCO і ВІН гр.

переетеріфікат касторової

масла гліцерину 1 34,4

2,4-толуілендіізоціанат 2 35,2

толуол - 30,4

Процес ведуть при 50 - 55 º С, поступово додаючи переетеріфікат касторової олії до розчину 2,4-толуілендіізоціаната. Реактор 12 забезпечений подачею охолоджувальної води, оскільки процес сильно екзотермічен. Процес ведуть до отримання продукту з заданими параметрами, який потім зливають в тару.

4. Фізико-хімічні показники ПУ емалі і покриття на його основі

У продаж надходить двокомпонентна система, що складається з напівфабрикату емалі й поліізоціанатного затверджувача, що змішуються перед застосуванням. Напівфабрикат емалі - суспензія пігментів і наповнювачів з цільовими добавками в розчині смоли. Затверджувачі поставляються комплектно.

Властивості лакофарбового матеріалу / 4 /:

Наноситься емаль різними способами - пневматичним, безповітряним розпиленням, валиком і кистю.

Після затвердіння покриття набуває властивості / 4 /:

Вони характеризуються швидкою сушкою, атмосферо-, водо-, хім-, абразиви-, морозо-і термостійкістю. Поліуретани володіють чудовою адгезією до різних підкладок, включаючи метал, деревину, пластмасу, бетон і т.д. Готові покриття мають, як правило, відмінний зовнішній вигляд.

5. Сучасні методи модифікації

Відносно новим видом поліуретанових ЛКМ є водні композиції, які знаходять все зростаюче застосування при фарбуванні виробів з деревини, пластмас, металу та інших матеріалів. Особливо популярні водні двухупаковочние поліуретани. Вони ідеально підходять для антикорозійних покриттів по металу. Найважливішими споживачами такого роду матеріалів виступають автомобілебудування, авторемонтний сектор, а також виробники військової техніки, які використовують двухупаковочние поліуретанові дисперсії з вмістом летких не більше 180 г / л, що дозволяють сформувати термо - і хімстійки верхнє покриття для літаків і тактичної зброї.

Найбільш поширеним типом водних ЛКМ для деревини є суміші поліуретанових дисперсій і акрилових латексів, гібридні акрілуретановие дисперсії і композиції на основі акрілуретанов з частинками типу ядро ​​/ оболонка / 5 /.

При використанні ПУ для покриттів, необхідно брати до уваги, що акрілоуретановие покриття характеризуються підвищеною стійкістю до дії води, кислотних дощів і газів, а поліефіруретановие - твердістю і хімстійкість, хоча і не витримують прямого контакту з рідкими хімікаліями. Епоксіуретановие покриття володіють чудовою хімічної і корозійної стійкості, а через недостатню атмосферостійкості і схильності до меленої не можуть застосовуватися для верхніх оздоблювальних покриттів.

Досить новою розробкою є емаль - УР-11, яка призначена для покриття цистерн для зберігання нафти і нафтопродуктів, гідротехнічних споруд, мостів і металоконструкцій різного призначення / 6 /.

Найближчим часом планується розробити широкий асортимент двухупаковочних епоксіуретанових ЛФМ, покриття на основі яких відрізняються високою швидкістю твердіння, хімстійкість і стійкістю до подряпин. Застосування Добавок фірми Byk Chemie дозволило створити тиксотропні ЛКМ для забарвлення меблевої фурнітури, лаки для обробки металізованих пластмас і виробів з чорного дерева з високоскользящей поверхнею, що виключає появу подряпин. На даний момент проходить експлуатаційні випробування червоний прозорий епоксіуретановий лак, призначений для фарбування світлоповертаючих дорожніх знаків скляних типу "котяче око" / 3 /.

6. Області застосування і фірми-виробники

Емаль УР-1-206 призначена для антикорозійного захисту внутрішніх поверхонь резервуарів, цистерн, сховищ під світлі нафтопродукти, насосного і ємнісного обладнання, що експлуатуються в умовах відкритої промислової атмосфери помірного, холодного, морського і тропічного клімату, а також в атмосфері, яка містить корозійно - агресивні агенти.

В даний час виробництвом поліуретанових ЛКМ займається велика кількість великих і середніх фірм у всьому світі. Серед найбільш відомих - ICI (Англія), Вауег (Німеччина), Akzo Nobel (Голландія), Monsanto (США), Air Products (США), King Ind. (США), РСР Polymers (США), Reichhold (Німеччина), BASF (Німеччина), Kemira (Фінляндія), Cray Valley (Англія), DSM (Голландія), Rhone-Poulenc (Франція) і т.д. За даними американських фахівців, понад 60% лакофарбових фірм США поставляють на ринок ті чи інші поліуретанові ЛКМ / 4 /.

Емаль УР-175 призначена для шаруватих пластиків, металевих деталей і складальних одиниць вимірювальної апаратури, магнітів, місць пайки, розвальцьовування, кріпильних деталей.

Висновок

Таким чином, якщо мова йде про вибір ЛКМ з тривалим терміном експлуатації, то перевага віддається ПУ ЛКМ і системам покриттів на їх основі. Тому вони зустрічаються практично у всіх галузях промислового виробництва. Що було зазначено вище. Ця область одна з найбільш перспективних у плані подальшого розвитку і дослідження, так як на основі поліуретану можна виготовляти екологічно сприятливі ЛКМ з високою якістю покриття.

Список використаної літератури

1. Сорокін М.Ф., Шоде Л.Г., Кочнова З.А. Хімія і технологія плівкотвірних речовин. - М.: Хімія, 1981 - 448 с.

2. Сировина й напівпродукти для лакофарбових матеріалів, Довідковий посібник. / Під ред.М. М. Гольдберга. М.: Хімія, 1978, 512с.

3. ЛФМ, Журнал. / № 7 - 8 / 2001, с.60

4. www. niilkp. ru

5. www. plastinfo. ru

6. www. gammalkm. spb. ru