PL182549B1 - Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych - Google Patents

Abstract

Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych z zastosowaniem zewnętrznych emulgatorów, znamienny tym, że fazę olejową zawierającą 80-90% wagowych żywicy alkidowej, 8-15% wagowych emulgatora stanowiącego częściowo zestryfikowany kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikem oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej i ewentualnie do 10% wagowych rozpuszczalnika organicznego, dysperguje się dodając porcjami fazę wodną, zawierającą 2-6% wagowych emulgatora stanowiącego mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych i ewentualnie do 3% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,7-1 części wagowych na 1 część wagową fazy olejowej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania trwałych dyspersji typu olej/woda (o/w) z żywic alkidowych schnących na powietrzu a w szczególności żywic alkidowych zawierających mniej niż 50% kwasów tłuszczowych.

Żywice alkidowe będące produktami polikondensacji kwasów mono i wielo karboksylowych z alkoholami wielowodorotlenowymi są podstawowym składnikiem lakierów, farb i emalii olejnych, rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych.

Konwencjonalne farby alkidowe zawierają do 30% wagowych rozpuszczalników organicznych, natomiast farby otrzymane na bazie dyspersji wodnych żywic alkidowych tylko 2% tych rozpuszczalników. Farby takie są konkurencyjne w stosunku do farb opartych na dyspersjach wodnych żywic akrylowych, które zawierają 5-11% rozpuszczalników organicznych.

Dotychczas znane są dwie podstawowe metody otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych. Pierwsza metoda polega na otrzymywaniu tak zwanych samo emulgujących się żywic alkidowych dzięki wbudowaniu do cząsteczek żywic, grup hydrofilowych np. grup wodorotlenowych lub karboksylowych i zobojętnieniu ich do postaci soli, modyfikację żywic pochodnymi oksyetylenowanymi, żywicami poliestrowymi itp. Druga metoda otrzy182 549 mywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych polega na zastosowaniu zewnętrznych emulgatorów.

Żywice aikidowe można rozpatrywać jako niejonowe emulgatory typu woda/olej (w/o) o niskim współczynniku równowagi hydrofilowo-hydrofobowej HLB = 1. Dla przeprowadzenia żywicy w dyspersję typu o/w, konieczne jest zastosowanie emulgatora silnie hydrofitowego o współczynniku HLB > 15, tak aby cały układ osiągnął współczynnik HLB = 5-11 dla uzyskania trwałej dyspersji.

Z niemieckiego opisu patentowego nr 2455896, znany jest sposób otrzymywania dyspersji wodnych żywic alkidowych o zawartości kwasów tłuszczowych 32-72% wagowych, z zastosowaniem emulgatorów zewnętrznych stanowiących produkty oksyetylenowania polialkoholi polietylenoglikolami zablokowanymi jednostronnie grupą metoksylową. Dyspergowanie prowadzono w temperaturze 80-90°C, w środowisku wodnym, zawierającym 0,5-2% wagowych amoniaku oraz 6-12% wagowych emulgatora.

Dyspersje otrzymane tym sposobem charakteryzują się stosunkowo niską stabilnością na skutek zmian pH dyspersji spowodowanych odparowywaniem amoniaku, wchodzącego w jej skład.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że stabilne dyspersje wodne typu o/w żywic alkidowych schnących na powietrzu, w szczególności żywic zawierających mniej niż 50% wagowych kwasów tłuszczowych, otrzymuje się stosując podczas dyspergowania żywicy dwa rodzaje emulgatorów zewnętrznych. Do fazy olejowej dodaje się emulgator stanowiący częściowo zestryfikowany kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikiem, oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej zaś do fazy wodnej emulgator, stanowiący mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych i hydroksykwasów tłuszczowych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że fazę olejową zawierającą 80-90% wagowych żywicy alkidowej, 8-15% wagowych emulgatora fazy olejowej, oraz ewentualnie do 10% wagowych rozpuszczalnika organicznego, zwłaszcza glikolu butylenowego lub octanu glikolu etylenowego, dysperguje się, dodając porcjami fazę wodną zawierającą 2-6% wagowych emulgatora fazy wodnej, i ewentualnie do 3% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,7-1 części wagowych na 1 część wagową fazy olejowej.

W sposobie według wynalazku jako emulgator w fazie olejowej stosuje się częściowo zestryfikowany kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikiem, korzystnie bezwodnikiem kwasu ftalowego, oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej, zawierający korzystnie 60-70% wagowych tlenku etylenu.

Jako emulgator w fazie wodnej stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych, pochodzących zwłaszcza z oleju lnianego lub hydroksykwasów tłuszczowych, pochodzących zwłaszcza z oleju rycynowego, zawierających korzystnie 20-30 cząsteczek tlenku etylenu w jednej cząsteczce monoglicerydu. Taka zawartość tlenku etylenu w emulgatorze powoduje jego dobrą rozpuszczalność w fazie wodnej i silnie hydrofitowe właściwości, charakteryzujące się wysokim współczynnikiem HLB >15.

Jako emulgator w fazie wodnej korzystnie stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzących z oleju lnianego.

Jako emulgator w fazie wodnej również korzystnie stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych hydroksykwasów tłuszczowych pochodzących z oleju rycynowego.

Jako rozpuszczalnik organiczny w fazie olejowej stosuje się zwłaszcza glikol etylenowy lub octan glikolu etylenowego w ilości do 5% wagowych.

Emulgatory stosowane w fazie olejowej w sposobie według wynalazku otrzymuje się na drodze glicerolizy dyspergowanej żywicy alkilenowej w temperaturze około 200°C, oksyetylenowania przy zastosowaniu oksyetylenowanego glikolu etylenowego o ciężarze cząsteczkowym M = 1500-4500, w temperaturze 220°C, a następnie częściową estryfikację zwłaszcza bezwodnikiem kwasu ftalowego w temperaturze około 160°C.

Emulgatory stosowane w fazie wodnej otrzymuje się na drodze glicerolizy olejów roślinnych i oksyetylenowania uzyskanych monoglicerydów gazowym tlenkiem etylenu pod

182 549 zwiększonym ciśnieniem z zastosowaniem katalizatora alkalicznego, w temperaturze 130-160°C lub polietylenoglikolem w temperaturze 200-220°C. Wprowadza się w ten sposób średnio 25 cząsteczek tlenku etylenu do cząsteczki monoglicerydu.

Obecność wiązań nienasyconych i grup hydroksylowych w łańcuchach alkilenowych emulgatorów, powoduje wbudowywanie się cząsteczek emulgatorów do cząsteczek żywicy, podczas jej schnięcia. W wyniku tego emulgatory nie pogarszają pierwotnych właściwości użytkowych żywicy, takich jak szybkość wysychania i odporność na działanie czynników atmosferycznych.

Dyspersje otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzują się dobrą stabilnością i odpornością na zmiany temperatur w zakresie od -5 do +60°C oraz dobrym wysychaniem w temperaturze otoczenia.

Przykład I. Do 300 g żywicy alkidowej Ftalak RDU-4000, na bazie kwasów rycynowych o zawartości około 40% wagowych kwasów tłuszczowych, dodano 33 g emulgatora A i 12 g octanu glikolu etylenowego po czym mieszaninę mieszano do ujednolicenia ogrzewając jednocześnie do temperatury 90°C. Następnie mieszaninę dyspergowano z szybkością 9500 obr/min, dodając porcjami fazę wodną zawierającą 250 g wody, 12 g emulgatora B oraz 5,5 g dietanoloaminy . Orzymumą dyspersję chłodzono do temperahry otoczenia.

Emulgator A stanowił częściowo zestryfikowany bezwodnikiem ftalowym, oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej, charakteryzujący się liczbą estrową LE = 165 i średnią zawartością tlenku etylenu wynoszącą 60% wagowych. Emulgator ten otrzymany został na drodze glicerolizy dyspergowanej żywicy w temperaturze około 200°C, do liczby kwasowej LK = 5 a następnie oksyetylenowrnir, oksyetylenowreym glikolem etylenowym o ciężarze cząsteczkowym 1500, w temperaturze 220°C do uzyskania LK = 2 i następnie częściowej estryfikacji bezwodnikiem ftalowym, w temperaturze 160°C, do uzyskania LK= 15.

Emulgator B stanowił mieszaninę oksyetylenowreych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzących z oleju lnianego, charakteryzującą, się liczbą estrową LE = 28, liczbą kwasową LK = 0 i średnią zawartością 25 cząsteczek tlenku etylenu na jedną cząsteczkę monoglicerydu. Otrzymany został on na drodze glicerolizy oleju lnianego w środowisku alkalicznym w temperaturze około 200°C a następnie oksyetylenowania tlenkiem etylenu w środowisku alkalicznym, w temperaturze około 130°C.

Charakterystykę otrzymanej żywicy podano w tabeli.

Dyspersję stosowano do otrzymywania wyrobów lakierowych nawierzchniowych i podkładowych schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

Przykład II. Do 300 g żywicy alkidowej takiej jak w przykładzie I dodano 30 g emulgatora C i 20 g octanu glikolu etylenowego a następnie mieszano, ogrzewano i dyspergowano tak jak opisano w przykładzie I, dodając porcjami do fazy olejowej fazę wodną, zawierającą 330 g wody i 6 g emulgatora D.

Emulgator C stanowił częściowo zestryfikowany bezwodnikiem maleinowym , oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej, charakteryzujący się liczbą estrową LE = 170 i średnią zawartością tlenku etylenu wynoszącą 60%o wagowych. Emulgator ten otrzymany został na drodze glicerolizy dyspergowanej żywicy, w temperaturze 200°C do uzyskania liczby kwasowej LK = 2, oksyetylenowmia glikolem etylenowym o ciężarze cząsteczkowym M = 3000, w temperaturze 220°C, do uzyskania LK = 2 a następnie z częściowej estryfikrcji bezwodnikiem maleinowym, w temperaturze 160°C do uzyskania LK =15.

Emulgator D stanowił mieszaninę oksyetylenowmych monoglicerydów kwasów pochodzących z oleju rycynowego i charakteryzował się liczbą estrową LE = 28 i średnią zawartością tlenku etylenu równą 70% wagowych, odpowiadają średniej zawartości 25 cząsteczek tlenku etylenu na jedną cząsteczkę monoglicerydu. Otrzymany został on na drodze glicerolizy oleju rycynowego w środowisku alkalicznym, w temperaturze około 200°C i oksyetylenowania tlenkiem etylenu w środowisku alkalicznym w temperaturze około 130°C.

Charakterystykę otrzymanej dyspersji podano w tablicy.

Dyspersję stosowano do otrzymywania wyrobów lakierowych nawierzchniowych i podkładowych, schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

182 549

Tabela

Charakterystyka otrzymanych dyspersji

Własności/Nr przykładu	I	II
1. Rodzaj żywicy:	Ftalak	Ftalak
- zawartość kwasów tłuszczowych % wag.	RDU-4000 ok. 40	RDU-4000 ok. 40
- rodzaj kwasów tłuszczowych	kwasy rycynowe	kwasy rycynowe
2. Ilość emulgatora, % wag. faza olejowa	11	10
faza wodna	4	2
3. Charakterystyka dyspersji: - zawartość suchej masy % wag.	52-55	50-52
- odczyn 10% roztworu wodnego, pH	7,1-7,9	7,0-7,5
- lepkość w 25°C, mPas	1600-1800	1500-2000
- stabilność 10% roztworu wodnego po 10-ciu dniach, % obj.	97-100	95-97
-odporność na cykl zmiennych temperatur	5 cykli	3 cykle
- odporność na wymrażanie (16 h w temp. -4°C, 8 h w temp. otoczenia	+	+
- wysychanie z sykatywami, h’ 1°C	1,5-2,5	1,5-2,2
3°C	-	-

* - wysychanie oznaczono wg normy PN-79/C/81519

182 549

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic aikidowych z zastosowaniem zewnętrznych emulgatorów, znamienny tym, że fazę olejową zawierającą 80-90% wagowych żywicy alkidowej, 8-15% wagowych emulgatora stanowiącego częściowo zestryfikowany kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikem oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej i ewentualnie do 10% wagowych rozpuszczalnika organicznego, dysperguje się dodając porcjami fazę wodną, zawierającą 2-6% wagowych emulgatora stanowiącego mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych i ewentualnie do 3% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,7-1 części wagowych na 1 część wagową fazy olejowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, że jako emulgator w fazie olejowej stosuje się częściowo zestryfikowany kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikiem, oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej, zawierający 60-70% wagowych tlenku etylenu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator w fazie olejowej, stosuje się częściowo zestryfikowany bezwodnikiem kwasu ftalowego, oksyetylenowany produkt glicerolizy dyspergowanej żywicy alkidowej.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator w fazie wodnej stosuje się mieszaninę monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych oksyetylenowanych 20-30 cząsteczkami tlenku etylenu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator w fazie wodnej stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzących z oleju lnianego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator w fazie wodnej stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych hydroksykwasów tłuszczowych pochodzących z oleju rycynowego.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik organiczny, wchodzący w skład fazy olejowej, stosuje się glikol etylenowy lub octan glikolu etylenowego.