PL182589B1 - Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych z zastosowaniem zewnętrznych emulgatorów, znamienny tym, że fazę olejową zawierającą 85-95% wagowych żywicy alkidowej, 5-15% wagowych emulgatora stanowiącegomieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych oraz ewentualnie do 12% wagowych rozpuszczalnika organicznego, dysperguje się dodając porcjami fazę wodną, zawierającą ewentualnie do 1,5% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,6-0,95 części wagowych na 1część wagową fazy olejowej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania trwałych dyspersji typu olej/woda (o/w) z żywic alkidowych schnących na powietrzu.

Żywice aikidowe będące produktami polikondensacji kwasów mono i wielo karboksylowych z alkoholami wielowodorotlenowymi sąpodstawowym 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 „samoemulgujących” się żywic alkidowych dzięki wbudowaniu do cząsteczek żywic, grup hydrofilowych np. grup wodorotlenowych lub karboksylowych i zobojętnieniu ich do postaci soli, modyfikację żywic pochodnymi oksyetylenowymi, żywicami poliestrowymi itp. Druga metoda otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych polega na zastosowaniu zewnętrznych emulgatorów-^-.

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

182 589

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 wjej skład.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że stabilne dyspersje wodne typu o/w żywic alkidowych schnących na powietrzu, w szczególności zawierających więcej niż 50% kwasów tłuszczowych, otrzymuje się stosując emulgatory zewnętrzne stanowiące mieszaniny oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych i hydroksykwasów tłuszczowych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że fazę olejową zawierającą 85-95% wagowych żywicy alkidowej, emulgator w ilości 5-15% wagowych w stosunku do żywicy alkidowej oraz ewentualnie do 12% wagowych rozpuszczalnika organicznego, dodając porcjami fazę wodną zawierającą ewentualnie do 1,5% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,6-0,95 części wagowych na 1 część wagowąfazy olejowej.

W sposobie według wynalazku stosuje się jako emulgator mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych, korzystnie pochodzących z oleju lnianego lub hydroksykwasów tłuszczowych, korzystnie pochodzących z oleju rycynowego. Obecność wiązań nienasyconych i grup hydroksylowych w łańcuchach alkilenowych emulgatorów, powodują wbudowywanie się cząsteczek emulgatora 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.

Korzystnym jest stosowanie emulgatora zawierającego średnio 65-75% wagowych tlenku etylenu co odpowiada zawartości 20 do 30 cząsteczek tlenku etylenu w cząsteczce monoglicerydu. Taka zawartość tlenku etylenu w emulgatorze powoduje jego dobrą rozpuszczalność w fazie wodnej i silnie hydrofilowe właściwości charakteryzujące się wysokim współczynnikiem HLB> 15. Na właściwości dyspersji otrzymanej sposobem według wynalazku korzystnie wpływa również stosowanie emulgatora zawierającego dodatki częściowo zestryfikowanych kwasem dwukarboksylowym lub jego bezwodnikiem, zwłaszcza bezwodnikiem ftalowym lub maleinowym, oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów. Zawierają one grupy estrowe jako dodatkowe grupy funkcyjne, poprawiające stabilność otrzymywanych dyspersji.

W sposobie według wynalazku stosuje się ewentualnie w fazie olejowej rozpuszczalnik organiczny zwłaszcza glikol butylenowy lub octan glikolu etylenowego. Rozpuszczalnik ten stosuje się w ilości nie przekraczającej 5% wagowych w stosunku do dyspergowanej żywicy.

Emulgatory stosowane do dyspergowania żywic alkidowych sposobem według wynalazku, otrzymuje się na drodze glicerolizy olejów roślinnych, zwłaszcza oleju lnianego lub rycynowego i oksyetylenowanie uzyskanych monoglicerydów gazowym tlenkiem etylenu pod 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. Oksyetylenowane monoglicerydy poddaje się ewentualnie estryfikacji kwasami dwukarboksylowymi lub ich bezwodnikami, zwłaszcza bezwodnikiem maleinowym lub ftalowym, stosując je w stosunkach molowych od 0,1:1 do 0,2:1.

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

Przykład I. Do wytworzenia dyspersji użyto emulgator stanowiący mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów kwasów pochodzących z oleju rycynowego, otrzymaną

182 589 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. Emulgator charakteryzował się liczba estrową LE = 28 i średnią zawartością tlenku etylenu równą70% wagowych, odpowiadającąśredniej zawartości 25 cząsteczek tlenku etylenu najedną cząsteczkę monoglicerydu.

Do 300 g żywicy alkidowej „Ftalak TL - 5800” na bazie kwasów tłuszczowych oleju talowego o zawartości kwasów tłuszczowych około 56% wagowych, dodano 30 g emulgatora i 12 g octanu etylenowego po czym mieszaninę mieszano do ujednolicenia, ogrzewając jednocześnie do temperatury 90°C. Następnie mieszaninę dyspergowano przy szybkości obrotów 9500 obr./min, dodając porcjami 200 g wody, po czym chłodzono do temperatury otoczenia. Charakterystykę otrzymanej dyspersji podano w tabeli. Dyspersje stosowano do otrzymywania wyrobów lakierowanych nawierzchniowych, podkładowych i piecowych, schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

Przykład II. Do wytworzenia dyspersji użyto emulgator stanowiący mieszaninę emulgatora takiego jak w przykładzie I w ilości 90% wagowych, z produktem jego częściowej estryfikacji przy użyciu bezwodnika maleinowego, w temperaturze 200°C, do uzyskania liczby kwasowej LK=5. Mieszanina stanowiąca emulgator, charakteryzowała się liczbą estrową LE = 53, średnią zawartością tlenku etylenu równą 70% wagowych, odpowiadającąśredniej zawartości 25 cząsteczek tlenku etylenu w cząsteczce monoglicerydu lub jego estru.

300 g żywicy alkidowej takiej jak w przykładzie I i 18 g emulgatora, mieszano, ogrzewano i dyspergowano tak jak opisano w przykładzie I, dodając porcjami do fazy olejowej fazę wodną, zawierąjącą260 g wody i 0,33 g dietanoloaminy. Charakterystykę otrzymanej dyspersji podano w tabeli. Otrzymaną dyspersję stosowano do wyrobów lakierowych zewnętrznych i podkładowych, schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

Przykład III. Do wytworzenia dyspersji użyto emulgator stanowiący mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów kwasów pochodzących z oleju lnianego, zawierając ą20% wagowych produktu ich częściowej estryfikacji bezwodnikiem ftalowym. Emulgator otrzymano na drodze glicerolizy oleju lnianego w środowisku alkalicznym w temperaturze około 200°C, oksyetylowania mieszaniną oksyetylenowanych glikoli etylenowych o ciężarach cząsteczkowych 1500 i 4500 w stosunku wagowym 1:1, w temperaturze 220°C a następnie częściowej estryfikacji bezwodnikiem ftalowym w temperaturze 200°C do uzyskania liczby kwasowej LK=4. Emulgator charakteryzował się liczbą estrową LE=138 i średnią zawartością tlenku etylenu równą65% wagowych odpowi^^(^ia^c^iąśredniej zawartości 22 cząsteczek tlenku etylenu najedną cząsteczkę oksyetylenowanego monoglicerydu lub jego estru.

300 g żywicy alkidowej takiej jak w przykładzie I, 30 g emulgatora i 12 g octanu glikolu etylenowego, mieszano, ogrzewano i dyspergowano tak jak opisano w przykładzie I, dodając porcjami do fazy olejowej fazę wodną, zawierąjącą210 g wody i 2,5 g dietanoloaminy. Charakterystykę otrzymanej dyspersji podano w tabeli. Otrzymaną dyspersję stosowano do wyrobów lakierowych nawierzchniowych i podkładowych, schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

Przykład IV. Do wytworzenia dyspersji stosowano emulgator stanowiący mieszaninę oksyetylenowanych glicerydów kwasów oleju konopnego, zawierającą 30% wagowych produktu ich częściowej estryfikacji bezwodnikiem ftalowym. Emulgator otrzymano na drodze glicerolizy oleju konopnego w środowisku zasadowym w temperaturze około 200°C, oksyetylenowania mieszaniną oksyetylenowanych glikoli etylenowych o ciężarach cząsteczkowych 1500 i 4500 w stosunku wagowym 1:1, w temperaturze 220°C a następnie częściowej estryfikacj i bezwodnikiem ftalowym w temperaturze 200°C do uzyskania liczby kwasowej LK=4. Emulgator charakteryzował się liczbą estrową LE=138 i średnią zawartością tlenku etylenu równą70% wagowych odpowiadającą średniej zawartości 20 cząsteczek tlenku etylenu w cząsteczce oksyetylenowanego monoglicerydu lub jego estru.

182 589

300 g żywicy alkidowej takiej jak w przykładzie I, 36 g emulgatora i 12 g octanu glikolu etylenowego, mieszano, ogrzewano i dyspergowano tak jak opisano w przykładzie I, dodając porcjami do fazy olejowej fazę wodną zawierającą 240 g wody i 2,5 g dietanoloaminy. Charakterystykę otrzymanej żywicy podano w tabeli. Otrzymaną żywię stosowano do wyrobów lakierowych nawierzchniowych i podkładowych, schnących na powietrzu w temperaturze otoczenia.

Tabela

Charakterystyka otrzymanych dyspersji

Własności/Nr przykładu	I	II	III	IV
1. Rodzaj żywicy:	Ftalak	Ftalak	Ftalak	Ftalak
- zawartość kwasów tłuszczowych	TL-5800	TL-5800	TL-5800	TL-5800
% wag.	ok. 56	ok. 56	ok. 56	ok. 56
- rodzaj kwasów tłuszczowych	kwasy oleju	kwasy oleju	kwasy oleju	kwasy oleju
	talowego	talowego	talowego	talowego
2. Ilość emulgatora, % wag.	19	6	8	12
3. Charakterystyka dyspersji: - zawartość suchej masy % wag.	58-60	50-52	45-50	45-48
- odczyn 10% roztworu wodnego, pH	6,0-6,1	6,5-6,8	6,0-6,2	7,1-7,9
- lepkość w 25°C, mPas	4000-6000	10000-13000	12000-14000	1600-1800
- stabilność 10% roztworu wodnego po 10 dniach, % obj.	96-98	89-92	86-92 i	88-93
- odporność na cykl zmiennych temperatur	8 cykli	8 cykli	6 cykli	6 cykli
- odporność na wymrażanie (16 h w temp. -4°C, 8 h w temp. otoczenia)	+	+	+	+
- wysychanie z sykatywami, h 1°C	1,0	1,5-2,0	2,0-3,0	3,0-3,5
3°C	11,0	9,0	11,0	14,0

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

182 589

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

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania dyspersji wodnych z żywic alkidowych z zastosowaniem zewnętrznych emulgatorów, znamienny tym, że fazę olejową zawierającą 85-95% wagowych żywicy alkidowej, 5-15% wagowych emulgatora stanowiącego mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych oraz ewentualnie do 12% wagowych rozpuszczalnika organicznego, dysperguje się dodając porcjami fazę wodną, zawierającą ewentualnie do 1,5% wagowych dietanoloaminy, przy czym fazę wodną dodaje się w ilości 0,6-0,95 części wagowych na 1 część wagową fazy olejowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator stosuje się mieszaninę monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych, oksyetylenowych 20-30 cząsteczkami tlenku etylenu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzących z oleju lnianego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator stosuje się mieszaninę oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych hydrokwasów tłuszczowych pochodzących z oleju rycynowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się emulgator zawierający dodatki częściowo zestryfikowanych bezwodnikiem kwasu ftalowego lub maleinowego, oksyetylenowanych monoglicerydów nienasyconych kwasów tłuszczowych lub hydroksykwasów tłuszczowych.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik organiczny, wchodzący w skład fazy olejowej, stosuje się glikol etylenowy lub octan glikolu etylenowego.