PL188292B1

PL188292B1 - Sposób wytwarzania wodorozcieńczalnych alkidowych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu

Info

Publication number: PL188292B1
Application number: PL98324165A
Authority: PL
Inventors: Gabriel Rokicki; Leszek Łukasik; Aneta Wyban
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 2005-01-31
Also published as: PL324165A1

Abstract

Sposób wytwarzania wodorozcieńczalnych alkidowych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu, znamienny tym, że zobojętniony węglanami lub wodorotlen kami metali alkalicznych produkt kondensacji dwóch moli alkoholi C 4 -C 8 z 1 molem kwasu 5-sulfoizoftalowego poddaje się transestryfikacji alkoholizatem będącym miesza niną niepełnych estrów gliceryny i pentaerytrytu kwasów tłuszczowych olejów roślinnych schnących i półschnących usuwając ze środowiska reakcji tworzący się alkohol C 4 -C 8 przez destylację, a produkt transestryfikacji kondensuje się z kwasami dwukarboksylo- wymi lub ich bezwodnikami, po czym powstały produkt w znany sposób zobojętnia się, dodaje sykatywy, rozpuszczalniki koalescencyjne, pigmenty, komponenty uszlachetniające i rozcieńcza wodą.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodorozcieńczalnych alkidowych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu, zawierających grupy hydrofilowe.

Wodorozcieńczalność dotychczas produkowanych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu na podstawie alkidowych żywic poliestrowych uzyskiwano (T. Spychaj, S. Spychaj „Farby i kleje wodorozcieńczalne” WNT Warszawa 1996), wprowadzając do cząsteczki żywicy polarne grupy hydrofilowe, jonowe i niejonowe. Najczęściej jako grupy jonowe stosuje się karboksylany amoniowe powstające w wyniku zobojętnienia grup karboksylowych żywicy lotnymi trzeciorzędowymi aminami np. trietyloaminą lub amoniakiem. W przypadku soli amoniowych po odparowaniu aminy odporność powłoki na działanie wody jest większa i wynika ze stosunkowo małej polamości grup karboksylowych w porównaniu z karboksylanowymi. Jako grupy niejonowe stosuje się fragmenty poli(oksyetylenowe) wbudowywane zarówno do łańcucha głównego jak i bocznego poliestru. Wadą takiego rozwiązania jest zmniejszona odporność na działanie wody uzyskanych z takich żywic powłok. Dyspersje wodne z żywic zawierających grupy karboksylanowe ze względu na wysokie pH (powyżej 8) wynikające z obecności soli słabego kwasu i mocnej zasady są z kolei bardziej narażone na hydrolizę wiązań estrowych. W wyniku hydrolizy następuje zmniejszenie ciężaru cząsteczkowego poliestru, co prowadzi do zmniejszenia zawartości wiązań nienasyconych w cząsteczce i tym samym do zmniejszenia szybkości schnięcia i zmniejszenia gęstości usieciowania. Ponadto zasadowe środowisko ogranicza stosowanie standardowych sykatyw na podstawie metali o zmiennej wartościowości.

Wiadomo na przykład z polskich opisów patentowych nr 148 766 i 172 476, że aby uzyskać dobrą tolerancję na wodę żywica z grupami karboksylowymi powinna charakteryzować się liczbą kwasową powyżej 50 mg KOH/g, co wymaga użycia drogich wielofunkcyjnych składników kwasowych np. bezwodnika trimelitowego, dwubezwodnika kwasu 3,3',4,4'-benzofenonotetrakarboksylowego. Stosowanie wielofunkcyjnych składników kwasowych pozwala równocześnie na zachowanie dużego ciężaru cząsteczkowego przy wysokiej wartości liczby kwasowej.

Biorąc powyższe pod uwagę celowe wydało się zastosowanie jako jonowych grup polarnych sulfonianów metali alkalicznych. W porównaniu z karboksylanami amoniowymi odznaczają się one korzystniejszym współczynnikiem bilansu hydrofilowo-hydrofobowego, wyższym stopniem dysocjacji, a także obojętnym odczynem dyspersji wodnych. Ogranicza to zagrożenie związane z hydrolizą wiązań estrowych a także zapewnia większą stabilność dyspersji. Do takich układów możliwe jest również stosowanie typowych sykatyw na podstawie soli metali przejściowych.

188 292

Jednakże okazało się, że próba wprowadzenia kwasu 5-sulfoizoftalowego do cząsteczki schnącej na powietrzu żywicy alkidowej na drodze prostej estryfikacji prowadzi, w przeciwieństwie do nasyconych poliestrów (opis patentowy USA Nr 4 340 519), do zesmolenia i częściowego usieciowania żywicy. Również użycie soli monosodowej kwasu 5-sulfoizoftalowego lub soli monosodowych estrów dimetylowych, dietylowych kwasu 5-sulfoizoftalowego nie prowadzi do wbudowania soli monosodowej kwasu 5-sulfoizoftalowego do struktury żywicy alkidowej. Ze względu na dużąpolarność wyżej wymienionych związków następowało utworzenie drugiej fazy, do której przechodziły wielofunkcyjne składniki hydroksylowe (gliceryna, pentaerytryt). W wyniku ich estryfikacji lub transestryfikacji solą monosodową kwasu 5-sulfoizoftalowego lub jego estru następowało tworzenie się usieciowanego poliestru.

Nieoczekiwanie okazało się, że wad tych unika się stosując jako substrat wprowadzający do struktury żywicy polarne grupy sulfonianowe diester alkoholu o czterech do ośmiu atomów węgla w cząsteczce i soli monosodowej kwasu 5-sulfoizoftalowego, korzystnie diestru alkoholu amylowego.

Alkohole o dłuższym łańcuchu węglowodorowym nadają soli większą lipofilowość, ułatwiając ich rozpuszczenie w mało polarnym środowisku, a ich stosunkowo niska temperatura wrzenia pozwala usuwać je w procesie transestryfikacji ze środowiska reakcji przez destylację.

Sposób wytwarzania wodorozcieńczalnych alkidowych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu polega na transestryfikacji zobojętnionego węglanami lub wodorotlenkami metali alkalicznych produktu kondensacji dwóch moli alkoholu C4-C8 z 1 molem kwasu 5-sulfoizoftalowego alkoholizatem będącym mieszaniną niepełnych estrów gliceryny i pentaerytrytu kwasów tłuszczowych olejów roślinnych schnących i półschnących usuwając ze środowiska reakcji tworzący się alkohol C4-C8 przez destylację; produkt transestryfikacji kondensuje się następnie z kwasami dwukarboksylowymi lub ich bezwodnikami. Tak otrzymaną żywicę alkidową w znany sposób zobojętnia się, dodaje sykatywy, rozpuszczalniki koalescencyjne, pigmenty, komponenty uszlachetniające i rozcieńcza wodą.

Sposobem według wynalazku otrzymuje się rozcieńczalne wodą wyroby lakierowe o większej odporności na hydrolizę, krótkim czasie wysychania i zwiększonej twardości powłok lakierniczych.

Sposób według wynalazku bliżej ilustrują podane niżej przykłady.

Przykład I. Do reaktora pojemności 200 cm³ zaopatrzonego w mieszadło mechaniczne, termometr oraz chłodnicę destylacyjną wprowadzono 30,5 g kwasu 5-sulfoizoftalowego oraz 107 g alkoholu amylowego i ogrzewano zawartości reaktora usuwając wodę w postaci azeotropu z alkoholem amylowym. Następnie pod zmniejszonym ciśnieniem oddestylowano nadmiar alkoholu. Do pozostałości dodano 150 cm3 wody, kilka kropel błękitu bromotymolowego i miareczkowano do zobojętnienia 20% wodnym roztworem Na₂CO₃ (pH ~7). Po zobojętnieniu dodano 50 cm3 ketonu etylowo metylowego i odparowano rozpuszczalniki. Powstały w ten sposób biały osad odsączono i suszono pod zmniejszonym ciśnieniem.

Otrzymaną tą drogą sól monosodową kwasu 3,5-bis(pentyloksykarbonylo)benzenosulfonowego dodano do alkoholizatu otrzymanego w wyniku ogrzewania 195 g oleju lnianego, 44 g pentaerytrytu i 0,1 g PbO. Proces alkoholizy prowadzono w temperaturze 240-245°C do uzyskania pozytywnego wyniku testu izopropanolowego. Transestryfikację prowadzono w temperaturze 130-150°C oddestylowując tworzący się alkohol amylowy. Następnie dodano 72 g bezwodnika ftalowego i prowadzono polikondensację z azeotropowym (toluen) usuwaniem wody w temperaturze 160-165°C do osiągnięcia liczby kwasowej żywicy LK = 10-9 mg KOH/g. Układ ochłodzono do temperatury 120-110°C i w tej temperaturze oddestylowano toluen pod zmniejszonym ciśnieniem.

Otrzymaną żywicę alkidową zawierającą 3,5 % wag. grup sulfonianowych ochłodzono do temperatury 70°C, rozcieńczono 2-butoksyetanolem do uzyskania 90-95 % wag. roztworu i po dalszym ochłodzeniu do temperatury pokojowej zobojętniono trietyloaminą do pH = 8,2. Otrzymane spoiwo rozpuszcza się klarownie w wodzie. Po zasykatywowaniu spoiwa w znany sposób mieszaniną organicznych soli kobaltu, cyrkonu i wapnia, utarciu z pigmentami i rozcieńczeniu wodą demineralizowaną otrzymano wyrób lakierowy, z którego powłoki osiągają I stopień wyschnięcia w temperaturze pokojowej w ciągu 90 min, wykazują twardość względną

188 292

0,2 po 3 dobach i dobrą odporność na działanie wody. Właściwości wyrobu nie zmieniają się po 6 miesiącach przechowywania w temperaturze pokojowej. Stwierdzono, że 24-godzinna ekspozycja na działanie wody nie powoduje żadnych zmian w wyglądzie powłok otrzymanych z żywicy alkidowej z grupami sulfonianowymi; nie uległy one zmatowieniu i spęcherzeniu.

Przykład II. Żywicę wodorozcieńczalną zawierającą hydrofilowe grupy sulfonianowe otrzymywano podobnie jak w przykładzie I, z tym, ze zamiast alkoholu amylowego zastosowano do estryfikacji kwasu 5-sulfoizoftalowego alkohol 2-etyloheksylowy, którego nadmiar usuwano po reakcji pod zmniejszonym ciśnieniem.

Otrzymaną tą drogą sól monosodową kwasu 3,5-bis(2-etyloheksyloksyksykarbonylo)-benzenosulfonowego poddano transestryfikacji alkoholizatem, do otrzymania którego użyto zamiast oleju lnianego mieszaninę 100 g oleju sojowego i 95 g oleju lnianego. Transestryfikację prowadzono w temperaturze 200-220°C oddestylowując tworzący się alkohol pod zmniejszonym ciśnieniem, po czym prowadzono połikondensację jak w przykładzie I.

Z otrzymanej żywicy alkidowej otrzymano wyrób lakierowy, z którego powłoki osiągają I stopień wyschnięcia w temperaturze pokojowej w ciągu 110 min, wykazują twardość względną 0,18 po 3 dobach i dobrą odporność na działanie wody. Właściwości wyrobu nie zmieniają się po 6 miesiącach przechowywania w temperaturze pokojowej. Stwierdzono, że 24-godzinna ekspozycja na działanie wody nie powoduje żadnych zmian w wyglądzie powłok otrzymanych z żywicy alkidowej z grupami sulfonianowymi; nie uległy one zmatowieniu i spęcherzeniu.

Przykład III. Żywicę wodorozcieńczalną zawierającą hydrofilowe grupy sulfonianowe otrzymywano podobnie jak w przykładzie I, z tym, że do reakcji użyto 35 g kwasu 5-sulfoizoftalowego oraz 120 g alkoholu amylowego.

Otrzymaną tą drogą sól monosodową kwasu 3,5-bis (pentyloksykarbonylo)benzenosullOnowego poddano transestryfikacji i polikondensacji jak w przykładzie I.

Z otrzymanej żywicy alkidowej przygotowano, jak w przykładzie I, wyrób lakierowy, z którego powłoki osiągają I stopień wyschnięcia w temperaturze pokojowej w ciągu 115 min, wykazują twardość względną 0,22 po 3 dobach i dobrą odporność na działanie wody. Właściwości wyrobu nie zmieniają się po 6 miesiącach przechowywania w temperaturze pokojowej. Stwierdzono, że 24-godzinna ekspozycja na działanie wody nie powoduje żadnych zmian w wyglądzie powłok otrzymanych z żywicy alkidowej z grupami sulfonianowymi; nie uległy one zmatowieniu i spęcherzeniu.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób wytwarzania wodorozcieńczalnych alkidowych wyrobów lakierowych schnących na powietrzu, znamienny tym, że zobojętniony węglanami lub wodorotlenkami metali alkalicznych produkt kondensacji dwóch moli alkoholi C4-C8 z 1 molem kwasu 5-sulfoizoftalowego poddaje się transestryfikacji alkoholizatem będącym mieszaniną niepełnych estrów gliceryny i pentaerytrytu kwasów tłuszczowych olejów roślinnych schnących i półschnących usuwając ze środowiska reakcji tworzący się alkohol C4-C8 przez destylację, a produkt transestryfikacji kondensuje się z kwasami dwukarboksylowymi lub ich bezwodnikami, po czym powstały produkt w znany sposób zobojętnia się, dodaje sykatywy, rozpuszczalniki koalescencyjne, pigmenty, komponenty uszlachetniające i rozcieńcza wodą.