Файл: Чеботаревский, В. В. Лаки и краски - что это такое.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 32
Скачиваний: 0
Мономер |
Молекуляр- |
Полимер |
Молекулярная |
Число эле |
|
цая масса |
масса |
ментарных |
|||
|
|
|
|
|
звенье |
с н 2= с н 2 |
28 (—СН2—СН2—)„ |
10 000—400 000 |
350—14 000 |
||
Этилен |
Полиэтилен |
10 000—200 000 |
160—3200 |
||
СИ2=СНС1 |
62,5 (—СН2—СПС1—)п |
||||
Хлористый |
Г! ол'нвнинл- |
|
|
||
винил |
хлорпд |
|
|
||
СН=СН. |
(—СП—СИ2—)„ |
100 000—300 000 |
1000—3000 |
||
| |
104 |
' I |
|
||
/ \ |
|
1 |
|
|
|
/ |
Л |
1 |
|
|
|
1 с 1 |
1 О |
|
|
||
\ / |
\ |
/ |
|
|
|
Стирол |
Полистирол |
|
|
* п — число элементарных звеньев.
С увеличением молекулярной .массы полимера его свойства существенно изменяются. Чем больше длина мо лекулы, тем ярче выражается прочностная характеристи ка вещества — его твердость, эластичность. Не все макро молекулы полимера имеют одинаковый размер; цепь одних макромолекул длиннее, других — короче. Таким образом, полимер — это смесь макромолекул, молекуляр ная масса которых изменяется в некотором интервале. Если разделить полимер на фракции (рис. 1) п изгото вить из них пленки, то окажется, что они обладают раз ными свойствами. Пленки из высокомолекулярных фрак ций полимера более эластичны, чем из низкомолекуляр
ных.
Свойства макромолекул зависят в большой степени от наличия в мономере функциональных групп, например
—СООН, —СН = СНо,—СН—СН— ндр.
\, /
10 |
О |
обратимых плепкообразующнх, они плохо пли совсем не растворяются в органических растворителях.
Изложение свойств и особенностей плепкообразующнх, применяемых для получения покрытий, целесообразно начать с наиболее широко используемых и давно изве стных.
Необратимые пленкообразующие. Много веков тому назад люди заметили, что при нанесении тонким слоем некоторых растительных масел, например льняного, тун гового, подсолнечного, образуется при разной продолжи тельности высыхания прочное и эластичное покрытие.
Нанесите на металлическую пластинку тунговое, льня ное, подсолнечное и касторовое масло, поместите пластин ку в теплое и светлое помещение. Бы обнаружите, что тунговое и льняное масла высыхают за 8--10 суток, под солнечное — за 12—16 суток, а касторовое — за 30—40 суток.
Причина различной продолжительности высыхания масел заключается в следующем.
Масла состоят из триглицеридов различных жирных кислот, которые содержат непредельные двойные —СН =
—СН— или тройные —С С — связи. При действии кислорода воздуха, особенно при наличии солнечного све та п при повышенных температурах, происходит окисле ние или окислительная полимеризация масел, при этом масло высыхает и образуется покрытие из высокомоле кулярного вещества —лннокспна. Так как в состав масел входят различные количества непредельных кислот, про
должительность высыхания масел неодинакова. |
|
сви |
|||
Некоторые металлы — кобальт, марганец, цинк, |
|||||
нец — способны |
ускорять |
высыхание |
масел, |
если |
их |
добавлять в виде |
солей |
органических |
кислот |
льняного 13 |
масла, канифоли, нафтеновых кислот и др. Природа п содержание этих солей, называемых сиккативами, резко сказываются на скорости высыхания и свойствах полу чаемого покрытия. При введении в полпмеризоваиные или окисленные масла сиккатива получают олифу. Обыч но в олифе или маслосодержащем лаке находится смесь сиккативов, состоящая из 0,12%* сиккатива, содержа щего кобальт, н 0,13% сиккатива, содержащего марганец, пли 0.45% сиккатива, содержащего свинец. Следует знать, что избыточное содержание сиккатива в некоторых случаях замедляет сушку покрытия, но даже если и ускорит ее, то качество покрытия ухудшается.
Дачник решил покрасить крышу своего домика мас ляной краской, покрасил часть крыши, ему показалось, что она сохнет медленно, и для ускорения сушки он доба вил /(На гмзок» сиккатив в оставшуюся краску. Краска высохла не за 24 ч. а за 12 ч. Казалось бы, все хорошо, но через два года краска, в которую горе-маляр добавил излишек сиккатива, стала хрупкой и растрескалась, а краска на остальной части крыши осталась без сущест венных изменений. Это произошло потому, что избыток сиккатива, находясь в пленке, ускорил процесс ее старе ния. и она вышла из строя раньше времени.
По возможен и другой случай. Олифу в бидоне хра нили в неотапливаемом помещении, а затем использовали при окрасочных работах: высыхание олифы и образова ние пленки при зтом резко замедлились.
Вылейте олифу из бидона и загляните в него; на дне Вы увидите осадок — это сиккатив, который выпал вслед ствие охлаждения. Такую олифу можно «исправить», до бавив в нее 5—8% товарного сиккатива.
14 * П пересчете на активный металл, входящий в состав соли.
Растительные масла и в настоящее время играют боль шую роль в качестве самостоятельного пленкообразующего или как модифицирующие компоненты в алкндных, фенольных, эпоксидных и других смолах.
С развитием органической химии ассортимент пленкообразующих значительно расширился. Появились алкидные смолы, на базе которых были созданы лакокрасочные материалы с самыми различными свойствами. Алкндные с.иолы получают поликонденсацией фталевого ангидрида, глицерина или пентаэритрнта с растительными маслами или их жирными кислотами. В ассортименте современных материалов они занимают видное место.
Кроме алкндных смол широко применяют фенолоальдегндные смолы, получаемые в основном из фенола, форм альдегида с добавлением модифицирующих добавок — канифоли, глицерина, бутилового спирта и других компо нентов. К числу этих смол относятся меламнноформальдегндные смолы, на основе которых изготовляют электро изоляционные лаки, автомобильные эмали, эмали для приборов, холодильников и т. д.
Недостатком перечисленных синтетических пленкообразующих является необходимость применения срав нительно высоких температур для получения покры тий хорошего качества. Поэтому понятно стремление химиков создать соединения, способные к полимеризации
непосредственно на поверхности изделия без |
нагре |
вания. |
смолы |
К таким соединениям относятся эпоксидные |
Пх получают преимущественно взаимодействием дифени лолпропана с эпнхлоргидрином в щелочной среде, при этом образуется полимер с молекулярной .массой от 500
до 2000.
Эпоксидные смолы представляют собой ипзковязкие продукты, которые сами по себе не могут образовать
покрытие, но при взаимодействии с аминами, полиамида ми, кислотами, полпизоцианатамп они легко отверждают ся. Отвердптели «сшивают» макромолекулы и получает ся полимер сетчатого строения.
Таким образом эпоксидный лакокрасочный материал состоит из основы и отверднтеля; они начинают взаимо действовать с момента их смешения. Для получения эпок сидного покрытия жидкие компоненты смешивают перед самым употреблением в строго определенных соотноше ниях н наносят на поверхность изделия. Вначале реакция протекает медленно, но но мере испарения растворителя, концентрация компонентов увеличивается и скорость отверждения возрастает. Скорость реакции можно значи тельно увеличить, повышая температуру.
Наиболее часто в качестве отверднтеля используют гексаметнлендиамни; количество его должно быть строго рассчитано, так как при избытке (10 — 15%) часть отверднтеля не вступит в реакцию, останется в сфор мировавшейся пленке и будет ухудшать свойства покрытия; взаимодействуя с влагой воздуха, гексаметиленднамин образует гигроскопичное соединение — карбамид, в результате чего снижается водостойкость по крытия.
Исключить применение органических растворителей — важная задача, стоящая перед лакокрасочнпкамн. Для этого имеются два пути: первый — добиться, чтобы жид кая часть лакокрасочного материала не улетучивалась, а реагировала со с.молой, второй — применять порошковые краски.
(лштезпрован ряд жидких эпоксидных соедппений, со держащих ненасыщенные группы, например аллплглпцпдпловый эфир Clio = СН — СНг — О — СНг — СН — СШ,
16
который реагирует с эпоксидными смолами с ооразованием прочных пленок. Однако использование таких пленкообразующих затруднено, так как уже через несколько минут после смешения их растворы вследствие протека ния химической реакции загустевают и делаются непри
годными к употреблению.
Используя способность ненасыщенных полиэфиров, имеющих двойные связи, к сополимеризации с ненасы щенными мономерами, удалось получить лаки и эмали, не требующие применения улетучивающихся растворите лей; такие лакокрасочные материалы образуют однослой ные покрытия толщиной 150—300 мкм, обладающие хоро шими прочностью и блеском.
Примером может служить полиэфирный лак для ме бели, который получают из трех компонентов: раствора полиэфира в мономере, инициатора и ускорителя, спо собствующих протеканию реакции при комнатной темпе ратуре.
Не менее важная задача, стоящая перед лакокрасочяпками,— увеличение долговечности покрытия. Она мо жет быть решена при использовании полиуретановых ла кокрасочных материалов, представляющих двухкомпонентную систему, состоящую из раствора насыщенного поли эфира в органических растворителях (в случае эмали в растворе находятся пигменты) и полиизоцианата. После смешения в строго определенных соотношениях (исходя из числа гидроксильных групп в полиэфире и изоцианат ных групп в отвердителе) реакция протекает достаточно медленно, и полученная смесь пригодна к употреблению в течение 6—8 ч. В пленке после улетучивания раство рителя концентрация компонентов увеличивается, и реак ция ускоряется. Через 12 ч пленка отвердевает лолно-
стыо. |
Гос. публичная |
2 6-212 |
научно-техническая |
|
библиотека COOT |
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
ЧИТАНЫ ЮГО S АЛ А _
Двухкомдонентные составы неудобны в производстве, поэтому были разработаны однокомпонентные составы, ко торые содержат полиэфиры и блокированные изоцианаты. При нагревании до 140° С молекулы изоцианата превра щаются в активное соединение и взаимодействуют с по лиэфиром.
Лакокрасочные материалы, о которых мы рассказали, не пригодны для получения покрытий на машинах, при борах, агрегатах, эксплуатируемых при температурах 500—600° С. В этих условиях применяют кремшийорганические полимеры.
Главная цепь такого полимера состоит из макромоле кул линейного строения, образованных чередующимися атомами кремния и кислорода.
С атомами кремния связапы органические радикалы, обеспечивающие растворимость полимера в органических растворителях
R R
I I
—Si—О —Si—О—
Высокая термическая стойкость этого полимера обус ловливается большой энергией связи между атомами кремния и. кислорода, достигающей 370 кДж/моль (89 ккал/моль). Напомним, что энергия связи междумолекулами углерода в цепях обычных полимеров состав ляет всего 245 кДж/моль (59 ккал/моль). Это значит, что для разрушения макромолекулы кремннйоргаиического полимера потребуется значительно больше тепловой энер гии. чем для разрушения обычных полимеров.
При нагревании полимера до 250° С часть органиче ских радикалов отрывается, вместо них присоединяется 18 кислород и образуется макромолекула сетчатого строения