книги из ГПНТБ / Лакокрасочные материалы для отделки изделий из дерева К. П. Беляева. 1960- 4 Мб

Алкидные смолы выпускаются на различных раститель­ ных маслах: высыхающих (льняном, тунговом), полувысы­ хающих (подсолнечном, хлопковом, соевом) и невысыхаю­ щих (касторовом). Последние применяются только в нитро­ лаках и в нитроэмалях.

Алкидные смолы, получаемые из фталевого ангидрида и глицерина, называются глифталевыми. Алкидные смолы из многоатомного спирта пентаэритрита называются пентафталевыми смолами.

Как глифталевые, так и пентафталевые смолы применя­ ются для изготовления атмосферостойких масляных лаков. Эти смолы различаются между собой содержанием масла и пленкообразующими свойствами.

Так, глифталевые смолы содержат обычно 45—50% масла,

а пентафталевые—60—70% . Глифталевые смолы при обычной температуре очень медленно высыхают, и поэтому применя­ ются в основном в лаках горячей сушки.

Пентафталевые смолы способны высыхать при обычной температуре и дают пленки с большей водостойкостью и твердостью по сравнению с глифталевыми. Поэтому в лаках для дерева лучше применять пентафталевые смолы.

Для изготовления лака указанные алкидные смолы рас­ творяют в уайт-спирите или в смеси растворителей, состоящей обычно из равных количеств уайт-спирита и ксилола, и затем прибавляют сиккатив в расчете на масляную часть смолы.

Лаки на алкидных смолах можно наносить распылением и кистью. Покрытия этими лаками, по сравнению с нитро­ целлюлозными, обладают меньшей горючестью и более высокой морозостойкостью. Эти свойства обусловили широкое при­ менение алкидных лаков для лакировки дерева в железно­ дорожных вагонах, троллейбусах и автобусах, т. е. для таких изделий, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться резкому изменению температур. Выпускаемые для этих целей промышленностью алкидные лаки на пента-

фталевых смолах имеют марки 4с и № 170.

К числу недостатков алкидных лаков относятся медлен­ ное высыхание и плохая декоративность покрытия.

Лаки на алкидно-стирольных смолах

Одной из задач в области производства алкидных смол является снижение расхода пищевых растительных масел. Решение этой важной проблемы идет по двум направлениям:

1. Замена жирных кислот растительных масел синте­

29

тическими кислотами из непищевого сырья, например из парафина при его окислении. Полученные при этом алкидные

смолы предполагается использовать в нитролаках.

2. Снижение расхода растительных масел путем введе­

ния в состав алкидных смол некоторых синтетических про­

дуктов. К ним относится ряд соединений, содержащих двой­ ную связь и способных, благодаря этому, реагировать с двойными связями жирных кислот, входящих в состав алкид­ ных смол.

Одним из таких соединений является дешевый синтети­

ческий продукт—-стирол или винилбензол, имеющий фор­ мулу

-СН=СН2

Взаимодействие стирола с алкидными смолами протека­ ет при определенных условиях (температура, катализатор) и приводит к образованию новых сополимерных продук­ тов—алкидно-стирольных смол, которые отличаются от обыч­ ных алкидных смол не только меньшей жирностью и более

низкой стоимостью, но и рядом улучшенных пленкообразую­ щих свойств. Алкидно-стирольные смолы обладают ускорен­ ным высыханием на воздухе, более светлым цветом и дают

покрытия с повышенным блеском и значительно более высо­ кой водостойкостью.

Алкидно-стирольные лаки, представляющие собой рас­ творы алкидно-стирольных смол в смеси ксилола с уайт-

спиритом, могут применяться для отделки изделий из дерева, эксплуатируемых в условиях высокой влажности.

К числу недостатков алкидно-стирольных лаков отно­ сится сравнительно низкая декоративность и невозможность проведения операций по облагораживанию—покрытия этими лаками не полируются.

Алкидно-стирольные лаки наносятся распылением. Время высыхания на воздухе: «от пыли» (к пленке не прилипает пыль)—30 минут, практического (пленка не содержит влаги,

но твердость ее может быть увеличена) 6—8 часов.

Промышленностью выпускается алкидно-стирольный лак

марки МС-25.

В настоящее время наряду со стиролом предложено применение винилтолуола, а также ряда мономерных эфиров метакриловой и акриловой кислот.

30

Лаки на синтетических смолах, не содержащих масла

В последнее время большое распространение приобретают лаки на безмасляных синтетических смолах. По сравнению с обычными лаками они позволяют снизить расход расти­ тельных масел и обладают рядом новых ценных пленко­

образующих свойств.

Применение отдельных типов лаков на синтетических смолах позволяет удовлетворять ряд специфических требова­ ний, предъявляемых к изделиям из дерева.

Лаки кислотного отверждения

К этой группе относятся лаки на фенольно-формальдегид- ных или мочевино-формальдегидных смолах, которые спо­ собны переходить в твердое состояние под влиянием повы­ шенной температуры или кислой среды. При этом отвержде­

ние в кислой среде может происходить при обыкновенной температуре, что и позволило на основе указанных смол готовить лаки для дерева.

Мочевино- и феноло-фомальдегидные смолы образуют твердые, блестящие пленки, которые обладают существенным недостатком—хрупкостью. Поэтому их применяют в смеси с другими эластичными смолами, в частности алкидными.

Мочевинные смолы по сравнению с фенольными отли­ чаются повышенной светостойкостью, поэтому они получили более широкое применение для изготовления лаков для покрытий, подвергающихся действию солнечного света.

Алкидно-мочевинные лаки могут отверждаться под дейст­

вием соляной, серной, азотной и других кислот. Наиболее эффективным действием обладает соляная кислота, которая применяется в виде разбавленного раствора в воде или орга­ нических растворителях. Процентное содержание соляной кислоты в этих растворах, называемых кислотными отвер­ дителями, колеблется от 3,5 до 7% в зависимости от типа лака.

Алкидно-мочевинные лаки отличаются от обычных лаков (масляных, спиртовых, нитроцеллюлозных) тем, что они способны образовывать пленки при обыкновенной темпе­ ратуре только при введении кислотного отвердителя.

Кроме того, смесь этих лаков с отвердителем обладает ограниченной жизнеспособностью, а именно: эта смесь способна со временем загустевать и даже переходить в плот­ ную желеподобную массу, нерастворимую в обычных лако­

вых растворителях. Жизнеспособность смеси, т. е. время

сохранения ею рабочей вязкости, зависит от количества вводимого кислотного отвердителя, от вязкости лака и температуры помещения. Чем выше вязкость лака, темпера­ тура помещения и чем больше введено отвердителя, тем меньше его жизнеспособность. При вязкости 25—27 сек.

по вискозиметру ВЗ-4 при 20° и при температуре помещения 18—23° жизнеспособность лака, содержащего 8—9/6 отвер­

дителя, составляет минимум 4 часа. В этих условиях приго­

товление лака нужно производить 2 раза за время рабочей смены. Поэтому алкидно-мочевинные лаки выпускаются

в виде двух отдельных полуфабрикатов: лаковой основы, т. е. раствора смол в органических растворителях, и кислотного

отвердителя, которые смешиваются непосредственно перед употреблением в определенных соотношениях.

Ввиду того, что эти лаки могут наноситься распылением или кистью, они должны иметь различную рабочую вязкость. Так, для нанесения распылением рабочая вязкость лака по вискозиметру ВЗ-4 при 20° должна быть равна 25—30 сек., а для нанесения кистью—40-—60 сек. Для этого, кроме указанных двух полуфабрикатов, выпускается и специаль­ ный разбавитель.

Алкидно-мочевинные лаки высыхают при обыкновенной температуре за 1—1,5 часа и образуют покрытия, которые отличаются от покрытий алкидными лаками, кроме ускорен­ ного высыхания, более светлым цветом, более высокой

твердостью и способностью полироваться до ровного мягкого блеска.

Покрытия алкидно-мочевинными лаками имеют ряд преиму­ ществ перед нитроцеллюлозными, а именно: высокую тепло­ стойкость (порядка 4-100°), негорючесть, морозоустой­ чивость, водостойкость, стойкость к ряду растворителей,

например этиловому спирту, ацетону и другим, и высокую

прочность на истирание.

Указанные свойства позволяют успешно применять алкид­

но-мочевинные лаки для отделки лыж, крышек обеденных столов, паркетных плит, деревянных облицовочных щитов

для пассажирских речных судов, а также при изготовлении

полированной мебели для пассажирских салон-вагонов.

При применении алкидно-мочевинных лаков необходимо учитывать следующие обстоятельства:

1) невозможность централизованной подачи лака из-за необходимости периодического составления рабочих рас­

творов;

2) необходимость применения более мощных вентиляцион

32

пых установок в распылительных кабинах и в помещениях для сушки, чем при применении нитролаков: входящие в состав алкидно-мочевинных лаков мочевино-формальдегид- ные смолы содержат свободный формальдегид, который при испарении из покрытия вредно действует на слизистые обо­

лочки; 3) из-за попадания вместе с кислотным отвердителем в

раствор лака соляной кислоты требуется изготовление от­ дельных деталей лакировальной установки (съемного ведра в лаконагнетательном бачке, лаконагнетательной трубки и

сопла пульверизатора) из нержавеющей стали.

В последнее время установлено, что процесс нанесения

алкидно-мочевинных лаков можно полностью механизиро­ вать путем проведения окраски в электростатическом поле.

Получаемые при этом покрытия отличаются очень хорошим

розливом и блеском и не требуют последующей полировки.

Значительное ускорение отверждения покрытий алкидно-

мочевинными лаками может быть достигнуто при применении сушки инфракрасными лучами. При этом время отверждения с 1 —1,5 часа при обычных условиях может быть сокращено до 3—5 минут для первого слоя и до Я—10 минут для последую­

щих слоев.

Этот вид сушки является наиболее прогрессивным для отделки изделий из дерева и должен приобрести широкое распространение в деревообрабатывающей промышленности.

Промышленность выпускает алкидно-мочевинные лаки двух марок: лак для лыж Мч-52 с разбавителем РКБ-2 и

лак для паркета Мч-26.

Лаки на эпоксидных смолах

Эпоксидные смолы получаются при взаимодействии эпи­ хлоргидрина глицерина с дифенилолпропаном в присутствии щелочи как катализатора.

В зависимости от количественного соотношения между компонентами может быть получена целая гамма эпоксидных

смол, начиная с жидких (при обычной температуре), сиропо­ образных продуктов и кончая твердыми и даже высоко­ плавкими.

Характерной особенностью эпоксидных смол является наличие на концах их молекулы эпоксидной группы

—СН2—СН—СН2, которая обладает исключительно высокой

33

реакционной способностью по отношению к кислотам и аминам. В результате взаимодействия этой группы с указан­

ными веществами происходит соединение отдельных молекул смолы с образованием высокомолекулярного продукта, обла­ дающего высокой твердостью и стойкостью к воде, щелочам и различным химическим реагентам.

На практике наиболее часто в качестве отвердителей

применяют полиамины, например гексаметилендиамин, так как при этом можно получить покрытия, отверждаемые при обычной температуре.

Жизнеспособность смеси эпоксидных смол с отвердителем крайне ограничена (30—60 минут), поэтому отвердитель вводят непосредственно перед употреблением в виде 40—50/6-ного раствора в этиловом спирте.

Следует иметь в виду повышенную токсичность гексамети­

лендиамина и его способность вызывать раздражение кожных покровов. Поэтому при работе с лаками на основе эпоксидных смол все операции с отвердителем и дальнейшее нанесение нужно производить при интенсивно работающей вентиля­ ции и избегать прямого попадания отвердителя и лака на кожу. В случае попадания гексаметилендиамина на кожу нужно тотчас же смыть его обильной струей воды, в которой он хорошо растворяется.

Для того чтобы исключить частое приготовление рабочего раствора лака на основе эпоксидных смол, рекомендуется применять распылители с двумя соплами (для раздельной по­ дачи раствора эпоксидной смолы и отвердителя с после­ дующим смешением этих двух компонентов в струе). При этом достигается возможность применения даже централизо­

велики.

Для придания эпоксидным смолам эластичности их модифицируют жирными кислотами растительных масел, которые присоединяются по месту эпоксидных групп. Лаки

на таких смолах высыхают без отвердителя при обычной

температуре и по сравнению с лаками на модифицированных алкидных смолах отличаются повышенной водостойкостью

и атмосфероустойчивостыо.

Недостатком этих лаков является сравнительно низкая их светостойкость, проявляющаяся в пожелтении покрытий при облучении солнечным светом.

Покрытия лаками как на «чистых», так и на модифициро­ ванных эпоксидных смолах, могут применяться для отделки

34

изделий из дерева, подвергающихся атмосферным влияниям, длительному воздействию воды (лодки, спортивные суда), а также для отделки деревянной тары под такие продукты,

на основе содержащегося в нефтяном газе пропилена значи­

тельно расширит производство этого интересного и перспек­

тивного вида смол.

Полиуретановые лаки

Уретанами называются продукты, получаемые при взаимо­ действии изоцианатов с соединениями, содержащими гидро­

ксильные группы. Изоцианаты, например фенилизоцианат C(iHsN=C=O, представляют собой соединения, содержащие

реакционноспособную группу —N=C=O.

Если взять для реакции вещества с двумя реакционноспо­ собными группами, например фенилендиизоцианат и двух­ атомный спирт этиленгликоль, то вначале получаются моно­ уретаны, переходящие затем в полиуретановые смолы.

При дальнейшем увеличении числа реакционных групп в изоцианатах и в гидроксилсодержащих соединениях до трех можно получать еще более высокомолекулярные про­ дукты, обладающие рядом ценных пленкообразующих

свойств.

Новый вид синтетических полиуретановых лаков

изоцианаты, а десмофен—гидроксилсодержащие соединения.

В качестве десмодуров ранее применялся толуилен-

диизоцианат, представляющий собой сильно пахнущую и легколетучую жидкость, пары которой вредно действуют на кожу, дыхательные пути и легкие. Для устранения этого

в последнее время разработаны так называемые утяжелен­ ные, т. е. нелетучие (следовательно, и менее токсичные) изоцианаты.

Утяжеленные изоцианаты получаются при частичном взаимодействии летучих диизоцианатов с двухатомными спиртами. В настоящее время промышленностью осваивает­ ся производство утяжеленного изоцианата марки ДГУ,

представляющего собой продукт частичного взаимодействия

35

толуилендиизоцианата с двухатомным спиртом—диэтиленгли­ колем. Уретан ДГУ является твердым нелетучим веществом

нприменяется в виде 70%-ного раствора в циклогексаноне.

Вкачестве десмофенов могут применяться различные алкидные смолы, представляющие собой продукты неполной этерификации многоатомных спиртов многоосновными и жирными кислотами высыхающих масел. Эти смолы содержат свободные гидроксильные группы, способные взаимодей­ ствовать с изоцианатами.

Известный десмофен 300, применяемый в лаках воздуш­ ной сушки, получается при взаимодействии адипиновой кислоты и гексантриола.

Полиуретановые лаки приготовляются путем смешения десмодуров с десмофенами в определенном соотношении, непосредственно перед употреблением. Так как жизнеспо­ собность готовой для нанесения смеси составляет 20—30 минут,

полиуретановые лаки, так же как и эпоксидные, наиболее

Десмодуры очень реакционноспособны в отношении гидро­ ксилсодержащих соединений, поэтому растворители для полиуретановых лаков не должны содержать спиртов. В качестве растворителей для этих лаков применяются эфиры уксусной кислоты (этилацетат, бутилацетат), кетоны (цикло­ гексанон) и хлорированные углеводороды. Все десмодуры чувствительны к влаге и поэтому должны сохраняться в

герметичной таре.

Покрытия полиуретановыми лаками отличаются полной необратимостью, высокой эластичностью, твердостью, проч­ ностью на истирание, обладают хорошей адгезией, морозо- и

теплостойкостью, а также пониженной горючестью. Опре­

деленные композиции полиуретановых лаков, способные высыхать на воздухе при обыкновенной температуре, могут

Полиуретановые лаки не могут применяться для изго­ товления полированных декоративных покрытий, так как полная необратимость и высокая твердость пленок этих лаков исключает возможность проведения операции полиров­ ки. Производство полиуретановых лаков находится в ста­

дии освоения.

36

Лаки на ненасыщенных полиэфирных смолах

Лаки на ненасыщенных полиэфирных смолах, или сокра­ щенно полиэфирные лаки, являются синтетическими про­ дуктами для отделки дерева, представляющими значитель­

ный интерес.

Отличительной особенностью этих лаков является очень

высокий сухой остаток при рабочей вязкости, составляющий 85—95%. Это превышает в несколько раз сухие остатки нитролаков и в два раза сухие остатки лаков на алкидномочевинных, эпоксидных и полиуретановых смолах.

Такой высокий сухой остаток полиэфирных лаков обусло­ влен тем, что они почти не содержат в своем составе рас­

творителей, улетучивающихся после нанесения лака. Количе­ ство летучих растворителей в этих лаках не превышает 10%.

Полиэфирные лаки содержат в качестве пленкообразую­ щего два компонента: высоковязкую ненасыщенную безмас-

ляную алкидную смолу и жидкое ненасыщенное вещество стирол, позволяющее снизить вязкость этой смолы до рабочей. Каждый из этих компонентов, взятый в отдельности, не яв­ ляется самостоятельным пленкообразующим веществом. Так, ненасыщенная полиэфирная смола, получаемая путем взаимо­ действия различных многоатомных спиртов (глицерина, глико­

лей) с двухосновными ненасыщенными кислотами (малеи­ новой, фумаровой), представляет собой вязкую бесцветную, прозрачную смолу, которая при растворении в обычных лаковых растворителях и нанесении на поверхность дает мягкую пленку, сохраняющую значительный отлип в течение длительного времени и легко смывающуюся раство­ рителями.

Применяемый в смеси с ненасыщенной алкидной смолой

стирол представляет собой бесцветную жидкость с темп. кип. 145—146°. При нанесении (без смолы) на поверхность стирол улетучивается без образования какой-либо пленки. В резуль­ тате взаимодействия этих двух веществ получается новое

высокополимерное соединение, обладающее способностью

образовывать пленки без отлипа, с высокой твердостью и полностью необратимые, т. е. нерастворимые в органических

растворителях.

Таким образом, полиэфирные лаки представляют собой совершенно новый тип лаков, в которых растворитель одно­ временно служит и пленкообразующим веществом. Реакция между стиролом и ненасыщенной алкидной смолой идет по месту двойных связей.

37

Реакция взаимодействия двух различных типов ненасыщен­ ных соединений по месту их двойных связей называется реакцией сополимеризации, а образующиеся при этом укруп­ ненные молекулы называются сополимерами.

Реакция сополимеризации стирола с ненасыщенными алкидными смолами может происходить достаточно быстро при обыкновенной температуре в присутствии специальных добавок (инициаторов), что позволяет проводить ее непосред­ ственно в пленке при нанесении лака на поверхность. Такими инициаторами являются различные перекиси: гидроперекись кумола, перекись циклогексанона, метилэтилкетона и др., которые вводятся в полиэфирные лаки в виде растворов в ацетоне или в виде паст с пластификаторами.

Перекиси способны распадаться с образованием активных соединений, вызывающих значительное ускорение прохож­ дения реакций за счет двойных связей.

Следовательно, первой стадией, обеспечивающей прохож­ дение реакции между стиролом и ненасыщенными алкидными смолами, следует считать реакцию распада перекисей. Эта

реакция практически не проходит при обыкновенной темпе­ ратуре. Поэтому наряду с инициаторами в полиэфирные лаки вводят дополнительно вещества, способствующие распаду перекисей на холоду и называемые ускорителями.

В качестве ускорителей чаще всего применяют соли ко­ бальта, в частности нафтенат кобальта, обладающий способ­

ностью растворяться в стироле с образованием однородного прозрачного раствора. Так как ускорители очень активно реагируют с перекисями, полиэфирные лаки выпускают в виде двухкомпонентных систем, состоящих из раствора перекиси и раствора полиэфирной смолы в стироле с добавкой ускорителя. Следует заметить, что стирольный раствор поли­ эфирной смолы с ускорителем способен полимеризоваться даже без введения перекиси. Этот процесс идет сравнительно

медленно, в особенности при низких температурах, однако он значительно ограничивает срок хранения лакового полу­ фабриката на складе. Поэтому в стирольный раствор поли­ эфирной смолы дополнительно добавляют вещества, замедляющие реакцию полимеризации, например гидро­ хинон. Но и при введении гидрохинона срок хранения поли­ эфирного лака ограничен и колеблется в пределах 3—12 месяцев.

С целью удлинения сроков складского хранения можно выпускать полиэфирные лаки в виде трехкомпонентных

систем, состоящих из стирольного раствора полиэфирной

38