Технологии

Представляются примеры и характеристики алкидных концептов по отношению к содержанию ЛОС, а также характеристикам «внутренней/внешней отделки и облицовочных красок для дерева и металла».

История
Технологии производства покрытий должны переходить на водные системы и системы с высоким содержанием твердых веществ вследствие появления новых норм, связанных с эмиссиями/содержанием ЛОС в покрытиях, а также растущими ценами.

В Директиве 2004/42/CE, изданной Европейским Парламентом и Советом Европы, устанавливаются ограничения по максимальному содержанию ЛОС в декоративных красках, используемых в пределах ЕС. Продукты, указанные в Директиве, используются в зданиях, отделке, арматуре и конструкциях, имеющих отношение к зданиям. В Директиве приводятся перечни особых подкатегорий с различными ограничениями по максимальному содержанию ЛОС в соотношении г/л готовых к использованию продуктов. Для каждой подкатегории приводятся два набора ограничений. Первый набор ограничений вступает в действие с 1 января 2007 года, а второй, более жесткий, - с 1 января 2010 года. Ограничения охватывают краски, основанные на растворителях и воде. Заданные уровни представлены в Таблице 1.

Одним из способов прийти в соответствие  с этими ограничениями, помимо дальнейшего развития водных систем, является возможность найти новые направления для технологий систем с высоким содержанием твердого вещества.

Таблица 1.

WB = на воде, SB = на растворителе

Определения
Общего мнения по поводу определения, что такое системы с высоким содержанием твердого вещества, нет. Тем не менее, далее приводится некоторые из наиболее распространенных.
• Система обозначается как «содержащая большое количество твердого вещества», когда в ней содержится максимум 350 грамм ЛОС на литр покрытия.
• В Соединенных Штатах действуют различные нормы, например, максимум 420 г/л и максимум 250 г/л в зависимости от области применения и штата.
• Краска называется «содержащей большое количество твердого вещества», если в ней содержание ЛОС не превышает 420 г/л в условиях вязкости, характерной для сферы применения.
• Иногда выражение «высокое содержание твердого вещества» используется для всех видов красочных систем, в которых содержание нелетучих элементов превышает средний показатель. Это серьезное заблуждение, так как уровень содержания нелетучих соединений зависит от области применения и может быть различным.
• Покрытия с высоким содержанием твердого вещества обычно содержат более 60% (относительно веса) или 80% (относительно объема) твердого вещества.
• Лак с очень большим содержанием нелетучих соединений (>70%).

Таблица 2. Сравнение систем с высоким содержанием твердого вещества и традиционных систем

Особый метод получения систем с высоким содержанием твердого вещества
Для создания систем с высоким содержанием твердого вещества требуется уделять внимание выбору всех вовлеченных компонентов. Далее приводится перечень некоторых факторов, влияющих на выбор:
• Связующие вещества с высокой реакционной способностью;
• Связующие вещества с низкой вязкостью/низким молекулярным весом;
• Строение молекулы;
• Пигменты/наполнители с низким показателем масла;
• Смачивающие добавки; и
• Растворители, снижающие количество водородных связей.’

 
Рисунок 1. Стандартный процесс сушки алкидного связующего вещества

В Таблице 2 указывается сравнение систем с высоким содержанием твердого вещества и традиционных систем.

Алкиды относятся к полимерам типа В, которые демонстрируют высокую эффективность, но в целом обладают более низкой температурой стеклования. Показатель Tg и жесткость постепенно увеличиваются в течение процесса сушки.

В процессе окисления сложная часть заключается в том, что поперечные связи не образуются в результате реакции алкида с другим компонентом (химическим соединением, образующим поперечные связи), и последующего удаления функциональных групп, оказывающих пластифицирующий эффект. Это происходит в результате полимеризации двойных связей (результат действия жирных кислот). Таким образом, итоговый молекулярный вес меньше, чем у термопластичного полимера, а уровень формируемой жесткости не всегда соответствует ожиданиям. Феномен происходит тогда, когда воздух/кислород инициирует самоокисление альфа-положения из двойной связи к жирным кислотам во время сложного процесса радикальной полимеризации, которому способствуют металлические сушилки. Этот процесс приводит к образованию связи между жирными кислотами, связи которых могут представлять собой связи типа углерод-углерод, эфирную связь или пероксидную связь. Существует общее согласие по поводу того, что сушилки выполняют лишь вспомогательную функцию в процессе разложения гидропероксида, а также по поводу того, что более высокие температуры и жирные кислоты с сильными связями благоприятствуют формированию связей углерод-углерод.

Низкой вязкости можно достичь путем использования групп, способных действовать в качестве внедренных пластифицирующих компонентов. Однако, такой подход негативно воздействует на показатель Tg у алкида (физическая сушка) и может увеличить водочувствительность.

По существу, алкидное связующее вещество обладает диаграммой сушки, которая изображена на Рисунке 1. Алкид с высоким содержанием твердого вещества характеризуется более долгим периодом сушки вследствие очень низкого показателя Tg, который увеличивается при окислительной реакции, согласно Рисунку 2.

Рисунок 2. Процесс сушки связующего вещества с высоким содержанием твердого вещества