СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИДНЫХ СМОЛ Российский патент 2009 года по МПК C08G63/48 

Изобретение относится к синтезу алкидных смол, используемых в качестве связующего при изготовлении лаков, грунтовок, эмалей общего назначения и других лакокрасочных материалов.

Известен способ получения алкидных смол путем алкоголиза растительных масел многоатомными спиртами с последующим взаимодействием продуктов алкоголиза с фталевым ангидридом [1].

Недостатком этого способа является большая продолжительность процесса, а также использование катализатора основного характера, что требует дополнительных стадий очистки для получения товарного продукта необходимого качества.

Известно [2], что для интенсификации процесса получения алкидных смол, а также для улучшения технических свойств покрытий на основе алкидов используют модификаторы: малеиновый ангидрид, канифоль, бензойную кислоту, п-трет-бутилбензойную кислоту, а также описанные в работе [3] о-толуиловую кислоту и о-толуиловый альдегид.

Основным недостатком перечисленных способов является необходимость материальных затрат на дополнительные реагенты. Но даже введение дополнительных реагентов и изменение технологических параметров не приводит к уменьшению продолжительности синтеза традиционных алкидных смол на основе фталевого ангидрида. Причиной является сложность при удалении реакционной воды, так как при температуре синтеза смол легко возгоняется фталевый ангидрид (T_пл=130°С с возг.), что вызывает дополнительные расходы, связанные с очисткой оборудования и потерей кислотного компонента.

Известен другой путь усовершенствования процесса синтеза алкидных смол с использованием новых видов исходных материалов, таких как изофталевая и терефталевая кислоты. Отличительной особенностью этих кислот по сравнению с фталевым ангидридом является высокая температура возгонки (≥300°С), что позволяет использовать их для получения алкидных смол при более высокой температуре синтеза с выводом реакционной воды методом сплавления, который (по сравнению с азеотропным выводом реакционной воды) более прост в аппаратурном оформлении и при обслуживании, не требует больших энергетических затрат.

Основным недостатком использования кислот в синтезе алкидных смол, отличных от о-фталевой, является высокая температура процесса (270-280°С) и плохая растворимость их в реакционной смеси, вследствие чего часть двухосновной кислоты не вступает в реакцию [4].

Известен способ получения модифицированных алкидных смол [5] на основе дикарбоновых кислот и многоатомных спиртов путем алкоголиза растительных масел в присутствии щелочных катализаторов и последующей этерификации полученной смеси неполных эфиров жирных кислот дикарбоновой кислотой в присутствии катализатора.

В качестве катализатора этерификации используют 0,5-10% от веса реакционной смеси четвертичной соли аммония. С целью интенсификации процесса разложения катализатора, на стадии этерификации вводят 5-15 вес.% формальдегида в расчете на гидроксильные группы пентаэритрита. Это позволяет снизить температуру синтеза до 260°С и сократить длительность второй стадии до 3-х часов.

Недостатком данного способа являются дополнительные затраты на катализаторы, а также необходимость введения формальдегида для связывания катализатора этерификации.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ [6], включающий ацидолиз растительного масла терефталевой кислотой и последующую полиэтерификацию при введении полиола. Данным способом получены прозрачные алкидные смолы.

Недостатком данного способа является то, что длительность стадии полиэтерификации составляет 4 часа, а высокая стоимость очищенной терефталевой кислоты не дает возможность использовать его в промышленности.

Задачей предлагаемого способа является получение алкидной смолы методом ацидолиза с применением отхода производства ТФК.

Задача решается за счет использования в качестве двухосновной кислоты смеси терефталевой кислоты с недоокисленными промежуточными продуктами окисления п-ксилола (смесь органических кислот - СОК), которая образуется в процессе получения очищенной терефталевой кислоты и, фактически, является отходом производства. СОК имеет следующий состав, мас.%:

терефталевая кислота 80-87 п-толуиловая кислота 8-15 бензойная кислота до 0,4 4-карбоксибензальдегид до 0,1 остальное вода

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

В колбу загружают масло и СОК. Постепенно нагревают до 260°С, при этой температуре проводят ацидолиз масла терефталевой кислотой до достижения кислотного числа реакционной массы ~80 мг КОН/г. Затем снижают температуру до 230°С и загружают глицерин в течение 40 минут. Повышают температуру до 260°С, выдерживают реакционную массу до кислотного числа не более 15 мг КОН/г и удовлетворительной вязкости 50%-ного раствора смолы в смеси органических растворителей.

Таблица 1 Рецептуры алкидных смол Компоненты Рецептура 1 2 3 4 Подсолнечное масло 54,3 56 - 46 Льняное масло - - 62 - Канифоль - - - 11* СОК 32 30 26 28 Глицерин 13,7 14 12 15 * - канифоль загружают вместе с маслом

Таблица 2 Технологические нормы Показатели 1 2 3 4 Температура ацидолиза, °С 260 260 260 260 Длительность ацидолиза, ч 1,5 1 1,5 1,5 Температура поликонденсации, °С 260 260 260 260 Длительность поликонденсации, ч 1,8 1,5 1,7 1,8 Вязкость 50%-ного раствора в смеси уайт-спирит - ксилол по ВЗ-4, с 86 43 71 48 Кислотное число, мг КОН/г 15,0 10 15,0 9,6 Цвет 50%-ного раствора в смеси уайт-спирит - ксилол по ИМШ, мг J₂/100 см³ 40 40 40 80

По окончании синтеза и охлаждения алкида до 180°С готовят 50%-ый раствор смолы в смеси растворителей уайт-спирт:ксилол (3:2), измеряют его вязкость по вискозиметру ВЗ-4, оценивают цвет по иодометрической шкале. Покрытия для испытаний готовят нанесением на металлические пластинки раствора алкидных смол в смеси растворителей с сиккативом ЖК-1 (до 3% от массы лака). После нанесения путем окунания лаковые покрытия сушат при температуре 20°С в течение 24 часов, после чего подвергают испытаниям.

Таблица 3 Показатели покрытий на основе алкидных смол Показатели 1 2 3 4 Внешний вид пленки Прозрачн. Прозрачн. Прозрачн. с незнач. опалесценцией Прозрачн. Высыхаемость до ст.3 за 24 ч при 20°С полная полная полная полная Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ, усл. ед 0,11 0,10 0,12 0,10 Эластичность пленки при изгибе, мм 1 1 1 1 Адгезия пленки, баллы 1 1 1 1 Стойкость при 20°С к статическому воздействию воды, ч 48 48 48 48

На основе полученного лака №1 приготовлены грунтовка по рецептуре ГФ-021 и эмаль белого цвета - ПФ-115. Результаты испытаний полученных лакокрасочных материалов, приведенные в таблице 4, соответствуют требованиям ГОСТ.

Таблица 4 Результаты испытаний лакокрасочных материалов № п/п Показатели Грунтовка Эмаль 1. Цвет пленки Красно-коричневый оттенок - 2. Блеск пленки по фотоэлектрическому блескомеру, % - 61 3. Адгезия, баллы 1 1 4. Время высыхания до ст.3 при 20°С 24 24 5. Массовая доля нелетучих веществ, % 71 72 6. Условная вязкость при 20°С по ВЗ-4, с 90 100 7. Эластичность пленки при изгибе, мм 1 1 8. Стойкость при 20°С к статич. воздействию воды, ч - 10 9. Стойкость при 20°С к статич. воздействию 3%-го раствора хлористого натрия, ч 24 - 10. Стойкость при 20°С к статич. воздействию минерального масла, ч 48 - 11. Стойкость при 20°С к статич. воздействию трансформаторного масла, ч - 24 12. Стойкость при 20°С к статич. воздействию 0,5%-ного раствора моющего средства, мин - 15

Таким образом, описанный способ получения алкидных смол позволяет:

использовать СОК в качестве двухосновного кислотного компонента вместо очищенной терефталевой кислоты, что существенно снижает в, сравнении с прототипом, стоимость конечного продукта;

сократить ~ в 2 раза длительность стадии полиэтерификации;

сократить потери в результате возгонки кислотного компонента, исключить образование осадка в конечном продукте за счет полного превращения двухосновной кислоты;

получить экономический эффект от исключения из процесса получения алкидных смол катализатора и, соответственно, фильтрации под давлением готового продукта;

получить прозрачную светлую глифталевую смолу с показателем цветности 40 мг J₂/100 см³ за счет сокращения длительности синтеза.

Список используемой литературы

1. Соломон Д. Химия органических пленкообразователей. М.: Химия, 1971 г. - 319 с.

2. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. - Л.: Химия, 1978 г. - 392 с.

3. А.с. СССР. №1669926, 1991 г.

4. Ind and End. Chem, 44, №7, 1952, 1595-1600.

5. A.с. CCCP, №622822, 1978 г.

6. US №2991259, 1961 г.

Изобретение относится к синтезу алкидных смол, используемых в качестве связующего при изготовлении лаков, грунтовок, эмалей общего назначения и других лакокрасочных материалов. Описывается способ получения алкидных смол, включающий ацидолиз растительного масла терефталевой кислотой при 260°С в течение 1-1,5 часа с последующей поликонденсацией полученного продукта глицерином. Терефталевая кислота представляет собой смесь органических кислот, являющуюся недоокисленным продуктом окисления п-ксилола в процессе производства терефталевой кислоты, следующего состава, мас.%: терефталевая кислота - 80-87, п-толуиловая кислота - 8-15, бензойная кислота - до 0,4, 4-карбоксибензальдегид - до 0,1 и остальное - вода. Способ позволяет сократить длительность стадии поликонденсации и потери в результате возгонки кислотного компонента, что позволяет исключить образование осадка в конечном продукте. 4 табл.

Способ получения алкидных смол, включающий ацидолиз растительного масла терефталевой кислотой с последующим взаимодействием полученного продукта с глицерином, отличающийся тем, что в качестве терефталевой кислоты используют смесь органических кислот, являющуюся недоокисленным продуктом окисления п-ксилола в процессе производства терефталевой кислоты, следующего состава, мас.%:
терефталевая кислота 80-87 п-толуиловая кислота 8-15 бензойная кислота до 0,4 4-карбоксибензальдегид до 0,1 вода остальное