Лакокрасочные материалы на основе алкидно-уретановых смол

дним из эффективных способов химической модификации алкидных смол (АС) с целью придания им новых свойств и расширения областей применения является взаимодействие этих продуктов с диизоцианатами. Получаемые при этом материалы — алкидно-уретановые смолы (АУС)  — являются в настоящее время наиболее перспективными пленкообразователями алкидного типа и находят самое широкое использование при изготовление широкого ассортимента современных ЛКМ различного назначения.

Основные закономерности взаимодействия АС с диизоцианатами были ранее подробно рассмотрены многими экспертами химической отрасли. В данной статье приведены результаты совместной работы, проведенной специалистами различных лакокрасочных заводов по синтезу новых видов уралкидных смол с использованием циклоалифатических диизоцианатов — изофорондиизоцианата (ИФДИ) и 4,4-дициклогексилметандиизоцианата (ДЦГМДИ).

Пленкообразующие свойства АУС и специфические характеристики ЛКМ на их основе

Выделим главные отличительные особенности АУС, связанные с их химическим строением.

Введение уретановых связей в состав алкидных олигомеров способствует прежде всего ускорению высыхания покрытий, а также повышению их твердости, эластичности и износостойкости. Причем эти характеристики улучшают с повышением содержания в молекулах АУС уретановых группировок. Кроме того, за счет появления в структуре модифицированных смол устойчивых к гидролизу уретановых связей и соответствующего снижения по сравнению с обычными алкидными смолами содержания легко омыляемых сложноэфирных групп заметно повышается устойчивость уралкидов к действию различных химических реагентов, включая соединения щелочного характера.

Благодаря пониженному содержанию в АУС гидроксильных групп отвержденные покрытия на основе этих материалов имеют более высокую водостойкость. Отмечается, что при низких температурах и повышенной относительной влажности уралкиды высыхают быстрее, чем обычные алкидные материалы. Вместе с тем водопроницаемость покрытий на основе АУС выше, чем у немодифицированных аналогов, вероятно, из-за высокой полярности уретановых групп. Низкое содержание в молекулах АУС карбоксильных групп позволяет этим материалам полностью совмещаться с пигментами основного характера и обеспечивает хорошую устойчивость таких ЛКМ при хранении.

Свойства уралкидных материалов зависят также от состава исходной алкидной смолы, используемого диизоцианата и соотношения между алкидной смолой и диизоцианатом. Используя при синтезе АУС различные типы ди-изоцианатов и алкидных смол, с одной стороны, и изменяя соотношения между этими реагентами, - с другой, получают многообразные модифицированные продукты, образующие покрытия с различными физико-химическими свойствами (блеск, адгезия, эластичность, химстойкость и др.). Кроме того, указанный подход позволяет целенаправленно регулировать основные эксплуатационные параметры синтезируемых пленкообразователей.

Следует также подчеркнуть, что, в отличие от других видов полиуретановых ЛКМ, уралкидные продукты являются однокомпонентными, характеризуются меньшей токсичностью, легкостью пигментирования и способностью наноситься любым из известных способов. Широкое применение АУС в лакокрасочной промышленности обуславливается, кроме того, доступностью исходного сырья, их дешевизной по сравнению с другими типами полиуретанов, относительной простотой изготовления, растворимостью в уйт-спирите, стабильностью при хранении, совместимостью со многими другими сырьевыми компонентами красок и эмалей.

Упомянутое выше разнообразие АУС различного строения, а также легкость регулирования в широких пределах эксплуатационных свойств данных пленкообразователей предопределяют применение уралкидов в самых различных областях лакокрасочной промышленности и обеспечивают при этом соответствие специальным требованиям, обусловленным природой защищаемой поверхности.

Главными областями применения АУС в лакокрасочной отрасли являются:

• лакокрасочные материалы для изделий из древесины;
• ЛКМ для противокоррозионной защиты металлических поверхностей;
• типографские краски.

Использование АУС при изготовлении ЛКМ  для окраски древесины — одна из наиболее важных областей применения таких материалов. ЛКМ на основе АУС предназначены как для окраски изделий из древесины для наружного использования (окна, двери, судовые постройки и др.), так и изделий, находящихся внутри помещений (мебель, паркет и др.). применение АУС в качестве пленкообразователей в составе ЛКМ указанного типа обусловлено прежде всего высокими прочностными характеристиками уралкидных покрытий (прочность, эластичность, износостойкость), а также стойкостью к чистящим, моющим и дизинфицирующим средствам. Ценными эксплуатационными свойствами уралкидных покрытий для современного производства изделий из древесины, требующего высокой производительности, является быстрая сушка и хорошая способность шлифоваться.

Алкидно-уретановые смолы легко совмещаются с другими пленкообразователями и технологическими добавками, что способствует достижению специальных поверхностных свойств готовых изделий. Хорошая пропитывающая способность, особенно влажной древесины, позволяет производить на основе уралкидов антигрибковые материалы, которые также имеют хорошую водостойкость. Благодаря высоким прочностным характеристикам, химстойкости и блеску покрытий АУС применяются также в составах для защиты художественных изделий из древесины.

АУС находят широкое применение и при изготовлении антикоррозионных ЛКМ для окраски металлических поверхностей (грунтовок, грунт-эмалей, покрывных эмалей). Основное назначение грунтовок — защита поверхности металла от коррозии. Кроме того, они обеспечивают сцепление между металлической подложкой и последующими слоями покрытия.

Антикоррозионное действие грунтовочных покрытий алкидно-уретанового типа определяется следующими факторами:

• высокой адгезией к металлической поверхности;
• активной защитой от коррозии  и барьерным эффектом за счет пигментов и наполнителей;
• химстойкостью;
• стойкостью к старению в условиях окружающей атмосферы.

Быстросохнущие грунт-эмали на основе АУС используются, как правило, в качестве самостоятельных защитно-декоративных материалов по металлу, которые обеспечивают долговременную защиту металлических поверхностей от атмосферных воздействий. Отличительная особенность этих ЛКМ состоит в том, что они не требуют дополнительного грунтования поверхности перед окраской и, благодаря наличию в своем составе антикоррозионных пигментов и специальных добавок (органические ингибитоы коррозии), могут наносится на металл, частично пораженный коррозией, предотвращая ее дальнейшее развитие.

Уралкидные эмали применяют для окраски железнодорожного транспорта, сельскохозяйственной, строительной и дорожной техники, а также строительных конструкций различного назначения, где требуются хорошая антикоррозионная защита и быстрое высыхание покрытий. Основными качественными характеристиками покрывных антикоррозионных материалов на основе АУС являются твердость, эластичность, износостойкость, атмосферостойкость, водостойкость, химстойкость, в том числе к действию растворителей.

Широкое применение АУС при производстве печатных красок обусловлено реологическими свойствамиэтих смол и, в частности, их тиксотропией, что позволяет создавать рецептуры печатных красок, удобные при изготовлении и нанесении. Кроме того, хорошая смачиваемость пигментов модифицированными алкидами дает возможность выпускать на основе последних высоконаполненные печатные краски. Уралкидные пленкообразователи обеспечивают высокую скорость высыхания покрытий на бумаге, уменьшение времени их полного закрепления и позволяют добиться за счет этого высокой скорости печати. При этом сохраняется высокая химстойкость покрытий.

При изготовлении и использовании ЛКМ на основе алкидно-уретановых смол обязательно следует учитывать и некоторые специфические особенности этих материалов, связанные с химической природой, связанные с химической природой входящих в их состав диизоцианатов. В частности, покрытия, содержащие ароматические диизоцианаты (толуилендиизоцианат (ТДИ) и др.), проявляют четко выраженную тенденцию к пожелтению при эксплуатации в атмосферных условиях, что ограничивает их применение особенно в покрывных эмалях светлых оттенков. Покрытия на основе алифатических диизоцианатов (ИФДИ и др.) являются более универсальными и обладают высокой атмосферо- и светостойкостью, длительно сохраняют декоративные свойства под действием атмосферных факторов.