Введення: класифікація та функції сикативів.
Затвердіння алкідних матеріалів протікає за рахунок фізичного випаровування розчинника, з подальшим хімічним процесом - окисної полімеризації, що протікає за рахунок автоокисления ненасичених жирних кислот при взаємодії з молекулярним киснем з повітря.
У процесі затвердіння алкід протікають чотири взаємопов'язаних фази:
• індукційний період (насичення плівки киснем)
• розпад гідропероксидів з утворенням вільних радикалів
Використання сикативів дозволяє каталізувати поглинання молекулярного кисню і розкладання гідроперекисів з утворенням вільних радикалів.
Перші сучасні сикативи були розроблені на початку 1920-х років і представляли собою солі металів нафтеновой кислоти [1]. Пізніше нафтенати були витіснені октоат (солі 2-етілгексановой кислоти) і солями металів неодекановой кислоти через однорідності, контрольованості властивостей, меншою кольоровості, більшого змісту металів і відсутності специфічного запаху.
Таблиця 1. Метали, використовувані для сикативів.
Первинні сикативи є каталізатори автоокисления, і переважно, відповідають за затвердіння поверхні ЛФМ, де концентрація молекулярного кисню є найвищою. Найважливішою функцією для каталізаторів автоокисления є розкладання гідроперекисів і, отже, все метали в первинних сикативом мають два стабільних валентних стану. Первинні сикативи в складі ЛФМ без додаткових вторинних або допоміжних сикативів використовують в основному для прискорення процесу окисної полімеризації при використанні худих алкідних смол.
Найбільш широко використовуваний метал в первинних сикативу - кобальт. Чи не відомо більш ефективного металу для каталізу окисної полімеризації ЛФМ при кімнатній температурі. Однак при використанні тільки сикативу на основі кобальту в жирних і середніх Алкід є тенденція до утворення шагрені і поганого глибинного формування плівки, тому, для формування однорідної плівки, кобальт застосовується спільно з іншими металами: марганцем, цирконієм, свинцем або кальцієм. Через схильність до формування комплексів з координаційними зв'язками, кобальтовий сикатив може значно змінювати в'язкість при додаванні в нерозбавлену сполучна, особливо при високій молекулярній масі пленкообразователя.
Марганець також використовуються в якості первинних сикативів, однак він менш ефективний, ніж кобальт для матеріалів атмосферної сушки. На відміну від кобальту, сикативи на основі марганцю не формують шагрені при високій вологості. Недоліком використання марганцю є насичений коричневий колір його сполуки в трехвалентном станів, що змінює колір покриття. Таким чином, сикативи на основі марганцю не рекомендується використовувати в матеріалах світлих відтінків.
Залізні солі монокарбонових кислот не дуже хороші каталізатори сушки при кімнатній температурі, хоча комплекси заліза дуже потужні окислювально-відновні каталізатори і останнім часом є перспективною заміною октоат кобальту [4]. Сикативи на основі мила залоза не використовуються в алкідних матеріалах, за винятком матеріалів гарячої сушки.
Церій і ванадій використовуються в якості первинних сикативів тільки в спеціальних покриттях [1].
Вторинні сикативи активні в стадій полімеризації, вони відповідають за загальну сушку по всьому об'єму [2].
Свинець широко використовується в якості металу вторинного сикативу, але зараз використання свинцю у фарбах обмежена, а в більшості західних країнах заборонено через його токсичності.
Цирконій, вісмут, барій і стронцій позиціонуються як заміна свинцю, але цирконій є найбільш широко застосовуваним металом в сикативу для заміщення свинцю [2, 3].
Сиккатив на основі барію працює як змочувальний агент для наповнювачів і пігментів, покращує зовнішній вигляд покриття. У комбінації з кобальтом призводить до поліпшення глибинної сушки.
Цирконієвий сикатив покращує об'ємне формування плівки за рахунок формування координаційних зв'язків з гідроксильними і карбоксильними групами сполучного. Також утворює комплекси з кобальтом, впливаючи на каталітичну активність останнього. У порівнянні з іншими вторинними сиккативами має низьку кольоровість, низьку тенденцію до пожовтіння покриття і хорошу довговічність [1].
Допоміжні сикативи додають для підвищення або зміни активності первинного сикативу і, таким чином, поліпшити зовнішній вигляд і якість отвержденного лакофарбового покриття (ЛКП). дія цих
сикативів на молекулярному рівні не відомо. Цинк, літієві і калієві сикативи додаються в алкідні ЛФМ з метою пригнічення сикативу на основі кобальту, виконуючи функцію підтримки «відкритої плівки» в процесі формування ЛКП. Цинк запобігає утворенню кратерів і зморщування поверхні, затримуючи сикатив кобальту. Також сикатив на основі цинку є високоеффеківним змочувальним і диспергирующим агентом. Завдяки низькій кольоровості допустимо введення великих кількостей цинкового сикативу в матеріал.
Сикативи на основі кальцію покращують безліч різних характеристик, таких як твердість і блиск, а також сушку при несприятливих погодних умовах. Судячи з обсягу споживання, кальцій є одним з найбільш використовуваних сикативів [1].
OMG Borchers - провідний виробник сикативів
OMG Borchers (Німеччина) - найбільший виробник сикативів. За 200 річну історію Компанія накопичила величезний досвід виробництва органічних солей металів і їх використання. На сьогоднішній день Borchers пропонує широкий спектр сикативів в різних концентраціях, розчинниках і з різними органо-кислотними залишками. Також доступні різні сумішеві сикативи суміші для оптимального результату.
Слід зазначити, що Borchers випускає сикативи на основі солей металів нафтеновой кислоти під торговою маркою Soligen ®. на основі солей металів 2-етілгексановой кислоти (октоати) - Octa-Soligen ®. а також на основі солей металів неодеканоой кислоти -Ten-Cem ®.
Ефективність різних комбінацій сикативів Octa-Soligen ®
Таблиця 2. Сумішеві сикативи OMG Borchers і їх застосування.
На рис.1, 2 і 3 представлені дані випробування Octa Soligen 69 в рецептурі емалі ПФ-115 білого кольору, при утриманні лаку ПФ-060 в рецептурі - 65%.
Мал. 1. Вплив Octa-Soligen 69 на час затвердіння до Ст.3.
Мал. 2. Вплив Octa-Soligen 69 на набір твердості
Мал. 3. Вплив Octa-Soligen 69 на глянець емалі
На підставі нашого досвіду роботи з сиккативами OMG Borchers ми можемо з упевненістю сказати, що їх використання в рецептурі алкідних матеріалів дозволяє отримати високі фізико-механічні характеристики, високий ступінь білизни і глянцю.
Список використаних джерел: