Химия и химические технологии/3. Лаки, краски, эмали, пигменты, герметики

Пасерб М.А., Рахматуллина К.Ф., д. х. н. Бакирова И.Н.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Оптимизация условий синтеза ароматических олигоэфиров для термостойких полиуретановых лаков

Одними из наиболее востребованных полиуретановых (ПУ) материалов являются лакокрасочные композиции. Их используют для окраски различных металлических поверхностей, таких как строительные конструкции, строительная техника, а также запасных частей и комплектующих для автомобильной отрасли, машиностроения, для окраски трубопроводов и т. д.

Объяснением столь широкого и повсеместного использования ПУ лакокрасочных материалов является ряд уникальных свойств: экономичность – средний расход около 100 - 150 г/м²; простота и удобство использования: нет специальных требований к оборудованию для нанесения; быстрота сушки; быстрый набор твёрдости при сохранении эластичности и стойкости к удару.

Помимо этого покрытия на основе ПУ отличаются высокой водостойкостью, сравнительно хорошей химстойкостью, высокой абразивоустойчивостью, а также противокоррозионными и прекрасными декоративными свойствами [1].

Однако недостатком ПУ является их низкая термостойкость.

Традиционные способы повышения термостабильности ПУ предусматривают использование термостойких наполнителей (фосфорсодержащие соединения, фенолы, углеродные нанотрубки и др.), а также введение в макромолекулы ПУ гетероатомов (фтор, фосфор, кремний и др.) [2, 3]. Однако такие ПУ изделия по комплексу физико-механических и эксплуатационных свойств уступают серийным аналогам. Широко используются ПУ, содержащие стойкие к воздействию повышенных температур изоциануратные связи, полученные реакцией тримеризации изоцианатных групп [4]. Недостатком данного способа является использование больших количеств токсичного и дорогостоящего изоцианатного компонента.

В работе [5] описан синтез сложных ароматических олигоэфиров на основе гидроксиэтилированного дифенилолпропана (ДФП-1) и адипиновой кислоты (АК), а также показана возможность использования полученных олигомеров в синтезе термостойких ПУ лаков. Однако синтезированные олигоэфиры имеют высокую кислотность (кислотное число 13 – 21 мг КОН/г), что ведет к появлению дефектов в монолитных ПУ.

Настоящая работа является продолжением исследований в этой области и посвящена поиску оптимальных условий синтеза олигоэфиров с пониженной кислотностью.

Синтез ароматических сложных олигоэфиров проводили поликонденсацией АК с расчетным избытком ДФП-1. Применение избытка диольного компонента по отношению к кислотному позволяет получать целевой продукт с концевыми гидроксильными группами. Первую стадию синтеза вели при 150ºС в токе аргона, вторую - при 180ºС и остаточном давлении 10 мм рт. ст. Полученные олигоэфиры имеют гидроксильные числа 2.1 – 4.6 мас%, кислотные числа 0.4 – 1.6 мг КОН/г.

Температурный диапазон синтеза определяли исходя из температуры плавления и термостойкости мономеров – ДФП-1 и АК. Выбор минимальной температуры синтеза обусловлен тем фактом, что при 150ºС реакционная смесь представляет собой гомогенный расплав. Дальнейшее повышение температуры синтеза вызвано необходимостью увеличения скорости реакции. Однако ведение процесса при высокой температуре может привести к улетучиванию мономеров и нарушению их исходного соотношения. По этой причине максимальная температура синтеза не должна превышать 180ºС.

Изучение кинетических закономерностей поликонденсации при 150ºС показало, что при достижении степени конверсии 50 - 60% реакция существенно замедляется, кислотное число далее снижается крайне медленно. В связи с этим длительность первой стадии синтеза составляет 5 - 6 ч в зависимости от соотношения мономеров. Для дальнейшего снижения кислотного числа необходимо отводить образующуюся в реакционной системе воду при помощи вакуумного насоса.

Таким образом, установлены оптимальные условия получения ароматических олигоэфиров с низкой кислотностью, что позволяет использовать их в синтезе полиуретановых лаков.

Литература:

1. Митюков В.В. Полиуретаны – неисчерпаемый источник новых технологий // Лакокрасочные материалы и их применение. 2011. №10. С. 40 - 42.

2. Нестеров С. В., Бакирова И. Н., Самуилов Я. Д. Термическая и термоокислительная деструкция полиуретанов: механизмы протекания, факторы влияния и основные методы повышения термической стабильности. Обзор по материалам отечественных и зарубежных публикаций // Вестник казанского технологического университета. 2011. Т.14. №14. С.10 - 23.

3. Нестеров С.В., Самуилов Я.Д., Бакирова И.Н., Самуилов А.Я. Влияние фенольного соединения Irganox-1010 на упруго - прочностные свойства и термо-, теплостойкость литьевого полиуретана на основе сложного полиэфира // Бутлеровские сообщения. 2012. Т.30. №6. С.127 - 131.

4. Кирпичников П.А., Зенитова Л.А., Бакирова И.Н. Полиуретановые эластомеры. Часть 1. Теория и практика полиуретанов // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 1999. Т.1. №1. С.57 - 60.

5. Пасерб М.А., Бакирова И.Н Синтез сложных ароматических олигоэфирдиолов и термостойких полиуретановых лаков на их основе // Бутлеровские сообщения. 2013. Т. 33. № 13. С. 93 - 96.