186060. lajstromszámú szabadalom • Eljárás poliésztergyanták javított előállítására
1 186060 2 A találmány tárgya javított eljárás poliésztergyanták előállítására. Ismeretes az, hogy a lakk- és festékipar elterjedten használja önmagában vagy más gyantákkal kombinálva filmképzőként a poíialkoholokból és a polikarbonsavakból készült poliésztereket, az alkidgyantákat. Az alkidgyanták gyártását és felhasználását a szakirodalom részletesen tárgyalja, így például az előállítási módszereket és a reakciók kinetikai összefüggéseit. Az alábbi poliészterképződési reakcióegyenlet (X)ROH + (H)RCOOH * ** H(0 - R - CO)OH + (X - 1)H20 egyensúlyi állandója (K) viszonylag kis érték körülbelül K= 2-5. Wagner és Sarx szerzők Lackkunstharze (Carl Hanser Verlag München 1971.) című könyvének a 86—147 oldalakon foglalkozik a fenti gyantatípus gyártásával. Többek között kiemelik, hogy kifogástalan termék gyártásához lényeges a reakciófolyamat gondos ellenőrzése és lefolytatása. A viszonylag kis K érték azt jelenti, hogy a reakció végbemeneteléhez a víz folyamatos eltávolítása szükséges. Korshak és Vinogradova szerzők is rámutattak, különösen a kis egyensúlyi állandójú polikondenzációs reakciónál a folyamatok bonyolultságára és kiemelték, hogy a keletkező víz eltávolítása alapvető jelentőségű. Ezekben a reakciókban a melléktermékként képződött víz eltávolításának mértéke nagyban befolyásolja a termék polimerizációs fokát. Az átlagos polimerizációs fok a rendszerben lévő víz n mólszámával fordítva arányos. Jellemző példaként a K = 4 körüli poliészterezési reakciókra: kb. 0,1 mólszázalék víz jelenlétében a polimerizációs fok csak körülbelül 60-ig növekszik (v.ö. Ceterocepnie poliefiri, Moszkva, 1958. 105. o.). A polikondenzációs reakcióknál képződött víz eltávolításának két alapvető módja ismert: az 1. olvadékos és a 2. oldószeres eljárás. 1. 160—290 °C hőmérsékleten az alkoholok karbonsavakkal közvetlenül észtereződnek az olvadékban. Használnak nem illó észterező katalizátorokat is. A lehasadó víz gyorsabb eltávolítására vákuumot alkalmaznak vagy inertgázt vezetnek a reakcióelegyen keresztül. 2. Az észterezést vízzel nem elegyedő oldószer (például xilol) jelenlétében végzik, ami a reakcióvíz eltávolítását azeotróp elegy képződésével elősegíti. A forralási hőmérséklet ilyenkor általában 150—230° C. (C. R. Martens: Alkyd Resins 1961. 51. o.; Raymond R. Myers, J. S. Long: Film-Forming Compositions 1967. 83. o.; Treatise on Coatings: Volume 1, Part 1; Film-Forming Compositions 1972. 306. o., Treatise on Coatings: Volume 1; Part, III, dr. Kovács Lajos: Vegyipari technológiák gazdasági szakemberek számára; Alkidgyanták: 1973. 27. o.) A víz eltávolítása a reakció befejező szakaszában — függetlenül a módszertől — nehézkes, a reakcióidő lényegesen meghosszabbodik, és nem kívánatos mellékreakciók lefolyásának is kedvez. Az ismert eljárások hátrányait összegezve megállapítjuk, hogy — a hosszú reakcióidő csökkenti a termelőberendezések kapacitását, — nem kívánatos mellékreakcíók rontják a késztermék minőségét (pl. elszíneződés), — a filmképzés szempontjából optimális móltömegü alkidgyanták előállítása nehézkes, illetve formulázási nehézségek miatt a megfelelő viszkozitásnál a gyanták savszáma nagyobb a kívánatosnál. A találmány célkitűzése polikondenzációs reakciókkal előállított termékeknél a gyártási idő csökkentése, a termék polimerizációs fokának bizonyos esetekben megkívánt növelése, egyenletes jobb minőségű termék előállítása. Ezek a célkitűzések a gyártási folyamat befejező szakaszában a víz eltávolításának javításával megoldhatók. Felismertük azt, hogy a polikondenzációs reakciók befejező szakaszában a víz eltávolítására legalkalmasabb az addiciós reakció alkalmazása. Addiciós reakciópartnerként a poliészterek előállításához általánosan használt dikarbonsavanhidridek és epoxivegyületek kombinációja vált be, amellyel a víz kémiailag megköthető. A főként savszámmal jellemezhető befejező reakciószakaszban adagolt polikarbonsavanhidrid a reakcióidőt egyértelműen hatékonyan lerövidíti. A legjobb eredményt akkor kaptuk, ha az összes polikarbonsav és -anhidridre számítva 1,0—20,0 tömeg%-nyi, de a gyanta olvadékra legalább 0,5 tömeg%-nyi mennyiségben, 5—30 savszám érték között adagoltuk a polikarbonsavanhidridet. A javasolt eljárással készített gyantaoldatok minősége elsősorban szín és reprodukálhatóság szempontjából kedvezőbb, azonban a bevonat kémiai ellenállóképessége — feltehetően a kismolekulájú poláris adduktumok jelenléte miatt — csökkent értékű. Ezen hátrányos tulajdonság kiküszöbölésére végzett kísérletek eredménye alapján meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy ha a polikarbonsavanhidrid adagolásával egyidejűleg, annak mennyiségére számított legalább 50 tömeg®/» epoxivegyületet, célszerűen versatilsav-glicidil-észtert, fenilglicidil-étert, allil-glicidil-étert stb. is alkalmazunk, akkor a gyorsító hatás mellett a bevonatok vegyszerállósága, továbbá az így előállított alkidgyanták hígíthatósága és a pigmentnedvesítő képessége is javul. Ez utóbbiak előnye a felhasználásra kerülő oldószerek lehetséges csökkentése és a festékgyártás egyszerűsítése. Fentiek alapján tehát a találmány szerint adott összetételű poliésztergyanták előállítására a szokásos víz eltávolítási fizikai műveletek mellett a reakció befejező szakaszában, kémiai addiciós vizmegkötést is alkalmaztunk. A találmány szerinti poliésztergyanták előállítására úgy járunk el, hogy a szokásos összetételű, a gyártás során képződött 5—30 savszám értékű poliésztereket az összes polikarbonsavra és polikarbonsavanhidridre számítva 1—20 tömeg%, de a gyantaolvadékra számítva legalább 0,5 tömeg% mennyiségben polikarbonsavanhidridet, ftálsav-, hexahidroftálsav- vagy trimellitsav-anhidridet és az utóbb felhasznált polikarbonsavanhidrid tömegére számítva legalább 50 tömeg%, de legfeljebb 400 tömeg% epoxivegyületet, így 8—13 szénatomot tartalmazó elágazó szénláncú alifás monokarbonsav-glicidil-észtert, fenil-glicidil-5 10 1 & 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
