192725. lajstromszámú szabadalom • Eljárás uretánolaj-, ill. uretánalkid műgyanta kötőanyagok előállítására
1 192 725 2 A találmány tárgya eljárás nagy hidroxilszámú, olajjal módosított alkidgyantákból vagy mono- és diésztereket is tartalmazó növényi olajokból uretánalkid-, illetve uretánolaj műgyanta kötőanyag előállítására, di- vagy poliizocianáttal való kezelés révén. Ismeretes, hogy az alkidgyanták napjainkban még mindig a lakkfestékipar egyik legnagyobb mennyiségben gyártott műgyantaféleségét képviselik. A természetes növényi olajok alkalmazása nyersanyagként ebben az iparágban továbbra is növekvő mértékű. Egyéb kötőanyagok még nem tudták kiszorítani az említett kötőanyagokat. Ennek nemcsak gazdasági, hanem műszaki okai is vannak. Sorra jelennek meg a különböző alkidgyantát módosító eljárások és a keletkezett termékek a megnövekedett elvárásoknak megfelelően javított, vagy módosított tulajdonságokkal rendelkeznek; igazolva azt, hogy ezeknek a hagyományos kötőanyagoknak a továbbfejlesztése még messze nem befejezett tény. A szabad hidroxílcsoportokat tartalmazó levegőnszáradó alkidok és növényi olajok (glicerid-észterek) reagáltatása di-, illetve poliizocianátokkal megváltoztatja a műgyanták molekulaszerkezetét, molekulatömegét, és így alapvetően más tulajdonságú filmképzőt kapunk. Lényegében a polikondenzációhoz alkalmazott dikarbonsavak részleges vagy teljes mértékű diizocianáttal történő helyettesítéséről van szó. Az izocianát és OH-csoportok addíciós reakciója eredményezi az uretán-kötést. Ennek a reakciónak a hevessége a szabad funkciós csoportok helyzetétől, rendüségétől függően rendszerint lényegesen nagyobb, mint az észtercsoport kialakítását szolgáló kondenzációs reakció. Így az alkidokhoz képest eltérő molekulaszerkezet és térhálósűrűség jön létre. Az uretánalkidok és -olajok a hagyományos alkidokhoz, illetve olajokhoz képest javítják a filmképző bevonatok száradását, mechanikai tulajdonságait, vegyszer- és vízállóságát. A legtöbb kötőanyaggal, és kis savszámuk miatt — a bázikus pigmentekkel is jól összeférnek. A jobb száradási, mechanikai vegyszer és állósági tulajdonságok feltehetően a poliuretánokra jellemző sűrű és szabályos szerkezetű molekulatérhálók következményei. Az uretánalkidok és uretánolajok előállítása két lépésben történik. Az első lépés az uretánalkidok esetében a polikondenzációs reakció, amelynek során egy alacsony savszámű és reagálatlan OH-csoportokat tartalmazó alkidgyanta keletkezik. Az uretánolajok esetében a növényi olajok alkoholizisével mono- és diésztereket is tartalmazó elegy et állítunk elő, amelynek OH-száma igény szerint tervezhető. A második lépés a diizocianátos, ritkábban poliizocianátos kezelés. Ez a többi, jelenlévő reagenstől függően 20—150 °C között, előnyösen 50—100 °C-on végezhető. A hidroxilcsoport-izocianátcsoport egyenértékarány, illetve az észter/uretán kötések aránya alapvetően meghatározza a keletkező műgyanta tulajdonságait. Az izocianátos kezelés rendszerint az NCO-csoportok teljes reagálásáig történik. A maradék NCO-csoportok semlegesítését primer, alifás 1-4 szénatomszámú alkoholokkal, előnyösen n-butanollal végezzük. Az uretánalkidok és uretánolajok előállítására kis móltömegű, erősen reaktív diizocianátokat alkalmazhatunk, leggyakrabban toluilén-diizocianátot (TDI), hexametilén-diizocianátot (HDI), izoforon-diizocianátot (IPDI), illetve ezek száramzékait. Tekintettel arra, hogy ezek a reaktív, már a levegő nedvességtartalmával is reagáló izocianátok illékonyak, belégzésük komoly légzőszervi károsodást okozhat. így alkalmazásukat igyekeznek minél alacsonyabb hőmérsékleten végezni, a reakcióidőt pedig lerövidíteni. Az izocianátok OH-csoportokkal történő addíciós reakcióját leggyakrabban tercier-aminokkal, fémorganikus vegyületekkel, fémsókkal, szerves ón-vegyületekkel, kiváltképp dibutil-ón-dilauráttal, és úgynevezett Lewis-savakkal (A1C13, BF3) szokás katalizálni. A katalizátor mennyisége, típustól függően az izocianát mennyiségének 0,001—1 mól %-a, előnyösen 0,01—0,1 mól %-a lehet. Adagolása azizocianát adagolásával egyidőben történhet. Az izocianátos kezelést igen nagy gonddal kell végezni. Ugyanis az uretánalkidok, illetve az — olajok előállítása során az izocianátok molekulaösszekapcsolódása következtében — a polikondenzációs reakcióidőhöz képest — töredék idő alatt megy végbe a molekulaméret meghosszabbodása; a műgyanta viszkozitása néhány óra alatt egy nagyságrenddel is megnőhet. A gélesedési veszély elkerüléséhez körültekintően kell megválasztani a reakciókörülményeket, az izocianátos kezelés hőmérsékletét, a reakciópartnerek arányát és a katalizátor mennyiségét. Mindazonáltal igen nehéz feladat jól reprodukálható minőségű uretánalkidókat, illetve uretánolajokat előállítani, különösen akkor, ha az alkidok olajátészterezéses technológiával készülnek, amikor is a hidroxil-tartalmú észtermolekulák eloszlása és az OH-csoportok helyzete az alkoholízis minőségétől függően minden gyantasarzs főzésénél kisebb-nagyobb eltérést mutathat. A 1 301 568. számú német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírás növényi olajokat és sztirolt tartalmazó alkidgyantákból izocianáttal történő reagáltatás révén uretánalkid gyanták előállítását ismerteti. Uretánolaj, illetve uretánalkid gyanták előállítását ismerteti részletesen a Paint Manufacture 41 (1) p 59- -61. (1971.) folyóiratban megjelent cikk. Poliolokkal átészterezett szardínia olajból vagy szardínia olajjal módosított alkidgyantából diizocianáttal állítják elő a kívánt kötőanyagot. A Paint Technologie 30 (4) p. 14-22. folyóirat cikke pedig az alkidgyantákban lévő hidroxilcsoportok és az izocianátok között végbemenő, adott esetben katalizátorral gyorsított reakció mechanizmusáról ad részletes tájékoztatást. Ismert jelenség, hogy az NCO-csoportok reaktivitása az OH-csoportok rendűségétől erősen függ. A primer és Ián.végi OH-csoportok addiciója preferált a többi hidroxilcsoporttal szemben, így a molekulatérháló kialakításában elsődleges szerepet játszik. Kutatómunkánkat az a szándék vezérelte, hogy olyan átészterezett olajat, illetve olajátészterezésen 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
