186892. lajstromszámú szabadalom • Eljárás olajokkal módositott alkidgyanták előállítására
I '86892 2 A találmány tárgya eljárás olajokkal módosított alkidgyanták előállítására, trigliceridek felhasználásával. Ismeretes, hogy az alkidgyanták napjainkban a lakkfestékipar egyik legnagyobb volumenű műgyantaféleségét képviselik. Az elmúlt években elsősorban a különleges összetételű alkidgyantákat fejlesztették (mint például a vízzel hígítható alkidgyantákat, a vinil-módosított alkidgyantákat, a fém-módosított alkidgyantákat slb.). Kevesebb figyelmet fordítottak a sokoldalúan alkalmazható, a szintetikus zománcok kötőanyagaként használható, körülbelül 50-80% olajtartalmú, ún. közepes és zsíros alkidgyanták fejlesztésére. A magas védőbevonati értékű hagyományos szintetikus zománcok iránti megélénkült kereslet ismét előtérbe helyezte a közepes ill. magas olajtartalmú alkidgyanták előállítását. Ezen termékek előállításához viszonylag olcsó alapanyagok szükségesek és hígításukhoz lakkbenzin használható. A lakkbenzin viszonylag olcsó oldószer és a rávonatkozó tűz- és egészségvédelmi előírások jóval kedvezőbbek, mint az aromás oldószerek, ketonok, észterek stb. esetében. A közepes és zsíros alkidgyanták előállításához általában poliolokat, előnyösen pentaeritritet és dikarbonsavakat, előnyösen ftálsavanhidridet és további száradó vagy féligszáradó olajokat vagy zsírsavakat alkalmazzák. Figyelembe véve azt, hogy a növényi olajok (trigliceridek) minden esetben olcsóbbak mint a megfelelő zsírsavak, nyilvánvaló, hogy trigliceridből gazgaságosabb előállítani ugyanazon olajhosszúságú alkidgyantát. Bevonati tulajdonságaik közt gyakorlatilag pedig különbség nincsen. Ismert, hogy trigliceridek bői kiindulva az alkidgyantagyártás első művelete általában az alkoholízis és átészterezés, amelynek során a trigliceridekből (olajokból) és poliolokból mono- ill. diglicerideket ill. részésztereket állítanak elő. Második műveletben a keletkezett észterkeverékhez polikarbonsavakat adagolva polikondenzációva! fejeződik be az alkidgyanta előállítása. Ez a gyártási eljárás jelentősen hosszabb időt vesz igénybe, mint az ún. zsírsavas technológia. Adott esetben a szükséges technológia 2-3-szorosa is lehet az utóbbinak. A hosszú gyártási idő, a magas energiaköltségek miatt az eljárás gazdaságtalan, ill. különböző műszaki problémákat okozhat (például a gyanta színe elsötétedik, a keletkező bomlástermékek rontják a termék szűrhetőségét és száradási tulajdonságait stb.). Nyilvánvaló, hogy a fejlesztési célkitűzések ezen alkidgyanta típusoknál elsősorban a gyártási idő csökkentésére irányulnak. A szakirodalomban számos monográfia, szakcikk, szabadalmi leírás foglalkozik ezzel a problémával. A 157021. számú magyar szabadalmi leírás szerint úgy járnak el, hogy polialkoholból cs olajból ill. polialkoholból és zsírsavból előállított és kis mennyiségben alkalmazott észterkeverék hozzáadásával azonos polialkohol és olaj ill. pofialkohol és zsírsav alapú részleges észter előállításánál az átészterezési ill. észterezési időt lerövidítik. Ezt úgy érik el, hogy a külön-külön előállított részészterekből 0,3-3 súly%-ot adagolnak a reakció megkezdése előtt a reakcióelegyhez. Az eljárás bizonyított előnyei mellett a gyakorlatban az alábbi nehézségek jelentkeznek:- a részésztereket külön kell előállítani, ami többletenergia felhasználást eredményez;- a részészterek tárolás során zsírszerűen kidermednek, ezért a felhasználásuk előtt azokat ki kell melegíteni;- nem általánosan alkalmazható a megoldás, mert az alkidgyanták összetételének megfelelően változtatni kell a részészterek összetételét is;- a növényi olajokban természetes szennyeződésként jelen lévő foszfatidok, fehérjék, szterinek, stb. az alkidgyanta gyártása során fehér, rendkívül nehezen kiszűrhető kollodális csapadék formájában kiválnak. A találmány célkitűzése az előzőekben vázolt problémák megoldására olyan, általánosan alkalmazható eljárás kifejlesztése, amellyel a gyártástechnológiai idő lényegesen lerövidül és a növényi olajokban levő természetes szennyeződések okozta szűrési problémák megszűnnek. Felismertük azt, hogy ha az alkidgyantában alkalmazott napraforgóolaj és/vagy szójaolaj menynyiségének egy részét 2,5-20 tömeg%-nyi, előnyösen 5-10 tömeg%-nyi mennyiségben ricinusolajjal helyettesítjük és az olajelegyet önmagában körülbelül 260 °C-ra hevítjük, majd főzés után hozzáteszszük az átészterezéshez szükséges poliolt, illetve a szokásosan használt katalizátort, és az átészterezés hőmérsékletén - előnyösen 250 °C - átészterezünk, majd ezt követően beadagoljuk a polikarbonsavakat és egyéb szokásos komponenseket és a kívánt paraméterek eléréséig reagáítatunk, akkor az átészterezési illetve a polikondenzáció ideje az ismert gyártási eljárásokhoz képest jelentősen.csökken. Felismertük továbbá azt is, hogy ha az olajelegyhez 1 mól ricinusolajra számított 0,1-2 mól bórsavat adagolunk, akkor az eredmény még tovább javítható. Ebben az esetben az ismert megoldásokhoz képest az alábbi előnyök jelentkeznek:- tovább csökken az átészterezés ill. a polikondenzációs szakasz gyártási ideje;- a műgyanták elszíneződése enyhébb;- a foszfatidok, fehérjék stb. okozta kicsapódás jelentősen lecsökken ill. nem észlelhető. A találmány szerinti eljárás további részleteit a következő kiviteli példákban mutatjuk be: I. példa (Ismert technológia szerint) 68% olajtartalmú levegönszáradó alkidmügyanta előállítása. Keverővei, inertgáz bevezetéssel, hőmérővel és azeotropos vízelválasztóval felszerelt fűthető reaktorba 3570 kg szójaolajat és 550 kg pentaeritritet bemérünk. Az elegyhez hozzáadunk 1 kg ólomoxidot (PbO) és nitrogén atmoszférában 250 °C-ra hevítjük. Az alkoholízis előrehaladását metanolos oldhatóság vizsgálatával követjük. (Azt vizsgáljuk, hogy 1,5 súlyrész metanol és 1 súlyrész minta elegye 5-6 óra reagáltatási idő után homogén és átlátszó-e). A reakcióelegyet lehűtjük 200 °C-ra és hozzáadunk 170 kg pentaeritritet és 1240 kg ftálsavanhidridet valamint annyi xilolt, amennyi a pofikondenzáció 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
