Современные лакокрасочные материалы для отделки древесины и изделий из древесины

Отделочные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол. К этому типу относятся модифицированные или немодифицированные олигоэфиры, содержащие в главной цепи реакционно-способные непредельные связи. Наличие этих связей определяет их термореактивность, благодаря чему в процессе отверждения покрытия развиваются реакции сополимеризации с другими ненасыщенными компонентами пленкообразующей системы, в частности с мономерами, выполняющими роль растворителей (стирол, акрилаты).

Принципиально их можно получить введением в полиэфирную цепь остатка непредельного двухатомного спирта или двухосновной кислоты. К ненасыщенным полиэфирам относят также продукты взаимодействия гидроксил- или глицидилсодержащих олигомеров с ненасыщенными кислотами акрилового ряда, содержащие непредельные связи в коротких боковых цепях. Взаимодействием гидроксилсодержащих олигомеров с аллилглицидиловым эфиром получают пленкообразователи, в боковой цепи которых имеются аллильные группы (иначе их можно получить взаимодействием гидроксилсодержащих полимеров с аллиловым спиртом). К ненасыщенным полиэфирам можно отнести и эпоксиэфиры ненасыщенных кислот.

В качестве пленкообразователей используются преимущественно два типа ненасыщенных полиэфиров: полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты, причем лишь немногие полиэфиры применяются как самостоятельные пленкообразующие вещества (с отвердителем), а большинство — в составе композиций.

Большая часть полиэфирных материалов в настоящее время применяется для покрытий по древесине. Меньшее применение находят полиэфиры в порошковых красках.

Для синтеза полиэфирмалеинатов используют этиленгликоль, пропиленгликоль-1,2, реже — диэтиленгликоль и полигликоли (в последнем случае увеличивается эластичность, но снижается водостойкость и скорость отверждения полиэфира на подложке); иногда гликоли частично заменяют глицерином и пентаэритритом, что увеличивает реакционную способность продукта при отверждении. В качестве дикарбоновой кислоты кроме малеинового ангидрида применяют также итаконовый (I), цитраконовый (II) или фталевый ангидрид:

Получение полиэфира конденсацией этиленгликоля со смесью малеинового и фталевого ангидридов можно представить следующей схемой:

Обладая сравнительно невысокой непредельностью, ненасыщенные полиэфиры замедленно самоотверждаются даже в присутствии активных инициаторов (перекисей и гидроперекисей). Поэтому в лакокрасочных системах их применяют в виде растворов в ненасыщенном мономере (чаще всего в стироле), который одновременно является отвердителем и модификатором. В таких системах в присутствии инициаторов развивается реакция радикальной полимеризации. Эта реакция проводится на подложке (отверждение), причем мономер сополимеризуется с молекулами полиэфира с образованием пространственного полимера:

Так как реакция сополимеризации смолы со стиролом может происходить самопроизвольно и вызвать преждевременное загустевание смеси, для предотвращения загустевания в смолу вводят ингибиторы - вещества, препятствующие возникновению реакции. Чаще всего в полиэфирмалеинатные лаки вводят гидрохинон или пирокатехин. Для обычных условий хранения смолы бывает достаточно сотых долей процента содержания ингибитора (от массы смолы). При этих условиях жизнеспособность смолы может составлять несколько месяцев.

Для отверждения смолы перед ее употреблением вводят вещества инициирующие и ускоряющие реакцию сополимеризации полиэфира с мономером. В качестве инициаторов реакций применяют обычно перекисные соединения (перекись бензоила, циклогексанона, метилатилкетона гидроперекись кумола — гипериз) и др. Ускорителями обычно служат растворимые в органических растворителях соли некоторых металлов, чаще всего нафтенат кобальта.

Отверждение смолы после введения инициатора и ускорителя может происходить без внешнего подвода тепла и сопровождается саморазогревом смеси (до 100 °С и более) за счет экзотермического тепла реакции сополимеризации.

Такие системы являются «лаками без растворителей» (поскольку растворяющий полиэфир мономер служит компонентом связующего вещества на подложке).

Производство полиэфирных лаков осуществляется периодическим методом по типовой технологической схеме, по которой обычно синтезируют конденсационные олигомеры. Процесс ведут блочным методом в две стадии: сначала гликоль конденсируют с малеиновым, а затем со фталевым ангидридом до тех пор, пока кислотное число не снизится до 20...40 мг КОН/г при этом молекулярная масса полиэфира составляет 2000...3000. Готовый полиэфир охлаждают и растворяют в стироле, после чего следуют обычные операции фильтрования и типизации лака. Лаки имеют следующие показатели:

Полиэфирмалеинатные смолы приобрели большое значение как пленкообразователи для лакокрасочных материалов и, особенно, лаков для древесины; как пленкообразователи они обладают рядом выдающихся качеств, к числу которых могут быть отнесены:

1. Высокий, сухой остаток. Поскольку молекулярная масса полиэфирмалеинатных смол небольшая (до 3000), растворы их в мономерах имеют невысокую вязкость и в большинстве случаев их не нужно разбавлять другими растворителями; если разбавление и требуется, то очень незначительное. Основной растворитель  реакционноспособный мономер (например, стирол) при сополимеризации переходит в компонент пленкообразователя, т.е. в сухой остаток.
2. Незначительная усадка при отверждении, в связи с чем отполированные поверхности покрытий сохраняют приданный им блеск длительное время, чем выгодно отличаются от покрытий шеллачными и нитроцеллюлозными лаками. Кроме того, покрытия из полиэфирмалеинатных лаков хорошо шлифуются и полируются до зеркального блеска механическими способами.

3. Высокие физико-механические свойства покрытий. Полиэфирмалеинатные смолы образуют прозрачные, слегка желтоватые или розоватые покрытия, пригодные как для темных, так и для светлых пород древесины.

Покрытия из полиэфирмалеинатных смол обладают высокой твердостью, термостойки (тлеющая сигарета не оставляет следа на покрытии), устойчивы к действию воды, спирта, масел разбавленных кислот, щелочей и других реагентов. Эластичность покрытий может быть разной в зависимости от взятых для поликонденсации кислот. Замена части ненасыщенной кислоты насыщенной повышает эластичность отвержденного полимера, так как включение в цепные молекулы полиэфира звеньев из молекул насыщенных кислот увеличивает расстояния между двойными связями, уменьшает частоту сшивки цепей в пространственную сетку.

Наиболее распространены для отделки древесины, особенно в мебельном производстве, парафинсодержащие полиэфирмалеинатные лаки. К ним относятся отечественные лаки марок ПЭ-236п, ПЭ-246 и многие зарубежные.

Парафинсодержащие полиэфирные лаки состоят из основы — раствора ненасыщенной смолы в стироле с добавкой ингибитора, парафина (0,1...0,3 % по отношению к основе) и отдельно поставляемых инициатора и ускорителя.

Жизнеспособность основы лака при температуре не выше 20...25 °С составляет обычно несколько месяцев и мало меняется при добавлении ускорителя. При добавке к основе инициатора (без ускорителя) жизнеспособность лака сокращается до нескольких часов. При добавке инициатора и ускорителя жизнеспособность лака, в зависимости от его марки, вида инициатора и ускорителя и температурных условий, составляет всего лишь 10...40 мин, поэтому лак следует наносить таким способом, чтобы смешение всех компонентов (основы, ускорителя и инициатора) происходило непосредственно на поверхности древесины. Для этого основу часто разделяют на две части. В одну часть вводят инициатор, в другую ускоритель. На поверхность последовательно наносят лак с инициатором и лак с ускорителем. Можно использовать распылители, в которых компоненты смешиваются в распыленной струе, предварительное грунтование древесины грунтовкой, содержащей инициатор.

Особая роль в парафинсодержащих лаках принадлежит парафину. Инициатором сополимеризации ненасыщенной смолы с мономером служат, как уже говорилось, органические перекиси или гидроперекиси. Будучи нестойкими, перекисные соединения легко распадаются и образуют свободные радикалы, которые, взаимодействуя с ненасыщенной смолой и мономером, инициируют реакцию их сополимеризации. Однако в присутствии кислорода свободные радикалы взаимодействуют, прежде всего с кислородом, поэтому в поверхностном слое, соприкасающемся с воздухом, инициинирования — реакции сополимеризации смолы с мономером не происходит или эта реакция оказывается замедленной. В результате на поверхности образовавшегося сополимера остается липкий слой не прореагировавшей с мономером смолы.

Это явление не имеет большого значения при переработке ненасыщенных полиэфирных смол в пластмассы и при употреблении их для склеивания, так как поверхности в этих случаях часто бывают изолированы от окружающего воздуха стенками прессформ и склеиваемыми материалами. Кроме того, повышение температуры при отверждении смолы компенсирует недостаточное действие инициаторов на поверхности. Лаковые покрытия имеют большую поверхность контакта с воздухом, а отверждаются без сколько-нибудь заметного нагрева, так как экзотермическое тепло рассеивается из тонкого покрытия в окружающую среду. В результате в поверхностном слое покрытия смола остается липкой, не прореагировавшей с мономером. Введение всплывающей добавки устраняет этот недостаток. Некоторые воскообразные вещества, например парафин и церезин, могут быть растворены в лаке. При желатинизации лака они всплывают на поверхность и образуют пленку, изолирующую покрытие от кислорода воздуха. После отверждения покрытия парафиновая пленка и верхний слой лака должны быть удалены шлифованием или циклеванием, поэтому применяют парафинсодержащие лаки только для покрытий, подвергающихся облагораживанию, т.е. шлифованию и полированию.     Парафинсодержащие лаки рассчитаны на холодную сушку, т е. сушку при комнатной температуре (18...25 °С). Процесс всплывания парафина и желатинизация лака, продолжаются обычно 15...40 мин. Отверждение, при котором покрытие хорошо шлифуется и полируется, продолжается 1...2 суток.

Форсировать процесс отверждения покрытия нагревом можно лишь после 1...2 часовой выдержки, так как отклонения температуры воздуха от комнатной в первый период после нанесения лака нарушают условия образования парафиновой пленки и отверждения покрытия.

Парафинсодержащие полиэфирные лаки обладают высоким сухим остатком достигающим 95 %. Содержащаяся в лаке всплывающая добавка способствует повышению сухого остатка, так как всплывая на поверхность парафин не только изолирует лак от кислорода, но и препятствует дальнейшему испарению еще не прореагированного стирола.

Лак можно наносить толстыми слоями, так как усадка его мала, а само отверждение происходит быстрее и надежней в толстых слоях, чем в тонких, поэтому получение даже толстых покрытий (до 500 мкм) достигается за одно - два нанесения.

Наносить лак можно только на горизонтальные поверхности, так как сополимеризация смолы и мономера, а с ней и нарастание вязкости происходят не сразу, а лишь по истечении нескольких минут после нанесения; первое время лак сохраняет низкую вязкость и стекает с вертикальных и наклонных поверхностей. Для нанесения покрытий на вертикальные поверхности в полиэфирные лаки вводят специальные загустители и тиксотропные добавки.

К недостаткам парафинсодержащих лаков относится пониженная адгезия к древесине, что можно объяснить миграцией некоторой части парафина в подложку, необходимость во всех случаях операции по удалению парафинового слоя, высокая чувствительность к температурным условиям в первый период желатинизации лака. Парафинсодержащие полиэфирмалеинатные лаки не имеют адгезии к древесине, обработанной масляными грунтами и порозаполнителями, и плохо отверждаются

териалами. Кроме того, повышение температуры при отверждении смолы компенсирует недостаточное действие инициаторов на поверхности.

Лаковые покрытия имеют большую поверхность контакта с воздухом, а отверждаются без сколько-нибудь заметного нагрева, так как экзотермическое тепло рассеивается из тонкого покрытия в окружающую среду. В результате в поверхностном слое покрытия смола остается липкой, не прореагировавшей с мономером. Введение всплывающей добавки устраняет этот недостаток. Некоторые воскообразные вещества, например парафин и церезин, могут быть растворены в лаке. При же- латинизации лака они всплывают на поверхность и образуют пленку, изолирующую покрытие от кислорода воздуха. После отверждения покрытия парафиновая пленка и верхний слой лака должны быть удалены шлифованием или циклеванием, поэтому применяют парафинсодержащие лаки только для покрытий, подвергающихся облагораживанию, те. шлифованию и полированию.

Парафинсодержащие лаки рассчитаны на холодную сушку, т е. сушку при комнатной температуре (18...25 °С). Процесс всплывания парафина и желатинизация лака, продолжаются обычно 15...40 мин. Отверждение, при котором покрытие хорошо шлифуется и полируется, продолжается 1...2 суток.

Форсировать процесс отверждения покрытия нагревом можно лишь после 1...2 часовой выдержки, так как отклонения температуры воздуха от комнатной в первый период после нанесения лака нарушают условия образования парафиновой пленки и отверждения покрытия.

Парафинсодержащие полиэфирные лаки обладают высоким сухим остатком достигающим 95 %. Содержащаяся в лаке всплывающая добавка способствует повышению сухого остатка, так как всплывая на поверхность парафин не только изолирует лак от кислорода, но и препятствует дальнейшему испарению еще не прореагированного стирола.