Способ получения алкидной смолы
Изобретение относится к области получения алкидных смол и может быть использовано в лакокрасочной промышленности. Способ получения алкидной смолы включает загрузку и смешивание в емкостном ректоре маслосодержащего компонента, глицерина и LiOH, а также нагрев смеси до 230-260°С и последующие операции винилирования, полиэтерификации и доведение до нужных показателей путем добавления растворителя, при этом перед операцией винилирования проводят процесс алкоголиза, отгонку воды без азеатропа и алкогольный тест, после завершения алкогольного теста смесь охлаждают до 150-160°С и проводят операцию винилирования в присутствии винилтолуола, ксилола, фталевого ангидрида и ди-третичного бутил пероксида. Технический результат - повышение производительности процесса и снижение расходов электроэнергии за счет снижения времени синтеза алкидной смеси. Полученная смола имеет улучшенные характеристики по цвету, меньшее время сушки до степени 3. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области получения алкидных смол и может быть использовано в лакокрасочной промышленности.
Известен способ получения алкидных смол, представленный в патенте РФ на изобретение №2200741 от 2001.10.18. Способ реализован путем проведения реакции переэтерификации растительных масел, канифоли и глицерина в присутствии катализатора, с последующим проведением реакций полиэтерификации фталевым ангидридом и поликонденсации при нагревании. В качестве катализатора на стадии переэтерификации предложен 2-этилгексанат свинца в количестве 0,018-0,03 мас.% в виде раствора в уайт-спирите, а на стадии поликонденсации смолы фенольная смола на основе пара-трет-бутилфенола и формальдегида в количестве 3-4 мас.%.
В варианте способа в качестве катализатора переэтерификации используют 2-этилгексанат в количестве 0,01-0,017 мас.% в виде раствора в уайт-спирите, а на стадии полиэтерификации смолы - 5,36-11,61 мас.% смесь бензойной и пара-трет-бутилбензойной кислот в соотношении их соответственно 1:1,5-2.
Отмечено ускорение времени высыхания лакокрасочных материалов, но только при использовании реакторов емкостного типа сравнительно малого объема (до 5,0 м3).
Использование в процессе производства лакокрасочных материалов наравне с реакторами емкостного типа проточных реакторов также приводит к ускорению реакции, но только при небольшом объеме производства.
Известен также способ получения алкидных смол по патенту РФ на изобретение №2340631 от 5.07.2007 г., включающий смешивание в емкостном ректоре, соединенном с проточным трубчатым реактором, растительных масел и многоатомного спирта в присутствии катализатора и при нагревании и последующую операцию полиэтерификации в присутствии дикарбоновой кислоты и ксилола. На стадии смешивания реакционной массы в качестве катализатора используют 10% раствор 2-этилгексанат свинца. Подачу катализатора осуществляют через дозатор, включенный на входе проточного реактора, со скоростью не более 10 л/мин. На стадии полиэтерификации в реакционную массу добавляют 10% раствор паратолуолсульфакислоты в ксилоле со скоростью не более 10 л/мин.
Недостатком способа является длительный процесс синтеза.
Наиболее близким решением к предлагаемому способу получения алкидных смол является способ по патенту US №3445857 от 15.07.1969 г., включающий операцию винилирования в присутствии катализатора LION.
В соответствии с этим способом (пример №11 патента) в алкидные смолы добавляют винилтолуол, что обеспечивает совместимость как с алифатическими, так и с ароматическими растворителями и позволяет модифицировать алкиды широким ассортиментом пленкообразователей. Винилированные алкиды обладают повышенной твердостью, отличным блеском, атмосферостойкостью, кислото- и щелочестойкостью.
Винилированные алкиды можно наносить кистью, валиком, пневматическим или безвоздушным распылением. Покрытия на основе винилированных алкидов могут легко перекрываться другими ЛКМ и легко шлифуются.
Традиционный синтез винилированных алкидов включает следующие операции:
ЗАГРУЗКА. Подсолнечное масло (варианты: соевое, льняное, дистиллированное таловое масло - ДТМ, жирные кислоты талового масла - ЖКТМ) нагревают в реакторе до 155-160°С и отгоняют воду без азеатропа в течение 1,5-2,5 ч;
ВИНИЛИРОВАНИЕ. Далее готовят смесь винилтолуола и ксилола, которую равномерно в течение 5-6 часов добавляют в разогретое масло. Осуществляется процесс винилирования. Полученную смесь перемешивают в течение 3-4 часов до сухого остатка или содержания нелетучих веществ 94,5%. В смесь добавляют глицерин и LiOH (0,5-1 ч) и нагревают до 240-245°С (1-1,5). На этом этапе весь азеатроп собирается в приемник;
ПОЛИЭТЕРИФИКАЦИЯ. Загружают фталевый ангидрид и ксилол, проводят реакцию полиэтерификации. Смесь выдерживают при 240-245°С в течение 6-7 часов, пока она не пройдет тест на фталевый ангидрид. Проверяют готовность смеси в течение каждого часа;
Тест на фталевый ангидрид (ФА) проводят следующим образом. Смешивают в колбе 4,09 частей реакционной массы и 1 часть ФА, нагревают до 240°С в течение 15 мин. Реакционная масса считается готовой при вязкости 50-80 с и кислотном числе 10. При охлаждении смесь должна оставаться прозрачной.
ТИПОВКА - доведение до нужных показателей. После прохождения теста ФА, смесь охлаждают до 150-160°С (1-1,5 ч) и доводят до нужных показателей путем добавления растворителя (1-2 ч).
Общее время синтеза составляет 19-25,5 часов.
Недостатком способа является длительность времени синтеза, что снижает производительность процесса и повышает расходы электроэнергии.
Задача предлагаемого решения - повышение производительности процесса и снижение расходов электроэнергии за счет снижения времени синтеза алкидной смеси.
Для решения поставленной задачи в способ получения алкидной смолы, включающий загрузку и смешивание в емкостном ректоре маслосодержащего компонента, глицерина и LiOH, а также нагрев смеси до 230-260°С и последующие операции винилирования, полиэтерификации и доведения до нужных показателей, изменена последовательность операций и состав компонентов. Перед операцией винилирования проводят процесс алкоголиза, отгонку воды без азеатропа и алкогольный тест. После завершения алкогольного теста смесь охлаждают до 150-160°С и далее проводят операцию винилирования в присутствии винилтолуола, ксилола, фталевого ангидрида и ди-третичного бутил пероксида.
Введение нового компонента в предлагаемый процесс изготовления алкидной смолы способствует повышению эффективности действия катализатора и ускорению процесса синтеза, что позволяет сократить расходы на электроэнергию и повысить производительность процесса, а также улучшить эксплуатационные и технологические свойства конечного продукта. Проведение процесса винилирования после операции алкоголиза и отгонки воды без азеатропа также способствует ускорению процесса.
Способ осуществляют следующим образом.
В течение 1-1,5 часов загружают в реактор рецептурное количество подсолнечного масла (или маслосодержащего компонента: соевое, льняное, дистиллированное таловое масло - ДТМ, жирные кислоты талового масла - ЖКТМ) в количестве 15-30%, глицерин в количестве 3-15%, инициатор LiOH - 0,003-0,006%.
Смесь нагревают до 230-260°С под атмосферой азота и перемешивают в течение 2-3 часов. Далее проводят процесс алкоголиза и отгонку воды без азеатропа (3-4 часа). В процессе этой операции масла «уплотняются», возрастает молекулярная масса. Степень «уплотнения» проверяют путем проведения алкогольного теста (см. И.С.Охрименко, В.В.Верхоланцев. «Химия и технология пленкообразующих веществ», Ленинград, Химия, 1978, стр.191). Это тест на растворение «уплотненного» масла в этиловом спирте. Обычное масло в спирту не растворяется, а «уплотненное» растворяется. После «уплотнения» масла переходят ко второй стадии - винилирования.
Охлаждают смесь до 150-160°С в течение 1,5-2 часов. Добавляют в реакционную массу смесь винилтолуола (ВТ) в количестве 12-30%, ди-третичного бутил пероксида в кол-ве 0,3-1,2%, ксилол 0,5-2,5% и фталевого ангидрида - 8-18% равномерно в течение 0,5-1 часа при перемешивании. Проводят операцию винилирования 2-3 часа.
Азеатроп полностью возвращается в реактор.
Далее проводят процесс полиэтерификации до показателя содержания нелетучих веществ >94% (2-3 часа).
Полученную смесь растворяют уайт-спиритом или ТС-1 в количестве 30-55% до нужных показателей.
Весь процесс изготовления алкидной смолы предлагаемым способом занимает 14-19 часов, что дает экономию в 5 часов.
Кроме того, как показали сравнительные исследования, использование дополнительного компонента ди-третичного бутил пероксида, а также изменение последовательности операций позволили улучшить технологические и эксплуатационные показатели полученного продукта. Ниже приведена сравнительная таблица параметров алкидной смолы, полученной с применением известного способа и предложенного в заявке.
| Таблица | |||
| № | Показатели | Известный способ | Предлагаемый способ |
| 1 | СО, % | 48-52 | 48-52 |
| 2 | Вязкость, с., по В3-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20,0+0,5°С | 50-80 | 50-80 |
| 3 | Кислотное число, мг КОН/г, не более | 8-10 | 8-10 |
| 4 | Цвет, по иодометрической шкале | 15-20 | 8-10 |
| 5 | Время синтеза, ч | 19-25,5 | 14-19 |
| 6 | Время сушки до ст.3, ч, при температуре 20,0+2,0°С | 5-6 | 3-4 |
Как видно из таблицы, изготовленная предлагаемым способом смола имеет улучшенные существенные характеристики по цвету и сушке после нанесения.
1. Способ получения алкидной смолы, включающий загрузку и смешивание в емкостном ректоре маслосодержащего компонента, глицерина и LiOH, а также нагрев смеси до 230-260°С и последующие операции винилирования, полиэтерификации и доведение до нужных показателей путем добавления растворителя, отличающийся тем, что перед операцией винилирования проводят процесс алкоголиза, отгонку воды без азеатропа и алкогольный тест, после завершения алкогольного теста смесь охлаждают до 150-160°С и проводят операцию винилирования в присутствии винилтолуола, ксилола, фталевого ангидрида и ди-третичного бутил пероксида.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве маслосодержащих компонентов используют подсолнечное, соевое, льняное, дистиллированное таловое масло или жирные кислоты талового масла в количестве 15-30% от общей реактивной массы.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество ди-третичного бутил пероксида составляет 0,3-1,2% от общей реактивной массы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество винилтолуола составляет 12-30% от общей реактивной массы.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество ксилола составляет 0,5-2,5% от общей реактивной массы.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество фталевого ангидрида составляет 8-18% от общей реактивной массы.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество ксилола составляет 0,5-1,2% от общей реактивной массы.
