Развитие и значение целлюлозных лаков

Категория:
Целлюлозные лаки


Развитие и значение целлюлозных лаков

Жирные масла, натуральные смолы, натуральные битумы, растительные красители и большое число минералов еще в давние времена применялись в качестве лакокрасочного сырья, но целлюлозу для этой цели стали применять лишь в XX веке.

Многие основные сведения о химических свойствах целлюлозы, которая широко распространена в природе как основное вещество растительной и животной ткани, были известны еще в первой половине XIX века. Но получить из нее сырье, пригодное для практических целей, удалось только во второй половине того же XIX века.

Незадолго до середины столетия, в результате обработки азотной кислотой веществ, содержащих целлюлозу, впервые был получен взрывчатый и горючий продукт (1833 г. Браконно, 1845 г. Шенбайн, 1846 г. Отто). Тогда же ставились опыты по получению из целлюлозы искусственных волокнистых веществ (1855 г. Ауде-мар). Изобретателем искусственного шелка из нитроцеллюлозы считают Шардоне (1884 г.). Шелк, названный его именем, пережил эпоху расцвета во многих европейских странах, но эпоха эта длилась недолго вследствие развития медно-аммиачного и вискозного способов производства искусственного волокна.

Целлулоид, содержащий нитроцеллюлозу с камфорой, которая служит желатинирующим пластификатором, был впервые предложен Гиаттом в 1870 г..

Начало применение нитроцеллюлозы в лакокрасочной промышленности относят приблизительно к 1880 г. когда была установлена пригодность касторового масла в качестве пластификатора. Патент, выданный в 1882 г. Стивенсу на применение в качестве растворителя амилацетата, можно считать примерно началом производства и применения нитролаков. Десятью годами позже был выдан патент Крейну, по имени которого названа смесь растворителей для цапонлака.

Эти патенты не давали еще возможности получить лак в современном понимании, так как применяемые в то время органические растворители, например эфир, ацетон, спирт и амилацетат, не обеспечивали получения безупречной пленки. «Раствор коллодия» применялся вначале только как лечебный препарат.

Интенсивное развитие производства нитролаков было обусловлено положением, создавшимся в 1918 г., когда возник вопрос о необходимости рационального использования больших послевоенных запасов нитроцеллюлозы в виде пироксилина. Лакокрасочная промышленность постепенно освоила этот продукт и начала накапливать опыт в области его применения. Вскоре были изобретены низковязкие сорта нитроцеллюлозы, создавшие более благоприятные предпосылки для производства лаков. Почти одновременно шло развитие крупной химической промышленности, которая стала поставлять большое число растворителей, а позднее и пластификаторов.

Ацетилцеллюлоза была изобретена позднее нитроцеллюлозы, а именно в 1865 г. Шютценбергером. В 1894 г. Кроссу и Бивену был выдан патент на производство тетраацетилцеллюлозы как негорючего заменителя нитроцеллюлозы. Лишь позднее Эйхенгрюн и Беккер в 1901 г., а также Ост в 1906 г. установили, что аце-тилированный продукт является не тетраацетилцеллюлозой, а триацетилцеллюлозой. Свойства ацетилцеллюлозы не вполне соответствовали требованиям, предъявляемым к заменителю нитроцеллюлозы; особенно это относилось к недостаточной ее растворимости. Поэтому применение ацетилцеллюлозы было ограничено производством искусственного волокна. Методы лучшего ее использования были открыты только в результате работ Майльса (1904 г.), Эйхенгрюна, Беккера и Гунтруна (1905 г.), которые получили растворимый продукт омылением ацетилцеллюлозы до гидроацетилцеллюлозы.

К этому же времени относится также и появление названия Целлит, данного этому продукту фирмой бывш. Friedrich Bayer в Эльберфельде. Изготовляемые из Целлита целлоновые лаки впервые были широко использованы в самолетостроении для окраски ткани, применяемой для обтяжки крыльев.

Так протекал в общих чертах процесс развития промышленности целлюлозных лаков. За эти примерно 50 лет, прошедших от начала и до современного уровня производства целлюлозных лаков, выявились различные основные положения, которые дают возможность классифицировать все лаки на основе целлюлозы.

Лакокрасочник должен прежде всего обратить внимание на то, что на основе пр-оизводных целлюлозы, т. е. нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы, впервые были получены пленкообразователи или лаковые основы, отличающиеся от ранее известных многими существенными чертами.

Около 1900 г. в качестве лаковых основ для связующих применяли только масла, смолы и другие аналогичные им продукты, например асфальт и т. п. Но производные целлюлозы не были похожи на эти продукты. Новым в них было то, что изготовленные из них растворы образовывали пленку в результате физического процесса высыхания, так же как и известные в то время спиртовые лаки, но эти растворы имели еще исключительно высокую вязкость. Растворы для нанесения кистью имели столь незначительное содержание нелетучей части, что однослойное их нанесение не обеспечивало нужной толщины пленки.

Насколько все это было ново для своего времени, видно из следующего сопоставления.

Жирные высыхающие масла, например льняная олифа, при окраске разбавляются лишь немного или совсем не разбавляются и содержат нелетучей части ~90%.

Спиртовые лаки, асфальтовые лаки и т. п. известные в то время лакокрасочные материалы для нанесения кистью содержат нелетучей части – 50%.

Растворы коллоксилина в то время при кистевой консистенции содержали нелетучей части только

Само собой разумеется, что столь значительная разница в содержании нелетучей части определяла не только технику применения этих лаков, но и их экономичность. Для получения пленки требуемой толщины такие лаки нужно было наносить несколькими слоями, что очень редко делалось при применении других известных в то время лакокрасочных материалов. Необходимость наносить целлюлозные лаки несколькими слоями частично обесценивала преимущества, создаваемые их быстрым высыханием.

Очевидно, что такие лаки, названные цапоновыми (из нитроцеллюлозы) и целлоновыми (из ацетилцеллюлозы), можно было применять только для специальных целей.

Повышение содержания нелетучей части в нитроцеллюлозных лаках сделалось настоятельной необходимостью.

В соответствии с этим были созданы низковязкие сорта нитроцеллюлозы. Но получить из них удовлетворительного качества раствор удавалось не во всех случаях. Поэтому дальнейшее развитие производства нитроцеллюлозных лаьов пошло по другому пути и заключалось в добавке к раствору нитроцеллюлозы смол, высокопроцентные растворы которых имеют настолько низкую вязкость, что их можно наносить кистью.

В результате добавки смол удалось получить нитроцеллюлоз-ные лаки с содержанием нелетучей части 20 и более процентов. Такие композиции со смолой вызывали необходимость введения также и пластифицирующих компонентов, придающих эластичность пленке с большим содержанием смолы. Полученные таким образом лаки можно уже рассматривать как настоящие целлюлозные лаки, причем с точки зрения экономики выгоднее применять нитроцеллюлозу, чем ацетилцеллюлозу.

Разница в технических достоинствах пленок целлюлозного лака, составленного с точки зрения того времени безупречно, и обычного масляного лака была во многих отношениях столь значительной, что, естественно, должно было возникнуть желание добиться возможности скомбинировать оба типа лаков. Однако ни нитроцеллюлоза, ни ацетилцеллюлоза как в твердом виде, так и в виде раствора практически совершенно не совмещаются с жирными маслами. Во многих случаях в целлюлозный лак удается ввести столь небольшие количества масла, что они не оказывают решающего влияния на качество лака.

Поэтому открытие в середине двадцатых годов метода модификации Глицерофталевых смол жирными маслами было для производства целлюлозных лаков выдающимся успехом. Вновь созданные типы смол на основе синтетических глицерофталевых композиций и натуральных жирных масел, называемые теперь алкидными смолами, модифицированными маслом, открыли новую эпоху в производстве нитролаков, которая еще и в настоящее время не потеряла своего значения. Правда,%лкидные смолы, модифицированные маслом, хорошо совмещаются в основном с нитроцеллюлозой; лаки же на ацетилцеллюлозе и простых эфирах целлюлозы обладают этим свойством в значительно меньшей степени. * от

Почти все модифицированные маслом алкидные смолы совмещаются с нитроцеллюлозой в любых количественных соотношениях. Таким образом в нитролак косвенным путем вводят жирное масло, действующее как пластифицирующий и повышающий качество лака компонент. о Вскоре были получены модифицированные маслом смолы и на другой основе, и выбор смол для производства так называемых комбинированных лаков стал больше.

Правда, содержание нелетучей части в таких комбинированных нитролаках практически едва ли больше, чем в упомянутых выш„ обычных нитролаках, не содержащих смолы, но введение модифи» цированных смол во многих отношениях настолько повышает качество лака, что их можно без всяких ограничений вводить в лаки, к которым предъявляются повышенные требования.

Улучшение качества целлюлозных .паков на этом, в общих чертах, заканчивается, если только в ближайшие годы не откроются новые возможности, которые в настоящее время нельзя еще предвидеть.

В лакокрасочной промышленности довольно существенную роль играют также лаки, содержащие очень небольшое количество нитроцеллюлозы или ацетил целлюлозы, причем в некоторых случаях таким образом получают лаки, обладающие особыми свойствами.

Целлюлозные лаки можно подразделить на следующие главные типы, без учета многочисленных переходных форм:
1. Цапоновые лаки. Растворы преимущественно высоковязкого коллоксилина в растворителях, без смол, в нужных случаях с пластификаторами. В качестве пластификатора прежде применяли касторовое масло, а в настоящее время применяют один или несколько синтетических пластификаторов.
2. Собственно целлюлозные лаки. Растворы нитро-, ацетил- и простых эфиров целлюлозы в сочетании с растворами натуральных или синтетических безмасляных смол, а также с пластификаторами. К этому типу лаков относятся нитроцеллюлозные, ацетилцеллюлозные, бензилцеллюлозные и этилцеллюлозные лаки.
3. Комбинированные лаки. Растворы главным образом нитроцеллюлозы, реже ацетил целлюлозы и простых эфиров целлюлозы в комбинации с растворами маслосодержащих смол и, если нужно, с добавкой безмасляных смол и пластификаторов.
4. Лаки других видов с незначительным содержанием нитроцеллюлозы или других производных целлюлозы.

Внутри этих четырех групп возможно очень большое число вариантов, благодаря которым свойства лака можно изменять почти любым образом. Вследствие этого нельзя провести точной границы между целлюлозными лаками и лаковыми материалами на другой основе. Можно даже сказать, что между свойствами целлюлозных и других лаков имеет место непрерывный переход. Это относится к высыханию, твердости, эластичности, адгезии, глянцу, качеству поверхности и т. п.

Во всяком случае характерная черта лаков на основе производных целлюлозы ясно видна. Она заключается в том, что лаки, составленные преимущественно на основе производных целлюлозы (от 1 до 4 группы), высыхают главным образом в результате физических процессов и характеризуются сравнительно высокой вязкостью содержащегося в них производного целлюлозы, вследствие чего приходится ограничивать содержание в них нелетучей части (кроме лаков горячего распыления).

В приведенном ниже схематическом сопоставлении лаков целлюлозные лаки занимают определенное место.

Вследствие присущих им разнообразных свойств целлюлозные лаки за последние десятилетия получили не меньшее распространение, чем другие типы лаков. Разнообразие способов их нанесения—кистью, пульверизацией, окунанием, наливом и т. п.— также способствовало проникновению целлюлозных лаков во все области применения лакокрасочных материалов. Вследствие этого целлюлозные лаки (и особенно нитролаки) принадлежат в настоящее время к основным лакокрасочным материалам.

Для пояснения применяемых в этой книге терминов надо указать на следующее.

Раньше главной целью обработки поверхности было закрепление на ней цветного тонкоизмельченного природного продукта. Чтобы по возможности прочно закрепить на поверхности мелкие частицы этого продукта, требовалось еще так называемое связующее. В качестве таких связующих применяли высыхающие жирные масла и растворы смол. В первом случае связующее, представляло собой продукт, жидкий по своей природе, во втором—раствор твердой смолы в растворителе. Таким образом, высыхающее жирное масло является однородным связующим, состоящим из одного вещества, а раствор смолы—связующим, состоящим из двух компонентов—твердого и жидкого.

В практике лакокрасочного производства нет достаточно точного определения для обозначения таких понятий, как связующее, лаковая основа, содержание твердой части и т. д.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум