Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Материалы на основе нитрата целлюлозы Строение и свойства нитрата целлюлозы

Нитрат целлюлозы [1 - 3] получают из целлюлозы хвойных пород древеси­ны путем обработки ее нитрирующей смесью при повышенной температуре. Типичный состав нитрирующей смеси (в % по массе): концентрированная сер­ная кислота - 57, концентрированная азотная кислота - 25, вода - 18. Степень превращения ОН-групп целлюлозы в эфиры азотной кислоты зависит от кон­центрации компонентов, температуры и времени обработки, по-разному также протекает деструкция молекулярных цепей.

После окончания процесса и отделения водной фазы образуется рыхлая масса нитрата целлюлозы. Нитрат целлюлозы взрывоопасен, и при работе с ним требуется соблюдение соответствующих мер безопасности. Как правило, его увлажняют спиртами, обычно н-бутанолом, взятым с нитратом целлюлозы в соотношении 1 : 2 или в сочетании с пластификаторами.

Таблица 2.1

Содержание азота в нитрате целлюлозы в зависимости от степени этерификации

Различные типы нитратов целлюлозы отличаются по степени этерифика­ции и средней молекулярной массе, которая значительно влияет на вязкость растворов (табл. 2.1).

Степень этерификации оказывает заметное влияние на растворимость и сов­местимость. Нитраты целлюлозы с высокой степенью этерификации (Е-типы) [4] хорошо растворимы в сложных эфирах, кетонах, сложных эфирах гликолей и совместимы со спиртами и ароматическими углеводородами. Этот тип нитратов целлюлозы хорошо совместим также с различными пленкообразователями.

Нитраты целлюлозы с низкой степенью этерификации (А-типы) хорошо растворимы в спиртах, эфирах гликолей, сложных эфирах и кетонах, хуже сов­местимы с другими пленкообразователями. Различают также промежуточную группу нитратов целлюлозы (М-типы). Свойства и особенности различных ти­пов нитратов целлюлозы приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Содержание азота и степень этернфикации различных типоо нитратов целлюлозы

Величина молекулярной массы нитрата целлюлозы существенно влияет на вязкость ее растворов. Европейская классификация нитратов целлюлозы из­ложена в стандарте DIN 53179, в соответствии с которым, наряду с буквенным обозначением степени этерификации, приводится содержание сухого нитрата целлюлозы в растворе ацетона (с содержанием воды 5%), соответствующее вязкости (400±25) мПа • с по вискозиметру с падающим шариком.

Производители нитратов целлюлозы используют в обозначении продукции указанную символику или приводят значения вязкости, соответствующие опре­деленному составу растворов, как показано в табл. 2.3 [4].

Таблица 2.3

Примеры торговых марок и обозначений наиболее распространенных типов нитратов целлюлозы

Молекулярная масса различных типов нитрата целлюлозы влияет не толь­ко на вязкость и содержание сухого вещества в лакокрасочном материале, но и на свойства получаемых покрытий. Высокомолекулярные марки образуют достаточно эластичные пленки, в то время как низкомолекулярные (низковяз­кие) - более хрупкие покрытия. Данные выводы можно сделать на основании определения деформационно-прочностных свойств пленок нитрата целлюлозы в зависимости от вязкости соответствующих растворов (табл. 2.4) [5]. Низкомо­лекулярные, т. е. низковязкие типы нитрата целлюлозы, требуют модификации пластификаторами, смолами или каучуками.

Испарение растворителя из растворов нитрата целлюлозы происходит дос­таточно быстро, и поэтому их применяют для получения быстровысыхающих лакокрасочных материалов. В сочетании с пластификаторами и другими смо­лами композиции образуют достаточно хорошие покрытия, но неустойчивые к действию растворителей. Атмосферостойкость покрытий на основе нитратов целлюлозы ограничена. В связи с высокой взрывоопасностью лакокрасочные материалы на основе нитратов целлюлозы не должны изготовляться, хранить­ся и применяться совместно с материалами, содержащими восстановители, например амины. По этой причине, а также из-за низкой термостабильности данные полимеры не используют для получения лакокрасочных материалов го­рячей сушки (выше 70°С).