Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»

Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов

Кафедра химической технологии пластических масс

Направление подготовки:

18.03.01 Химическая технология

Профиль: Технология и переработка полимеров

Контрольная работа на тему: «Лакокрасочные материалы на основе поливинилового спирта»

Проверил: к.х.н., доцент Чистяков Е.М.

Выполнила: Пашкова Т.О.

Москва 2022

Содержание

Введение

1. Характеристики полимера

2. Производство в промышленности

3. ПВС как пленкообразователь

4. Обзор ЛКМ

Список литературы

Введение

Свойства большинства лакокрасочных материалов во многом определяются параметрами пленкообразователя, который входит в состав ЛКМ. Пленкообразователи (пленкообразующие вещества) -- вещества (обычно олигомеры и полимеры), способные при нанесении на твердые поверхности образовывать твердые пленки, обладающие высокой адгезией к подложке. Являются основой всех лакокрасочных материалов.

Поливиниловый спирт - широко известный и хорошо изученный плёнкообразователь. Область применения ПВС весьма обширна и не ограничивается одними лакокрасочными материалами. Напротив, большая часть синтезируемого в промышленности ПВС идёт на получение волокон, оболочек, пищевых плёнок, а также составляющих компонентов других ЛКМ, в частности, поливинилацетатных. В сравнении с этими производствами объемы получения красок непосредственно на основе поливинилового спирта выглядят довольно скромно.

Однако в настоящее время идёт активное изучение свойств различных компонентов лакокрасочных материалов, и на сегодняшний день появились предпосылки к увеличению доли поливинилспиртовых ЛКМ на рынке. Разрабатываются новые составы, изучаются свойства и поведение полученных материалов при различных воздействиях. На основе этих данных предлагаются новые области применения.

1. Характеристики полимера

Синтез поливинилового спирта осуществляется реакцией щелочного или кислотного гидролиза, либо же алкоголиза сложных поливиниловых эфиров, основным сырьем в которой служит поливинилацетат (ПВА):

(1.1)

В отличие от большинства полимеров на основе виниловых мономеров, ПВС не может быть получен непосредственно из аналогичного мономера -- винилового спирта (ВС), в связи с тем, что реакции, от которых можно было бы ожидать получения мономерного этенола, например присоединение воды к ацетилену, гидролиз монохлорэтилена или реакция этиленмонохлоргидрина с NaOH, приводят к образованию не винилового спирта, а ацетальдегида. Ацетальдегид и виниловый спирт представляют собой кето- и фенольную таутомерные формы одного и того же соединения, из которых кето-форма (ацетальдегид) является намного более устойчивой, поэтому синтез ПВС из мономера - невозможен:

(1.2)

Поливиниловый спирт впервые был получен в 1924 году химиками Германом и Гонелем при омылении раствора поливинилового эфира стехиометрическим количеством гидроксида калия. Исследования в области получения ПВС в начале прошлого века проводили ученые Гонель, Германн и Херберт Берг.

ПВС при нормальных условиях - кристаллическое вещество, однако при нагревании до 70 этот полимер становится растворимым воде. Температура растворения напрямую зависит от количества неомыленных ацетатных групп в макромолекуле. Так, при содержании их в количестве 11-13% (мол.), полимер растворяется уже при комнатной температуре [1].

2. Производство в промышленности

Существует два способа получения поливинилового спирта в промышленности: непрерывный и периодический. Для нужд лакокрасочного производства используется последний.

Технологический процесс производства ПВС по совмещенной схеме (периодический метод) состоит из двух основных стадий: получение поливинилацетата (подготовка сырья, полимеризация винилацетата, приготовление раствора поливинилацетата) и получение поливинилового спирта (приготовление метанольного раствора щелочи, омыление поливинилацетата, отжим, сушка и просеивание ПВС) [2].

Рис.1 - Схема процесса производства поливинилового спирта периодическим способом.1 - хранилище винилацетата; 2 - хранилище метанола; 3, 4 - меринки; 5, 6 - фильтры; 7 - полимеризатор; 8 - мерник метанольного раствора; 9, 13 - холодильники кожухотрубные; 10 - раствор омыления ПВА; 11 - емкость для получения раствора едкого натра; 12 - мерник раствора едкого натра; 14 - ацентрифуга; 15 - вакуум гребковая сушилка; 16 - ловушка.

Омыление промежуточного продукта с получением поливинилового спирта осуществляется в аппарате 10. Очевидно, что количество неомыленных ацетатных групп зависит от времени ведения процесса - на практике оно составляет около 3-5 часов. Данная стадия является основной, поскольку условия её проведения определяют конечный вид выделяемого полимера. При этом возможны два варианта:

1.Получение ПВС в виде порошка (хлопьев): омыленный раствор поступает на центрифугирование. После отделения от метанола полимер высушивается в гребковой вакуум-сушилке. Поливиниловый спирт в таком виде используют в качестве компонента сухих красок и смесей.

2.Получение ПВС в виде водного раствора: в этом случае из общей технологической схемы исключаются компоненты 14-16. Растворение полимера в воде происходит непосредственно в аппарате для омыления ПВА, для этого в схему подключают кожухотрубный холодильник 13 и отгоняют весь растворитель, после чего полимер нагревают и растворяют в воде. Полученный водный раствор поливинилового спирта можно использовать не только водорастворимых красках, но и для получения поливинилацеталей, которые в свою очередь также являются компонентами соответствующих лакокрасочных материалов.

3. ПВС как пленкообразователь

В результате химического взаимодействия между макромолекулами поливинилового спирта образуются сетчатые структуры. Поэтому покрытия на основе ПВС относят к необратимым - они не плавятся при нагревании и не растворяются в растворителях.

Существуют различные способы образования сшитых структур молекул ПВС. По виду химического взаимодействия их можно классифицировать на два типа: сшивание в присутствии сшивающего агента и без него.

1.Перевод поливинилового спирта в нерастворимую форму без участия сшивающего агента: в этом случае полимер подвергают исключительно тепловому воздействию. В основе образования покрытий данного типа лежит реакция дегидратации с образованием эфирных мостиков между макромолекулами.

Для осуществления данной реакции необходим нагрев до 160 в течении 30-180 минут. Однако долгая выдержка полимера при повышенных температурах приводит к протеканию побосный реакций, в частности, к образованию двойных связей и, как следствие, возникновению сопряженной системы. В результате полимер приобретает темно-коричневый цвет, ухудшаются его механические характеристики, и он становится неприменим в качестве лакокрасочного материала.

1. Образование сетчатых структур в присутствии сшивающего агента: известны различные методы проведения реакций данного типа. По одному из них ПВС подвергают дегидратации в присутствии эпихлоргидрина [3]:

(1.3)

Также ПВС может быть сшит при введении низкомолекулярных бифункциональных альдегидов:

(1.4)

Кроме того, был проведён ряд исследований, в ходе которых было установлено, что введение ГА в состав пленок ПВС затормаживает процессы дегидратации на первой стадии термодеструкции полимера, а также способствует упрочнению пленок при содержании ГА до 9 мас. % [4].

4. Обзор ЛКМ

Поливиниловый спирт в производстве ЛКМ используется в основном как вспомогательное вещество. На его основе получают стабилизаторы и загустители полимерных латексов. В частности, ПВС входит в состав поливинилацетатных красок как второй по значимости компонент.

Однако в последнее время активно возрастает интерес к получению ЛКМ, где в качестве главного компонента выступает сам ПВС. Об этом свидетельствует растущее число публикаций и патентов по данной теме. В первую очередь это касается огнеупорных композиций.

Как известно, под действием высоких температур прочностные характеристики материалов ухудшаются, что влечёт за собой обрушения или другие последствия, представляющие опасность для жизни и здоровья людей. Изоляция строительных конструкций, двигателей, печей и других промышленных объектов от термического воздействия призвана увеличить их предельную огнестойкость.

Известны различные составы огнеупорных красок. Как правило, это многокомпонентные композиции, в которых каждый элемент системы является сложной смесью. В связи с этим, актуальной задачей является разработка таких покрытий, которые обладали бы способностью защищать материалы от огня и при этом были бы дешевы и просты в изготовлении. Огнеупорные композиции на основе поливинилового спирта обладают всеми этими качествами. Более того, продукты его термического разложения не наносят вреда человеку и окружающей среде.

В сочетании с солями магния получают материалы на основе ПВС для защиты огнетушителей, пиротехнических шашек и аэрозольных генераторов.

Также было установлено, что наличие в составе красок противопригарного лака на основе поливинилового спирта (ПВС-1) в количестве 60-75% обеспечивает высокую прочность краски, что позволяет наносить слой краски на внутренней поверхности изложниц толщиной до 2 мм и этим самым обеспечить защиту изложниц от разрушительного напора заливаемого металла. краска поливиниловый спирт

Разработана противопригарная теплоизоляционная краска для изложниц центробежного литья, содержащая синтетический огнеупорный наполнитель и лак, отличающаяся тем, что в качестве синтетического огнеупорного наполнителя используют карбид титана (TiC) 39-42%, оксид алюминия (Al2O3) 41-43%, оксид магния (MgO) 5-7%, оксид натрия (Na2O) 7-9%, а в качестве лака - лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1), содержащий порошок поливинилового спирта 3-5% и воду 97-95%,(мас.%) [5].

Продолжаются исследования плёнок на основе ПВС. Было отмечено, что введение сшивающего агента в раствор полимера способно придать ему огнеупорные свойства. Однако основной проблемой по-прежнему остаётся недостаточна гидрофобность таких покрытий, что мешает возможности их использования. Увеличение водостойкости плёнок может быть достигнуто за счёт введения карбамидоформальдегидов.

Достоинства ЛКМ на основе ПВС:

• Термическая стойкость

• Маленький вес и ширина плёнки (уменьшение веса изделия)

• Устойчивость к Уф излучению

• Хорошая адгезия с металлическими и керамическими покрытиями

• Нетоксичность и экологическая безопасность покрытия

• Устойчивость к растрескиванию

• Широкий темпрературный интервал эксплуатации (200?-700?)

Недостатки ПВС на основе ЛКМ:

• Не водостойки (в отличие от ЛКМ на основе ПВА)

• Гидрофильность плёнок

Список литературы

• 1. Папков С.А. Физико-химические основы переработки растворов полимеров /С.А Папков. - М.: Химия, 1971. - 363 с.
• 2. Ушаков С. Н. Поливиниловый спирт и его производные : в 2 т. / С. Н. Ушаков. -М. - Л.:Изд-во АН СССР, 1960. - Т. 1. - 868 с.; Т. 2. - 586 с
• 3. Жаворонков С.Н., Чалых Е.А., Ярмыш М.Ю. Сшитые криогели поливинилового спирта.// Тез.докл. 9-ой Мехд. Конф. Молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-95".- М., РХТУ им. Менделеева.-Ч.1.- с.118.
• 4. Мусская O. et al. Пленочные композиты на основе поливинилового спирта и гидроксиапатита // Polym. Mater. Technol. 2017. Vol. 3. P. 28-33.
• 5. Пат. 2453391 РФ. A61L 15/32, A61L 27/00. Противопригарное и теплоизоляционное покрытие для изложниц центробежного литья / Н.С. Гущин, Ф.А. Нуралиев, А.П. Данилова‚ В.И. Лозинский. Заяв. 15.06.2019; Опубл. 10.08.2020
• Размещено на Allbest.ru