Alkydharz

Alkydharz, ein komplexer ölmodifizierter Polyester, der als Filmbildner in einigen Farben und Klarlacken dient. Die in den 1920er Jahren entwickelten Lacke auf Alkydharzbasis waren einst eine der wichtigsten Arten der Oberflächenbeschichtung. Aufgrund ihres Anteils an flüchtigen organischen Lösungsmitteln und ihrer geringen Haltbarkeit auf Außenflächen haben sie neueren Polymersystemen (insbesondere Latexfarben auf Wasserbasis) den Vorrang gegeben. Dennoch werden Alkydharze nach wie vor in industriellen Beschichtungen mit geringer Leistung und in Innenfarben verwendet.

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Der Name Alkyd, gebildet aus Alkyl (eine chemische Abkürzung für Alkohol) und Säure, bezeichnet den chemischen Ursprung des Harzes, der üblicherweise auf einer Polymerisationsreaktion zwischen einem Alkohol wie Glycerin und einer Dicarbonsäure oder ihrem Anhydrid – zum Beispiel Phthalsäureanhydrid – beruht. Glycerin und Phthalsäureanhydrid reagieren und bilden den Polyester Glyptal. Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:

Wenn ein ungesättigtes Öl wie Tungöl, Leinöl oder dehydriertes Rizinusöl zu den esterbildenden Verbindungen hinzugefügt wird, entsteht ein verzweigter Polyester, der Fettsäureseitengruppen enthält. Wenn ein solches Beschichtungsmittel auf eine Oberfläche aufgetragen wird, durchläuft der Ölanteil des Polyesters beim Trocknen in Gegenwart von Sauerstoff aus der Umgebungsluft eine Vernetzungsreaktion, wodurch ein klebfreier Film entsteht.

Ein typischer Alkydlack besteht aus dem ölmodifizierten Polyester zur Bildung des Beschichtungsfilms, einem Lösungsmittel wie Hexan oder Testbenzin zur Erleichterung des Auftragens, Metallnaphthenaten zur Katalyse der Trocknungsreaktion und Pigmenten zur Farbgebung und Abdeckung der beschichteten Oberfläche. Der Ölgehalt der Formulierung kann variieren. Ein langöliges Alkyd enthält 60 Gewichtsprozent Fettsäure, ein mittelöliges Alkyd enthält 40-60 Prozent Fettsäure und ein kurzöliges Alkyd enthält weniger als 40 Prozent. Die Verwendung von Alkydharzbeschichtungen geht teilweise aufgrund von Vorschriften zurück, die die Freisetzung von flüchtigen organischen Bestandteilen in die Atmosphäre beschränken. Um diese Vorschriften zu erfüllen, können Alkydharze durch das Hinzufügen von freien Säuregruppen zu den Molekülen wasserverdünnbar gemacht werden. In Anwesenheit einer Base wie Ammoniak ermöglichen diese Gruppen, dass die Polymere in Wasser und nicht in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Normalerweise ist ein Co-Lösungsmittel wie 2-Butoxyethanol erforderlich, um eine stabile Lösung zu erhalten, und unter diesen Bedingungen sind die Esterbindungen, die die Grundlage der Alkydpolymerkette bilden, anfällig für einen Bruch durch Hydrolyse. In diesem Fall werden oft spezielle Monomere gewählt, um der Kette hydrolytische Stabilität zu verleihen.

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In der Oberflächenbeschichtungsindustrie bezeichnet der Name Polyester, wenn er allein verwendet wird, einen Polyester, der keine natürlichen Ölmodifikatoren enthält. Solche Polyester werden in großem Umfang in Beschichtungen verwendet. Das Polymer kann eine lineare Struktur haben, ist aber oft verzweigt und liegt in der Regel in einer relativ niedermolekularen Form vor, die zu einem Hochleistungsfilm vernetzt werden kann. Wenn der Polyester in Gegenwart eines Überschusses an Alkohol synthetisiert wird, neigt er dazu, Hydroxyl-Endgruppen an den Molekülen zu haben, und diese Moleküle können durch die Hydroxylgruppen durch Reaktion mit Isocyanat-, Epoxid- und Melaminverbindungen vernetzt werden. Wenn während der Polymerisation ein Überschuss an organischen Säuren vorhanden ist, weist der Polyester Carboxyl-Endgruppen auf, die zu Vernetzungsstellen mit Epoxid-, Melamin- und Amingruppen werden können. Polyester, an deren Ketten freie Säuregruppen gebunden sind, können in eine wasserverdünnbare Form gebracht werden, wie dies bei Alkydharzen der Fall ist. Auch hier muss die hydrolytische Stabilität des entstehenden Systems berücksichtigt werden.

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