INDUSTRIJA

BOJA I

LAKOVA

Pećina Altamira u Španiji slike nastale pre 18 500 godina

pigmenti - oksidi gvožđa i mangana, drveni ugalj, kreda veziva - belance, voda, koštana srž

lapis lazuli

tirkiz (CuAl6(PO4)4(OH)8·4H2O

Egipatsko plavo - prvi sintetski pigment

Cu2CO3(OH)2 + 8SiO2 + 2CaCO3 → 2CaCuSi4O10 + 3CO2 + H2O

Materijal koji se dobijao zagrevanjem kvarca, bakarnih jedinjenja, kalcijum-karbonata, i male količine alkalije na temperaturi od 800 do 1000 0C nekoliko sati. Prvi veštački pigment.

Rubia tinctorum - broć

mader crveno - prvi reaktivni pigment koji se taložio na neorganskom materijalu i fiksirao gradeći nerastvorno jedinjenje

Boje ili premazi su tečnosti, paste ili čvrste supstance koje se nanose na površinu različitim metodama u slojevima date debljine. One formiraju film na površini substrata. Formiranje filma može biti fizičko ili hemijsko. Fizičko formiranje filma iz tečnih premaza je poznato kao sušenje dok za premaze u prahu film se formira topljenjem. Sušenje je uvek praćeno isparavanjem rastvarača ili vode. Fizičko formiranje filma je moguće ukoliko su komponente koje ostaju na substratu čvrste i nelepljive.Hemijsko formiranje filma je neophodno ukoliko su komponente premaza lepljive, tečne ili u obliku paste. Konverzija ovih komponenti u čvrsti film se odvija hemijskom reakcijom. Premaz je opšti naziv za materijale koji se nanose na površinu. Boje su materijali koji sadrže pigmente dok se transparentni materijali nazivaju lakovi.

Osnovne komponente boja i lakova

Komponente boja i lakova se mogu podeliti na isparljive i neisparljive.Isparljive komponente su organski rastvarači, voda i koalescirajući agensi (agensi koji omogućavaju spajanje).Neisparljive komponente su veziva, smole, plastifikatori, boje, pigmenti, punioci i aditivi. U nekim tipovima veziva hemijsko očvršćavanje može voditi stvaranju kondenzacionih proizvoda kao što su voda, alkoholi, aldehidi i dr. koji se oslobađaju u atmosferu te se mogu svrstati u grupu isparljivih komponenti. Treba napomenuti da ne moraju uvek biti prisutne sve ove komponente (boje bez rastvarača, lakovi ne sadrže pigmente).

Viđenje boje se zasniva na fizičkim, hemijskim, fiziološkim i psihološkim procesima. Deo elektro-magnetnog spektra vidljiv za čoveka je između 400 i 700 nm.

Svetlost može biti absorbovana potpuno, delimično ili nimalo pri prolasku kroz gasove, tečnosti ili čvrsta tela. Neabsorbovana svetlost se reflektuje sa površine materijala ili može prolaziti kroz materijal ako je reč o transparentnom materijalu.

Ukoliko se vidljivi elektromagnetni zraci sa distribucijom energije koja odgovara sunčevoj svetlosti u potpunosti reflektuju sa površine čvrste supstance ljudsko oko je registruje kao belu. Ukoliko se svetlost u potpunosti absorbuje telo će za ljudsko oko biti crno. Ukoliko telo absorbuje konstantnu frakciju svetlosti u celom opsegu talasnih dužina telo će biti sivo. Ove tri boje se nazivaju ahromatske boje.

Tela koja se javljaju kao obojena (hromatske boje) pokazuju absorpcione maksimume i minimume u vidljivom spektru. U zavisnosti od toga gde je locirana absorpciona traka tela mogu biti različito obojena. Tela koja imaju dva absorpciona maksimuma (npr između 400 i 450 i 580 do 700 nm – zelena boja ) daju ostale boje. Zelena boja se može javiti kao posledica jedne materije sa dva absorpciona maksimuma ili kombinacije dve materije (plave i žute).

Objekat se javlja kao obojen zato što se sa njega reflektuje svetlost tačno određene talasne dužine. Sve ostale talasne dužine objekat absorbuje. Plavi objekat absorbuje crvenu, narandžastu, žutu, zelenu i ljubičastu a reflektuje samo plavu svetlost.

Svetlost može dopreti kao reflektovana ili propuštena na retinu oka. Svetlost talasnih dužina od 400 do 700 nm inicira fotohemijsku reakciju praćenu reakcijama nezavisnim od svetlosti u pigmentima osetljivim na svetlost koji su smešteni u retini. Ovaj proces rezultuje vizuelnom percepcijom prenošenjem informacija od oka do mozga.

Organizacija CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) je odredila standardne vrednosti koje se u svetu koriste za merenje boje. Vrednosti koje se koriste su L*, a* i b* a metoda merenja boje se naziva CIELAB. L* predstavlja razliku između svetle (L*=100) i tamne (L*=0). A* predstavlja razliku između zelene (-a*) i crvene (+a*), a b* predstavlja razliku između žute (+b*) i plave (-b*). Korišćenjem ove metode svaka boja se može postaviti na tačno određeno mesto u kordinatnom sistemu. Odstupanja od vrednosti se izražavaju kao delta L*, a*, b*.

Pigmenti, boje i puniociPigmenti su organski ili neorganski materijali obojeni, beli ili crni koji su nerastvorni u medijumu u kome se disperguju. To su odvojene čestice koje daju neprovidnost i boju materijalu u kome su dispergovani. Najmanja jedinica pigmenta naziva se čestica. Struktura i oblik čestice zavise od kristalnosti pigmenta. U postupku dobijanja pigmenta čestice grade aglomerate. U toku dispergovanja pigmenta u polimeru neophodno je dobro “uribavanje pigmenta“ da bi se razorili aglomerati i pigment dispergovao ravnomerno u polimeru.

Boje rastvorne u polimerima su obojena jedinjenja koja se rastvaraju u medijumu u kome se disperguju. Ovo znači da nema vidljivih čestica i da se ne menja transparentnost medijuma.

Punioce je ponekad teško razlikovati od pigmenata i definišu se kao supstance koje su nerastvorne u medijumu u kome se primenjuju a koriste se da povećaju zapreminu, postignu određene tehničke i optičke osobine. Pigmenti, boje i punioci se ugrađuju u veziva da bi se dobili dekorativni (boja, sjaj, mat efekat) ili funkcionalni (zaštita od korozije) efekti. Radi postizanja ovih efekata neophodna je uniformnost čestica i dodavanje tačno određenih količina ovih komponenti.

Boja pigmenta zavisi prvenstveno od njegove strukture. Boja se određuje selektivnom adsorpcijom i refleksijom svetlosti različitih talasnih dužina sa površine pigmenta. Obojeni pigmenti absorbuju deo talasnih dužina svetlosti. Na primer, plavi pigment reflektuje plavu svetlost iz spektra vidljive svetlosti ali ako ga osvetlimo narandžastom svetlošću natrijumove lampe on će delovati crno pošto

ova svetlost nema plavu boju u svom spektru.

Fluorescentni pigmenti pored toga što imaju visoku refleksiju u određenom delu spektra vidljive svetlosti absorbuju svetlost i u UV oblasti koju ljudsko oko ne može da detektuje. Ova apsorbovana svetlost podiže energiju emitovane svetlosti i stvara utisak da se emituje više svetlosti nego što zapravo pada na pigment. Ovo daje efekat fluorescentne boje.

Druga važna osobina pigmenata je sposobnost bojenja. Ova osobina nam govori o sposobnosti pigmenta da u mešavini sa drugim pigmentima menja manje ili više njihovu boju. Što je veća sposobnost bojenja to nam je potrebna manja količina pigmenta. Za obojene pigmente pigment koji se ispituje se meša sa titan-dioksidom (belim pigmentom) u odnosu 1 prema 10 dok se za bele pigmente pigment meša sa ultramarinom (plavim pigmentom)u odnosu 1 prema 10. Pigmenti se usitne u avanu i izmešaju sa lanenim uljem do dobijanja paste. Na isti način se pripremi uzorak za upoređivanje (koristeći samo pigment). Dobivene paste se nanesu na staklenu ploču ispod koje se nalazi beli papir. Što je manja promena boje u odnosu na uzorak sa kojim se upoređuje to je jača sposobnost bojenja.

Kod organskih pigmenata sposobnost bojenja zavisi od stepena konjugacije u molekulu. Visoko konjugovani, kao i molekuli sa velikim brojem aromatičnih jezgara pokazuju visoku sposobnost bojenja. Kod neorganskih obojenih pigmenata veću sposobnost bojenja pokazuju pigmenti kod kojih se metal nalazi u dva oksidaciona stanja dok oni kod kojih je katjon ugrađen u kristalnu rešetku imaju manju sposobnost bojenja. Sposobnost bojenja se može povećati granulacijom pigmenta odnosno manje čestice daju veću sposobnost bojenja.

Na povišenim temperaturama organski pigmenti postaju rastvorljiviji i može doći do promene nijanse premaza. Primera radi samo razlika od 10 °C u temperaturi pečenja premaza može u potpunosti isključiti primenu nekog pigmenta. Pored toga kritičan faktor je i hemijska stabilnost jer na povišenoj temperaturi pigment može stupiti u reakciju sa nekim od aditiva dodatih u premaz. Kod neorganskih pigmenata može doći do modifikacije kristalne strukture na povišenoj temperaturi. Pigmenti sa izraženom kristalnom strukturom su obično znatno otporniji na temperaturu dok oni sa polimorfnom strukturom mogu menjati kristalne modifikacije prilikom zagrevanja. Pored toga može doći i do promena strukture (žuti gvožđe-oksid gubi vodu prilikom zagrevanja). U zavisnosti od načina očvršćavanja biraju se pigmenti koji su stabilni na temperaturi očvršćavanja.

Postojanost prema svetlu je takođe osobina pigmenata koja se posmatra u celom sistemu. Naime veziva pokazuju različit stepen zaštite pigmenata od uticaja svetla. Pored toga prisustvo drugih pigmenata takođe može uticati na postojanost pigmenata prema svetlu. Titandioksid katalizuje fotodegradaciju organskih pigmenata dok gvožđe oksid koji se ponaša kao adsorber UV zraka poboljšava stabilnost pigmenata prema svetlu. Efekat gvožđe-oksida se naziva sinergistički efekat dok se efekat titandioksida naziva antagonistički efekat. Neki neorganski pigmenti su neosetljivi na svetlost dok se većina neorganskih i svi organski menjaju pod dejstvom svetlosti (tamne ili menjaju nijansu). Osetljivost na svetlost zavisi od hemijskog sastava, distribucije veličine čestica i koncentracije pigmenta. Pored toga na postojanost prema svetlu utiču i prisustvo vlage i hemikalija u atmosferi ili u sistemu za bojenje.

Pigment treba da bude nerastvoran u medijumu u kome je dispergovan i ne sme reagovati sa komponentama boje kao što je agens za kroslinkovanje. Potrebno je da pigment zadrži ove osobine i prilikom sušenja koje se često izvodi na povišenim temperaturama. Kada se film osuši pigment treba da ostane rezistentan prema agensima iz okoline kao što su voda i kisele atmosferske padavine. Problemi koje može uzrokovati rastvaranje pigmenta u primeni su :Cvetanje – slučaj kada se organski pigment rastvara u rastvaraču. Prilikom sušenja rastvarač izlazi na površinu i isparava pri čemu pigment kristališe na površini u vidu finog praha. Nepotpuno pokrivanje – javlja se ako pigment nije dobro nakvašen i pretežno kod premaza u prahu. Efekat je sličan kao kod cvetanja.

Krvarenje – se javlja kada se pigment iz osušenog sloja premaza rastvara u rastvaraču u novom sloju premaza koji se nanosi preko originalnog filma.

Rekristalizacija – je fenomen koji se javlja sa uvođenjem mlinova sa perlama (permlinovi). U toku mlevenja se oslobađa toplota koja rastvara deo pigmenta. Nakon određenog vremena pigment počinje da kristališe pri čemu gubi sjaj i moć bojenja. Ovo se posebno javlja kod sistema sa dva različito obojena pigmenta koji imaju razičitu rastvorljivost. Ovaj fenomen se izbegava upotrebom manje rastvorljivih pigmenata ili kontrolom temperature prilikom mlevenja.

Moć pokrivanja je sposobnost premaza sa pigmentom da prekrije neku površinu. Zavisi od sposobnosti premaza da absorbuje i odbija svetlost. Debljina sloja i koncentracija pigmenta igraju presudnu ulogu za ovu osobinu.

Ključni faktor u neprozirnosti filma je indeks refrakcije pigmenata koji pokazuje merilo sposobnosti supstance da "savija“ svetlost odnosno da menja pravac kretanja svetlosti. Među belim pigmentima najveći indeks refrakcije ima titandioksid što ga čini najboljim belim pigmentom.

Medium RIvazduh 1.0voda 1.33Pigment / Filler RIKalcijum-karbonat 1.58Čajna clay 1.56Talk (magnezijum silicate) 1.55Barit (barijum sulfat) 1.64Lithopone 30% (zinc sulfid/barijum sulfat) 1.84Zink oksid 2.01Zink sulfid 2.37Titandioksid:Anatase 2.55Rutile 2.76

Neorganski pigmenti po pravilu imaju veći indeks refrakcije te su stoga nepropusni dok organski pigmenti imaju manje vrednosti pa uglavnom grade transparentne premaze.

Distribucija veličine čestica pigmenta je takođe bitan faktor koji utiče na pokrivnost premaza. Sa povećanjem veličine čestica do određene vrednosti raste sposobnost rasipanja svetlosti. Nakon toga porast veličine čestica uzrokuje smanjenje rasipanja svetlosti. S obzirom da je sposobnost rasipanja svetlosti u direktnoj korelaciji sa pokrivnošću uspostavlja se i korelacija pokrivnosti sa raspodelom veličina čestica.

Transparentnost se može postići redukcijom veličine čestica. Transparentnost se može poboljšati dobrim dispergovanjem pigmenta pošto se u ovom postupku razbijaju aglomerati i može se dostići originalna veličina čestica. U praksi ovo je od značaja za premaze za drvo kada je potrebno da se vidi tekstura materijala na koji se nanosi premaz.

Pigmenti po svojoj strukturi mogu biti kristalne (uređene) ili amorfne (neuređeni raspored atoma) supstance. Takođe je moguće da se materijal javlja u više kristalnih struktura (polimorfne strukture). Boja zavisi od kristalnih struktura. Primarne čestice pigmenata se sastoje od jediničnih čestica. Što su manje čestice veća je njihova površinska energija i stoga je veća verovatnoća da će doći do grudvanja prilikom rada. Iz praktičnih razloga manipulacije pigmenti se isporučuju u formi agregata ili aglomerata. Agregati se međusobno povezuju preko granica kristala u toku proizvodnje. Oni se znatno teže razgrađuju pa je potrebno sintezu pigmenata voditi tako da ne dođe do njihovog stvaranja. Aglomerati su grozdovi primarnih čestica koji se mogu razoriti u procesu dispergovanja.

Nakon dispergovanja moguće je da dođe do reaglomeracije čestica pigmenta u flokule. Ovo je moguće usled suviše brzog razblaživanja ili usled dodavanja nekompatabilne supstance. Flokulacija rezultuje gubitkom moći bojenja.. Manje čestice su znatno podložnije flokulaciji tako da najveći rizik postoji kod ftalocijaninskih i dioksazin ljubičastog pigmenta kao i kod crnog ugljenika.

Veličina čestica predstavlja prosečan prečnik čestica pigmenta. Tipični opsezi su crni ugljenik 0.01 to 0.08 µm;titan dioksid 0.22 to 0.24 µm.organski 0.01 to 1.00 µm;neorganski 0.10 to 5.00 µm;Punioci mogu biti od 50 µm pa do ekstremno sitnih kao što je precipitirani silicijum dioksid.

Specifična površina čestica je ukupna površina 1 g pigmenta izražena u m2. Vrednost za organske pigmente je između 10 i 130 m2. Ova vrednost je usko povezana sa količinom veziva koja je potrebna za vezivanje pigmenta. Veće čestice imaju manju površinu i stoga je za njih potrebno manje veziva. Vrednost koja se određuje za pigmente je i upijanje ulja. To je količina lanenog ulja u gramima koja je potrebna da nakvasi 100 grama pigmenta. Ova vrednost zavisi od fizičke prirode pigmenta i veličine čestica.

Količina pigmenta koja će se dodati u premaz određuje se u zavisnosti od:Intenziteta i moći bojenjaŽeljene nepropusnostiŽeljenog sjajaSpecificirane rezistentnosti i trajanjaZa pigmente se definiše PVC-pigment zapreminska koncentracija. PVC se matematički izračunava kao količnik zapremine pigmenta i zbira zapremine pigmenta i zapremine smole. PVC = Vp/ (Vp + Vs)Pored ove vrednosti bitna je vrednoct CPVC odnosno kritične zapremine pigmenta. CPVC je zapreminska koncentracija pigmenta na kojoj ima taman toliko smole da se popune sve šupljine između čestica pigmenta u suvom filmu.

Odnos PVC i CPVC utiče na primenske karakteristike premaza. Premazi kod kojih je PVC manji od CPVC imaju višak smole i čestice pigmenta su odvojene smolom. Ovakvi premazi se odlikuju odsustvom vazduha, visokim sjajem, niskom poroznošću, fleksibilnošću, rezistencijom prema abraziji i otpornošću prema spoljnim uticajima. Premazi kod kojih je PVC veći od CPVC se odlikuju prisustvom vazduha u suvom filmu, većom poroznošću, niskim sjajem i lošom fleksibilnošću i otpornošću prema atmosferijama. CPVC se može izračunati ako je poznata vrednost za upijanje ulja:

CPVC = 1/ (1 + OAv)

gde je OAv zapremina lanenog ulja/zapreminu pigmenta

Vrednosti PVC za neke od boja su :

Za sjajne emajle koji se koriste za vrata i drvenariju 18 do 23 %

Polusjajni koji se koriste za zidove kuhinje i kupatila odnosno predmete koji mogu da se peru 30 i više %

Satenske boje koje se koriste za zidove 35 i više %

Fasadne boje 40 do 45 %

Boje za zidove (poludisperzije i disperzije) od 50 do 65 %

Pigmenti se mogu podeliti po hemijskoj strukturi na organske i neorganske pigmente.

Sa nekoliko izuzetaka neorganski pigmenti su oksidi, sulfidi, oksid-hidroksidi, silikati, sulfati ili karbonati. Obično su jednokomponentne čestice sa definisanom kristalnom strukturom. Međutim primenjuju se i mešani ili substratni pigmenti. Mešani pigmenti su pigmenti koji se mešaju ili sitne sa pigmentima ili puniocima u suvom stanju (hrom zeleno je smeša hrom žutog i gvožđe plavog). Nedostatak ovih pigmenata je što može doći do odvajanja prilikom upotrebe.

U slučaju substratnih pigmenata jedna od komponenata se taloži na substratu vlažnim postupkom a nakon toga formira čvrste veze u postupku sušenja ili kalcinacije. Ove veze sprečavaju odvajanje prilikom upotrebe.

Organski pigmenti se po svojoj hemijskoj strukturi mogu podeliti na azo-pigmente i policiklične pigmente (antrahinonski, hinakridonski, izoindolinski i perilenski). Azo pigmenti čine veću grupu zbog svoje lake sinteze i ekonomske opravdanosti. Obe grupe pigmenata se mogu dalje podeliti u veći broj manjih podgrupa u zavisnosti od strukture i primene.

NN

O

O

O

O

RR

HN

NH

O

O

O

O

NH

X

X

X = C izoindolinskiX = O izoindolinonski

Beli pigmenti

Najvažniji beli pigment je titan(IV)-oksid. Godišnja proizvodnja titandioksida 1995. godine je iznosila 3,2 x 106 t. U prirodi se nalazi u dve modifikacije kao rutil i anatas. Sirovine za proizvodnju titandioksida su ilmenit, leukoksen i rutil kao i sintetski materijali kao što su sintetički rutil i titanijumska šljaka (zgura).

Ilmenit je ruda koja sadrži 40 do 60 % titandioksida, oko 7 % ostalih oksida a ostalo su magnetit(Fe3O4) i hematit (Fe2O3). Dejstvom morske vode i vazduha na ilmenit smanjuje se sadržaj gvožđa, i ruda se obogaćuje titandioksidom i nastaje leukoksen.

Redukcijom gvožđa iz ilmenita u električnim pećima sa antracitom nastaje titanijumska zgura koja je obogaćena sa titandioksidom.

Titandioksid za potrebe industrije boja se dobija na dva načina.

Stariji sulfatni postupak se zasniva na razlaganju sirovog ilmenita ili titanijumske zgure u koncentrovanoj sumpornoj kiselini na 150 do 220 ° C. Hidrolizom sulfatnog rastvora se taloži TiO2 dihidrat koji sadrži obojene sulfate teških metala koji se dalje uklanjaju u postupcima prečišćavanja. Nakon prečišćavanja hidrat TiO2 se kalciniše, melje i dalje tretira.

Noviji postupak (hloridni postupak) zasniva se na hlorovanju na 700 do 1200 °C. Titan(IV)-hlorid se odvaja destilacijom od ostalih hlorida. Vanadijum-tetrahlorid i vanadijumoksi-hlorid se prethodno redukuju do čvrstih hlorida. Dobiveni tetrahlorid se sagoreva na 900 do 1400 °C pri čemu nastaje TiO2. Ovaj ekstremno čist TiO2 se dalje tretira zavisno od svrhe primene.

Titan dioksid poseduje sve osobine idealnog belog pigmenta (jasnoću boje, visoku rezistentnost prema dejstvu hemikalija, organskih rastvarača i toplote kao i visoki indeks refrakcije). Nedostatak mu je fotoreaktivnost čime povečava osetljivost na svetlost neorganskih pigmenata i skoro svih organskih pigmenata. Zbog svoje cene delimično se zamenjuje sa jeftinijim pigmentima ili puniocima.

Pre uvođenja TiO2 kao pigmenta veliki značaj je imao ZnS kao beli pigment. ZnS se retko koristio čist već uglavnom kao litopon (dobiven koprecipitacijom ZnS i BaSO4.

Ovaj pigment se koristi kada nije neophodan dobar sjaj jer poseduje dobre abrazivne osobine, nizak uljani broj i nisku tvrdoću. Sirovine za proizvodnju su ZnO i BaS. ZnO se dobija iz topionica, cinkove šljake ili otpadaka, iz otpadaka u procesu galvanizacije itd. Barijumsulfid se dobija redukcijom barita (BaSO4) sa ugljem. Litopon se dobija reakcijom ekvimolarnih količina ZnSO4 i BaS ZnSO4 + BaS ZnS + BaSO4

Variranjem odnosa ove dve komponente moguće je dobiti litopon različitog sastavaZnSO4 + 3 ZnCl2 + 4 BaS 4 ZnS + BaSO4 + 3 BaCl2

Litopon se koristi u premazima sa visokim sadržajem pigmenta. Njegova dobra osobina je što zahteva malu količinu smole. Pogodan je za skoro sve sisteme smola i lako se disperguje dajući premaz sa dobrim osobinama u primeni. Može se kombinovati sa titan dioksidom. Cinkova jedinjenja poseduju fungicidno i algicidno dejstvo.

Pored ova dva najvažnija pigmenta koriste se i cink-oksid koji se dodaje zbog svojih antikorozivnih i antifouling osobina, antimon-oksid koji se dodaje u samogasive boje jer prilikom isparavanja nastaje teški gas koji gasi plamen

Crni pigmentiNajvažniji crni pigment u industriji premaza je crni ugljenik (carbon black), odnosno čađ. Ovaj pigment se dobija oksidativnom disocijacijom nafte ili prirodnog gasa. Iako nastaje elementarni ugljenik proizvodi se razlikuju zavisno od polaznog materijala i metode dobijanja. Pigmenti se karakterišu prema boji i postupku dobijanja na HC (jako obojeni), MC (srednje obojeni), RC (standardno obojeni) i LC (slabo obojeni). Pigment se može dobiti na dva načina:stariji postupak kanal gasni postupak sagorevanja gasa u atmosferi deficitarnoj sa kiseonikom postupak koji je danas više zastupljen sagorevanjem nafte u pećima u ograničenoj količini vazduha Čađ je relativno jeftin pigment mada u zavisnosti od zahteva može imati i znatno višu cenu.

Upotreba čađi kao pigmenta skopčana je sa određenim problemima kao što su: adsorpcija - primera radi metalni sapuni (sikativi) koji se koriste kao sušila u alkidnim smolama se adsorbuju na uglju i na taj način se menjaju osobine premaza. Ovo se može prevazići dodatkom sušila u višku. Flokulacija – nakon dispergovanja čestice ugljenika pokazuju tendenciju ka flokulaciji stoga se mora voditi računa da se nakon dispergovanja dodaje vrlo mala količina za razblaživanje premaza.Dispergovanje – je otežano zbog vrlo malih čestica koje imaju veliku površinu. Ovo se može olakšati dodatkom karbonskih kiselina (sredstva za dispergovanje)koje potpomažu kvašenje česticaViskozitet premaza – čestice ugljenika pokazuju tendenciju ka građenju grozdova koji se drže međusobno silama koje se kreću od slabih fizičkih do hemijskih veza. Građenje ovih agregata može uticati na viskozitet boje

Pored čađi značajan crni pigment je i crni gvožđe oksid (magnetit). Iako se nalazi u prirodi kao mineral u industriji se koristi uglavnom sintetski pigment. Sintetski pigment se dobija kontrolisanim taloženjem gvožđe-hidroksida alkalijama na 90 °C uz provođenje vazduha. Spada u grupu jeftinih pigmenata sa dobrim karakteristikama.

Žuti pigmenti

Među žutim pigmentima od neorganskih pigmenata značajan je žuti oksid gvožđa FeO(OH) koji se javlja u prirodi kao limonit. Ovaj pigment može se dobiti i sintetskim putem. Među organskim pigmentima razlikujemo nekoliko strukturno različitih pigmenata.

HNN

HN

O O

R2

R1 Arilamidni pigmenti kod kojih R1 i R2 mogu biti CH3 , OCH3 , OC2H5 , Cl, Br, NO2 se koriste zbog svoje slabe rezistencije prema rastvaračima u premazima gde se kao rastvarač koristi voda ili benzin za lak (White spirit).

Hansa žuti pigmenti

Drugu grupu čine benzimidazolni pigmenti koji se koriste za boje za automobile i premaze u prahu. Ova grupa pokazuje znatno bolju rezistentnost prema rastvaračima od prethodne grupe pigmenata mada su znatno skuplji od monoazo pigmenata.

U automobilskoj industriji za izradu završnog sloja koriste se i metalo kompleksni pigmenti. Ovi pigmenti zahvaljujući uvođenju metala u organsko jedinjenje pokazuju izuzetno dobru rezistentnost prema rastvaračima.

CI Pigment Yellow 153

Crveni pigmentiMeđu crvenim neorganskim pigmentima najznačajniji je gvožđe oksid (FeO) koji se u prirodi javlja kao mineral hematit mada se može dobiti i sintetski dehidratacijom žutog gvožđe oksida. Pigment ima nisku cenu i ekonomičan je u upotrebi. Među organskim pigmentima značajan je pigment crveno 3 na bazi beta-naftolske strukture. Ovaj pigment je relativno jeftin i primenjuje se u vodorastvornim premazima kao i u premazima sa organskim rastvaračima.

hematit

U završnim slojevima bojenja u automobilskoj industriji koristi se i pigmenti sa hinakridinskom i perilenskom strukturom. Međutim, ovi pigmenti spadaju u grupu skupljih pigmenata.

Plavi pigmenti

Među neorganskim pigmentima plave boje najznačajniji su berlinsko plavo M+Fe3+[Fe2+(CN)6] i ultramarin (Na7Al6Si6O24S3) dobiven sintetskim putem. Ultramarin je ustvari alumosilikat u čiju kristalnu rešetku se ugrađuju radikal anjoni S2 ˉ i S3 ˉ. Oba ova pigmenta se ugrađuju u premaze za automobilsku industriju dok se pored toga ultramarin koristi za premaze u prahu kao i za dekorativne premaze. Zbog svoje osetljivosti na kiseline ultramarin se ne preporučuje za premaze za spoljnu upotrebu koji se suše na vazduhu.

Među organskim pigmentima najznačajniji je bakar -ftalocijanin koji je jedan od najjeftinijih organskih pigmenata. Usled velike tendencije ka flokulaciji ovaj pigment se obično prevlači tretiranim (sulfonovanim) ftalocijaninom, aluminijum-benzoatom ili na neki drugi način. Ftalocijanin se dobija iz anhidrida ftalne kiseline i uree.

Pigmenti sa posebnim efektima

Za dobijanje premaza sa metaliza efektom koriste se opiljci aluminijuma. U ovu svrhu koristi se aluminijum u prahu koji se dobija atomizacijom stopljenog aluminijuma. Razlikujemo dva tipa pigmenata one koji daju efekat ogledala i koji se dobijaju stabilizacijom čestica aluminijuma sa dodatkom stearinske kiseline. Ovi pigmenti se mešaju sa transparentnim obojenim pigmentima da bi se dobila željena boja. Primenom čestica aluminijuma veće granulacije dobija se polihromatski efekat odnosno boja se razlikuje u zavisnosti od ugla posmatranja.

Pored metaliza efekta danas su popularni i pearlescentni pigmenti odnosno pigmenti koji daju efekat bisera odnosno efekat prelivanja boja (sedefast efekat).

Suština kod ovog tipa pigmenata je da sloj propušta deo svetlosti a jedan deo reflektuje. Propuštena svetlost pada na sledeći sloj odakle se ponovo jedan deo reflektuje a drugi deo prolazi do sledećeg sloja. Ukoliko imamo slojeve sa različitim indeksom refleksije dolazi do interferencije relektovane svetlosti i na taj način se dobija sedefasti efekat

. Danas je najveći deo industrije pearlescentnih pigmenata baziran na liskunu (miki) presvučenom oksidima metala (TiO2 i Fe2O3). Ovi pigmenti se obično sastoje iz tri sloja oksid-mika-oksid. Pored TiO2 koriste se i drugi obojeni metalni oksidi.

Veziva (u industriji boja i lakova češće se koristi termin smole) su makromolekulska jedinjenja sa molekulskim masama od 500 do 30 000. Da bi nagradili film u postupku očvršćavanja polimeri niže molekulske mase moraju se umrežiti hemijskom reakcijom. U industriji boja i lakova koriste se modifikovani prirodni makromolekuli (nitroceluloza i estri celuloze) i sintetski makromolekuli (najznačajniji su akrilati, poliestri, alkidi, epoksi smole, uretanske i melaminske smole). Variranjem molekulske mase i monomera koji ulaze u sastav polimera mogu se menjati osobine premaza (otpornost na vlagu, hemikalije, svetlost, tvrdoća filma) kao i osobine premaza pre upotrebe (viskozitet, sposobnost dispergovanja pigmenta, rastvorljivost u rastvaraču i dr.). U zavisnosti od reaktivnosti prilikom umrežavanja sistemi veziva mogu biti jednokomponentni ili dvokomponentni (kada do umrežavanja dolazi reakcijom dva polimera koji reaguju već na sobnoj temperaturi).

Alkidne smole čine jedan od najvažnijih segmenata industrije premaza. Glavni razlozi za to su

njihova cena (cena sirovina i proizvodnje i njihova rastvorljivost u jeftinijim organskim rastvaračima)

široki opseg primene i kompatibilnost sa ostalim smolama

relativno laka modifikacija i tolerancija prema različitim supstratima

Alkidne smole su račvasti poliestarski lanci koji nastaju kondenzacijom dvobaznih kiselina i polihidroksilnih alkohola u prisustvu triacilglicerola ili viših masnih kiselina. Prisustvo triacilglicerola je odgovorno za dobro kvašenje pigmenata dok je poliestarski lanac odgovoran za tvrdoću i trajnost nastalog filma.

Postupci sinteze alkidnih smola se mogu zasnivati na alkoholizi ulja ili na postupku zasnovanom na reakciji masnih kiselina. U prvom postupku ulje se zagreva sa glicerolom na 240 do 260 °C u prisustvu katalizatora (olovo-acetat koji je danas uglavnom zamenjen litijum-hidroksidom i natrijum-hidroksidom). Katalizator se dodaje u količini od 0,01 do 0,03 %. Alkoholiza se odvija u atmosferi inertnog gasa kako bi se sprečilo bojenje proizvoda. U toku reakcije nastaje smeša obično od 51 % monoglicerida, 40 % diglicerida , 4 % triglicerida i 5 % glicerina.

OH

OH

OH

O

O

O R

R

R

O

O

O

+

O

OH

OH

R

O

32

Dobivena smeša acilglicerola zatim učestvuje u reakciji polikondenzacije zajedno sa dvobaznim kiselinama i poliolom.

Alternativa alkoholizi je postupak sa masnim kiselinama. U ovom postupku više masne kiseline dobivene iz ulja reaguju direktno sa poliolima i dvobaznim kiselinama u reakciji polikondenzacije.

Prednost drugoga postupka je u tome što nastaju manje obojeni proizvodi, kraće je procesno vreme, može se birati poliol (kada se radi alkoholiza glavni poliol je glicerol). Nedostatak postupka je znatno viša cena sirovina i izdvajanje zasićenih komponenti smeše masnih kiselina na nižim temperaturama prilikom lagerovanja.

Nakon alkoholize sledi proces polikondenzacije. Ovaj proces se može izvoditi na dva načina: polimerizacijom u masi ili polimerizacijom u rastvaraču.

Polimerizacija u masi se izvodi zagrevanjem reaktanata na temperaturi između 180 i 260 °C. Ispod ove temperature reakcija esterifikacije je suviše spora dok iznad ove temperature dolazi do neželjene polimerizacije nezasićenih masnih kiselina. Da bi se sprečila oksidacija vazduhom ova polimerizacija se izvodi u struji inertnog gasa.

Mnogo češće se primenjuje polimerizacija u rastvoru pri čemu se kao rastvarač koristi najčešće ksilen. Reakcija se izvodi na 200 do 240 °C. Ksilen gradi azeotrop sa vodom koja se nakon hlađenja kao teža odvaja u sistemu sličnom Dean Stark-ovom nastavku i na taj način odvodi iz sistema. Rastvarač sprečava dejstvo vazduha tako da u ovom slučaju nije neophodan inertni gas.

Tok polimerizacije se prati promenom kiselinskog broja smole (koji u toku polimerizacije u početku brzo opada da bi nakon nekog vremena postigao konstantnu vrednost) i promenom viskoziteta rastvora koja u toku polimerizacije raste.

Polikondenzacijom nastaje polimer strukture prikazane na slici.

O

O

OH

OOO O

O

R

O

O

HOO

O

OH

O

O

R

O

Klasifikacija alkidnih smolaNa osnovu sadržaja ulja (tj. Masnih kiselina izraženih kao trigliceridi) u procentima u odnosu na neisparljivi ostatak alkidi se dele na:dugouljne – sadržaj ulja preko 55 %srednjeuljne – sadžaj ulja između 45 i 55 %kratkouljne – sadržaj ulja manji od 45 %

Na osnovu tipa ulja koje se ugrađuje u alkidnu smolu (odnosno sadržaja nezasićenih karbonskih kiselina u ulju) alikidne smole se dele na sušive i polusušive (odnosno one koji mogu očvršćavati oksidacijom na vazduhu) i nesušive (koji imaju nizak sadržaj nezasićenih kiselina i ne mogu se oksidovati kiseonikom).

Najčešće korišćena ulja u sintezi alkidnih smola su:

Sušiva:

Laneno ulje kod koga je 50 do 85 % nezasićenih kiselina i to linoleinska(oko 50 %), linolna oko 15 % i oleinska oko 20 %

Dehidratisano ricinusovo ulje – dehidratacijom ricinolne kiseline (12-hidroksi-9-oktadekanoenska kiselina) nastaje smeša 9,11-linolne i nešto 9,12-linolne kiseline.

Polusušiva

Sojino ulje koje sadrži oko 50 % linolne kiseline i 25 % oleinske kiseline

Suncokretovo ulje koje sadrži 50 % linolne i 29 % oleinske kiseline

Talovo ulje (nusproizvod u proizvodnji celuloze) koje je po sastavu slično smesi kolofonijuma i lanenog ulja

Nesušiva ulja

Ricinusovo ulje koje sadrži 90 % ricinolne kiseline

Kokosovo ulje kod koga je sadržaj nezasićenih masnih kiselina ispod 10 %

Jodni broj sušivih ulja je od 145 do 205, polusušivih 120 do 140 dok kod nesušivih je 10 kod kokosovog a 80 za ricinusovo ulje.

oleinska kiselina

linolna kiselina

linoleinska kiselina

CH3(CH2)6 (CH2)6COOH

(CH2)6COOH

(CH2)6COOH

CH3(CH2)5

(CH2)6COOH

OH

ricinolna kiselina

Polioli kao sirovine u proizvodnji alkida

OH

OH

OH

HOH2C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

HO OH

glicerol pentaeritrol trimetilolpropan

etilenglikol

Zamena glicerola pentaeritrolom rezultuje tvrđim filmom nakon očvršćavanja. Međutim, prisustvo većeg broja funkcionalnih grupa može rezultovati umrežavanjem te se ono sprečava dodatkom slobodnih masnih kiselina.

Polibazne kiseline

O

O

O

COOH

COOH

O

O

O

HOOC

OO O

anhidrid ftalne kiseline

izoftalna kiselina trimelitni anhidrid

anhidrid maleinske kiseline

Osnovna sirovina je anhidrid ftalne kiseline. Uvođenje izoftalne kiseline poboljšava tvrdoću premaza i hemijsku rezistentnost premaza. Trimelitni anhidrid se koristi kod premaza koji se disperguju u vodi. Anhidrid maleinske kiseline se dodaje u količini od 2 do 4 % da bi poboljšao rastvorljivost i radi uvođenja dvostruke veze odnosno povećanja funkcionalnosti za umrežavanje.

Mehanizam građenja filma

Sušivi i polusušivi alkidi

Nezasićene veze u masnim kiselinama ne reaguju u procesu polikondenzacije. Stoga ove veze utiču na formiranje filma. Obzirom na veliku molekulsku masu alkidnih polimera za njihovo očvršćavanje je potrebno formiranje nekoliko veza između lanaca. Veze se formiraju preko građenja hidroperoksida na alilnom ugljenikovom atomu (koji se nalazi između dve dvogube veze) ili na vinilnom C-atomu kod konjugovanih sistema. Kod nekonjugovanih sistema mogu nastati C-C veze, etarske veze ili peroksidne veze. Kod konjugovanih sistema nastaju pretežno C-C veze. Nastajanje radikala se može ubrzati dodatkom sikativa (katalizatora na bazi soli kobalta i mangana – najčešće naftenati ili oktoati) koji u reakciji sa slobodnom karboksilnom grupom grade radikal.

RCOOH + Co2+ Co3+ + RCO˙ + OHˉRCOOH + Co3+ Co2+ + RCOO˙ + H+

Co3+ O O + R R1

Co3+ O OH + R R1

Co3+ + R R1 OOH+

Sikativi se dodaju u količini od oko 0,5 %.

R R1+ O2 R R1

OO

H

R R1

O

ili

R R1

O

+R R1

OO

+ H2O

RO˙ + R1H ROH + R1˙R˙ + R˙ R-RRO˙ + R˙ R-O-RRO˙ + RO˙ R-O-O-R

R1

R2

O O

+ O2 R2R1

R1

R2

OO

R1

R2

R1

R2

R1R2

R2R1

OO

Oksidacija masnih kiselina se znatno ubrzava sa porastom temperature tako da se alkidi mogu brzo umrežiti na temperaturi od 120 do 160 °C. Pod ovim uslovima nastaje veći broj C-C veza i dobija se film koji je rezistentniji prema hemijskim agensima i time znatno trajniji u poređenju sa sistemima sa C-O-O-C vezama.

Alkidi koji očvršćavaju umrežavanjem najčešće očvršćavaju u kombinaciji sa nekom amino smolom (melamin-formaldehidna smola ili urea formaldehidna smola) ili fenolnom smolom (fenol-formaldehidne smole). Slobodna hidroksilna grupa iz alkida reaguje sa metilolskom grupom iz amino ili fenolne smole gradeći etarsku vezu. Pored toga hidroksimetil-grupa u aminskim i fenolnim grupama može biti eterifikovana što ne ometa građenje etarske veze. Ukoliko su prisutne slobodne karboksilne grupe u alkidnoj smoli one mogu reagovati sa hidroksimetil grupom iz amino smole i nagraditi estarsku vezu. Ukoliko su prisutne nezasićene kiseline u alkidu pored ovih veza i one učestvuju u građenju veza oksidacijom.

O

R2

O

R1

OH +HO N

HNH

CH2O

O

]

O

R2

O

R1

O NH

NH

CH2O

O

]

H+

Alkidi koji oćvršćavaju na ovaj način imaju manju molekulsku masu od alkida koji očvršćavaju oksidacijom. Pored toga u toku proizvodnje mora se voditi računa o kiselinskom broju i hidroksilnom broju alkida. Očvršćavanje je katalizovano kiselinom i u tu svrhu najčešće se koristi para-toluensulfonska kiselina za temp. od 140 do 180 °C. Ukoliko je potrebno izvesti očvršćavanje na nižoj temperaturi koriste se HCl i H3PO4 kao katalizatori.

Primena alkidnih smola

Dugouljni sušivi alkidi se primenjuju kao premazi za zidove i kao premazi za široku potrošnju.

Srednjeuljni se primenjuju kao industrijski premazi i za reparaturu automobila.

Kratkouljni alkidi se kombinuju sa melaminskim smolama i koriste se za radijatore, metalni nameštaj i kao prva boja kod automobila.

Značajnu grupu veziva u industriji boja i lakova čine akrilne smole. To su kopolimeri estara akrilne i metakrilne kiseline. U njih se mogu ugrađivati i manje količine stirena i viniltoluena. Komonomeri se razlikuju po alkoholnom ostatku u estarskoj grupi. Prednosti akrilnih smola u odnosu na druga veziva su:

stabilnost prema hemijskim agensima

transparentnost, bezbojnost i slaba tendencija ka žućenju čak i nakon dugog izlaganja povišenoj temperaturi

ne degradiraju se dejstvom UV zraka

nemaju nestabilne dvostruke veze

imaju visok sjaj i sposobnost da zadržavaju sjaj

OR

O

OR

O

Uvođenje akrilne i metakrilne kiseline u polimer poboljšava adheziju premaza za metal. Uvođenje stirena povećava tvrdoću, otpornost na vodu i hemijsku otpornost ali smanjuje stabilnost prema svetlu i zadržavanje sjaja.

Alkoholni ostatak u estarskom delu utiče na tačku ostakljivanja polimera koja utiče na adheziju, ljuštenje sa supstrata, pojavu naprslina i dr.

Variranjem odnosa metilmetakrilata i butilmetakrilata može se podesiti Tg polimera. Viša vrednost tačke ostakljivanja je takođe vezana sa

brzinom sušenja polimera.

OCH3

O

O

O

homopolimer ima Tg 105 °C homopolimer ima Tg -54 °C

Molekulska masa polimera znatno utiče na viskozitet rastvora. Primera radi polimer mase 100 000 da bi se koristio u boji mora se koristiti kao maksimalno 12,5 % rastvor dok se polimer mase 6000 može koristiti kao 50 % rastvor.

Polimeri veće molekulske mase daju znatno kvalitetnije premaze tako da se polimeri male molekulske mase koriste u sistemima kod kojih se očvršćavanje odvija nakon umrežavanja i na taj način nastaju polimeri velike molekulske mase.

Akrilne smole se dobijaju na dva načina: emulzionom polimerizacijom i polimerizacijom u rastvoru

Emulziona polimerizacija je najvažniji način za dobijanje akrilnih smola. Reaktanti u ovom postupku su: monomeri čiji se odnos podešava u skladu sa zahtevima proizvoda voda koja mora biti destilovana ili demineralizovana jer prisustvo elektrolita može da utiče na stabilnost disperzije

emulgatori koji mogu biti

anjonski (natrijumove ili kalijumove soli viših masnih kiselina i sulfonskih kiselina, soli alkilsulfata) koji se koriste 0,2 do 0,5 % u odnosu na monomer

nejonski emulgatori (etoksilovani masni alkoholi i fenoli sa 2 do 150 etilenoksidnih jedinica

katjonski emulgatori (amonijum, fosfonijum i sulfonijum jedinjenja sa hidrofobnim lancem)

inicijatori najčešće se koriste vodorastvorna perokso jedinjenja (alkalni persulfati, amonijum-persulfat i vodonik peroksid) koji se dodaju u količini između 0,5 i 1 % u odnosu na monomer

modifikatori koji se dodaju za regulaciju (smanjenje) molekulske mase polimera

voda, monomeri, emulgatori i modifikatori

inicijator

reaktor za mešanje

reaktor za polimerizaciju

rezervoar za gotovi proizvodfilteri

hladnjak

U slučajevima kada je potreban polimer manje molekulske mase rastvoran u organskom rastvaraču polimerizacija se izvodi u rastvoru. Kao rastvarač se za akrilate dugolančanih alkohola koriste aromatski rastvarači dok se za kratkolančane koriste estri i ketoni.

Kao inicijatori se koriste rastvorni peroksidi i azo jedinjenja (benzoilperoksid, diterc-butilperoksid, kumilperoksid, azobisizobutironitril i drugi). Inicijatori se dodaju u količini od 0,01 do 2 %.

Konstrukcija postrojenja je ista kao kod emulzione polimerizacije. Oslobođena toplota se odvodi isparavanjem rastvarača i njegovim hlađenjem.

Mehanizam stvaranja filma

Akrilni premazi se koriste kao disperzioni sistemi u vodi. Ovakvi sistemi stvaraju film fizičkim sušenjem gde prilikom isparavanja rastvarača dolazi do formiranja agregata polimera koje je potpomognuto dodatkom koalescirajućih agenasa (agenasa koji omogučavaju spajanje polimera najčešće polietilenglikoli koji deluju i kao plastifikatori).

Akrilne smole mogu očvršćavati i umrežavanjem. Jedan od načina je umrežavanje preko hidroksilne grupe iz polimera sa melamin-formaldehidnim ili urea-formaldehidnim smolama. Ovakvi akrilati dobijaju se uvođenjem hidroksietil-metakrilata ili butandiol-akrilata kao monomera u polimer. Umrežavanje se postiže na 130 ° C ili uz primenu kiselog katalizatora.

O

O

OH

O

O

OH

hidroksietil-metakrilat butandiol-monoakrilat

Drugi često primenjivani način umrežavanja je građenje poliuretana koje ponovo zahteva prisustvo grupa koje imaju slobodnu hidroksilnu grupu. U ovom slučaju druga komponenta su aromatski ili alifatični izocijanati (postoji razlika u brzini reakcije aromatski reaguju brže dok alifatski zahtevaju prisustvo katalizatora amina, kiseline ili dibutilkalaj-dilaurata).

O

O

OH

OCN NCO

O

O

HO

O

O

OHN

O

O

O

OHN

O

R1

R2 R3

R4

R1

R2

R4

R3

Obzirom da izocijanati reaguju brzo sa alkoholima ovakvi sistemi se izrađuju kao dvokomponentni sistemi koji se mešaju pre upotrebe. Alternativa su jednokomponentni sistemi koji imaju blokiranu izocijanatnu grupu koja se deblokira na povišenoj temperaturi (150 ° C).

Treći način očvršćavanja se primenjuje kod akrilnih polimera koji imaju slobodnu karboksilnu grupu (kao monomeri se dodaju akrilna i metakrilna kiselina). U ovom slučaju očvršćavanje se bazira na reakciji sa epoksidnim smolama.

OH

O

HO

OO O

O

O

OH

O

OH

O

R1

R2

R3

R4

R1

R2

R3

R4

Na ovaj način se dobijaju premazi koji imaju veću tvrdoću u poređenju sa prethodna dva načina očvršćavanja kao i veću rezistentnost prema rastvaračima, detergentima i alkalijama. Ovakvi sistemi zahtevaju visoku temperaturu pečenja (200 °C) koja se može sniziti na 120 do 150 °C dodatkom katalizatora (tetrabutilamonijum-jodid). Alternativa ovom postupku bazirana na istom principu je umrežavanje polimera u koje je ugrađen glicidil-metakrilat kao monomer pri čemu se onda umrežavanje izvodi sa dikarbonskim kiselinama.

O

O

O

Primena akrilnih veziva

Najznačajnija je primena emulzionih disperzija u bojenju zidova, fasada i plafona. U ovim sistemima je vrlo mala količina veziva a znatno veća je količina pigmenata i punilaca. Akrilatne disperzije imaju dobru propustljivost za vodenu paru tako da se mogu osušiti fizičkim putem.

Druga važna primena akrilnih veziva je u automobilskoj industriji u kojoj potiskuju alkidne smole. Odlikuju se visokom transparentnošću, visokim sjajem i stabilnošću prema žućenju. Najčešće se koriste sistemi koji umrežavaju sa melaminformaldehidnim smolama i sa izocijanatima. Pored toga koriste se u industriji za farbanje kućnih aparata kao i za poliuretanske premaze drvenih površina izloženih vodi.

Poliestri su po definiciji polimeri nastali sintezom iz polihidroksilnih alkohola i polikarbonskih kiselina. Poliestri mogu biti zasićeni i nezasićeni.

Osnovne sirovine koje ulaze u sastav zasićenih poliestara:

tereftalna kiselina tvrd etilenglikol tvrd

anhidrid ftalne kiseline tvrd 1,2-propandiol tvrd

heksahidroftalna kiselina

tvrd neopentilglikol tvrd

anhidrid trimelitne kiseline

tvrd 1,4-cikloheksandimetanol tvrd

adipinska kiselina mek dietilenglikol mek

sebacinska kiselina mek 1,4-butandiol mek

dodekandikiselina mek 1,6-heksandiol mek

Variranjem odnosa sirovina mogu se dobiti poliestri sa različitim karakteristikama. Pored toga reakcionim uslovima se može podešavati molekulska masa poliestara i na taj način i njihove osobine u premazima. Poliestri visoke molekulske mase se mogu koristiti za premaze u prahu. Odlikuju se dobrom rezistentnošću prema svetlosti, vlagi, toploti, i hemijskim agensima.

Proizvodnja poliestara se zasniva na dva pristupa.

polimerizacija u masi koja se odvija na povišenoj temperaturi u vakuumu (u ovom postupku najpre na nižoj temperaturi na atmosferskom pritisku dolazi do stvaranja oligomera koji se zatim zagrevaju na 200 °C pri sniženom pritisku pri čemu nastaju polimeri veće molekulske mase

polimerizacija u rastvoru u kojoj se kao rastvarač koristi ksilen koji azeotropno udaljava vodu iz sistema

Poliestri veće molekulske mase (10 000 do 30 000) mogu formirati film sušenjem dok polimeri manje molekulske mase (7000) se koriste kao prepolimeri u reakcionim sistemima sa umrežavanjem. Glavnu grupu prepolimera čine poliestri sa slobodnim hidroksilnim grupama koji se mogu umrežavati sa izocijanatima i čine osnovu poliuretanskih sistema ili se mogu umrežavati sa melaminformaldehidnom smolom. Prilikom sinteze ovih poliestara je važno da se postigne što manji kiselinski broj jer kiseline takođe mogu reagovati sa izocijanatima i na taj način blokiraju umrežavanje. Pored toga koriste se i poliestri sa terminalnim karboksilnim grupama koji se umrežavaju sa epoksi smolama u premazima u prahu.

Poliestri su rastvorni u estarskim, ketonskim i aromatskim rastvaračima ali su nerastvorni u alifatskim ugljovodonicima i alkoholima. Koriste se rastvori za visokomolekularne 35 do 50 % a za niskomolekularne 50 do 70 %.

Poliestri su najvažniji sistem za zaštitu limova u kombinaciji sa melamin-formaldehidnim smolama. Poliestarski premazi u kombinaciji sa melaminima su pogodni za premaze koji se koriste za zaštitu konzervi pošto zadovoljavaju regulativu za premaze konzervi za pakovanje hrane.

Pored toga poliestri u kombinaciji sa melaminima se koriste za zaštitu aparata za domaćinstvo.

U kombinaciji sa poliizocijanatima poliestri se koriste u dvokomponentnim sistemima za lakove za parket i drvo.

Poliuretanski sistemi se odnose na sisteme za premaze koji koriste visoku reaktivnost izocijanatne grupe za očvršćavanje polimera. Osnovu za sintezu poliuretanskih polimera čine diizocijanati.

NCO

NCO

NCOOCN

OCNNCO

NCO

NCO

NCOOCN

toluendiizocijanatmetilendifenildiizocijanat

1,1-metilenbis(4-izocijanato)cikloheksan izoforondiizocijanat

heksametilendiizocijanat

Alifatični i cikloalifatični izocijanati daju premaze koji nisu osetljivi na svetlost i na vremenske uslove. Za razliku od njih aromatski izocijanati se uglavnom ne koriste za spoljašnju primenu i reaguju znatno brže od alifatskih izocijanata.

Pored toga koriste se i blokirani izocijanati (blokirani fenolom, krezolom, nonilfenolom i metiletil-ketoksimom) koji nisu reaktivni na sobnoj temperaturi ali se regenerišu zagrevanjem.

Poliizocijanati uključuju adukte diizocijanata sa poliolima, izocijanurate nastale trimerizacijom diizocijanata i visokomolekularne proizvode koji sadrže biuretsku grupu i alofanatnu grupu.

Modifikovani polimeri kod kojih je uvedena polietarska grupa omogućavaju primenu u vodorazredivim poliuretanima.

Prepolimer za sintezu poliuretana se sintetiše kontrolisanom reakcijom poliola sa diizocijanatom tako da na krajevima ostanu slobodne izocijanatne grupe. Da bi se to postiglo neophodno je koristiti diizocijanat u višku. S obzirom na toksičnost diizocijanata neizreagovali monomer je neophodno izdvojiti iz smeše bilo destilacijom bilo ekstrakcijom rastvaračem u kome se polimer ne rastvara. Ovako dobiven polimer se može dalje direktno koristiti u dvokomponentnim sistemima. Ovakvi polimeri su po pravilu male molekulske mase.

Mehanizam stvaranja filma

U zavisnosti od kombinacije uretani mogu formirati film na različite načine. U jednokomponentnom sistemu izocijanati sa alkidima (sušiva ili polusušiva ulja modifikovana poliolom) mogu formirati uretanska ulja. Ovaj polimer ustvari ima strukturu alkida kod koga je dikarbonska kiselina zamenjena izocijanatom. U ovom slučaju se formiranje filma zasniva na oksidaciji dvostrukih veza iz ulja.

Visokomolekularni polimeri dobiveni poliadicijom poliola na višak diizocijanata mogu formirati film u kontaktu sa atmosferskom vlagom pri čemu nastaje urea. Koriste se veziva bez rastvarača ili rastvoreni proizvodi sa 5 do 15 % slobodnih izocijanata.

R NCO + H2O R NHCOOH

R NH2 + CO2

R1 NCO

R NH NH

O

R1

Smeša blokiranih izocijanata sa poliaminima i poliolima je stabilna i omogućava pakovanje u jednokomponentnim sistemima. Zagrevanjem ovakve smeše na 120 do 220 °C deblokira se izocijanatna grupa i dolazi do reakcije sa alkoholima. Ovi sistemi se primenjuju u automobilskoj industriji, za zaštitu limova i električnu izolaciju jer daju film sa visokom mehaničkom otpornošću.

Mikroenkapsulirani poliizocijanatni sistemi su sistemi koji se baziraju na dezaktiviranju diizocijanata ili poliizocijanata u prahu dispergovanjem u tečnom polimeru bez rastvarača. Tom prilikom se stvara zaštitni premaz na površini čestica. Takve čestice postaju nereaktivne na sobnoj temperaturi. Međutim, njihovim zagrevanjem one ponovo postaju reaktivne i reaguju sa poliolima ili nekim drugim agensom u kome su bile dispergovane.

U dvokomponentnim sistemima koji predstavljaju najznačajniju oblast primene poliuretana film se stvara reakcijom poliola sa poliizocijanatom. U slučaju primene alifatičnog poliizocijanata dodaje se 0,05 do 0,5 % katalizatora (najčešće tercijarnog amina). Optimalan film se dobija ako je odnos hidroksilnih i NCO grupa 1:1.

Brzina umrežavanja u dvokomponentnim sistemima se reguliše dodatkom katalizatora dibutilkalaj-dilaurata koji omogućava umrežavanje na sobnoj temperaturi. Najčešće se koriste sistemi bez rastvarača ili se koriste rastvarači koji nemaju tendenciju preuzimanja vodonika (alifatični ugljovodonici).

Epoksidne smole imaju na krajevima reaktivne epoksidne grupe. Ove smole spadaju u grupu skupljih smola međutim dobre osobine kao što su:

dobra rezistentnost na hemikalije posebno na alkalije

izvanredna adhezija prema različitim supstratima

izvrsna tvrdoća, otpornost na istezanje i fleksibilnost

i odlična rezistentnost prema vodi

opravdavaju primenu epoksi smola tamo gde su potrebni ovakvi zahtevi.

Epoksi smole se primenjuju kao jednokomponentni i kao dvokomponentni sistemi u zavisnosti od molekulske mase i udela reaktivnih epoksidnih grupa.

Najznačajnije epoksidne smole su one koje se dobijaju reakcijom bisfenola A i epihlorhidrina.

OHHO

Cl

O

Cl

O

R4N+

OO ClCl

OHOH

OO

O O

NaOH

Reakcija kuplovanja se izvodi ukapavanjem vodenog rastvora NaOH u dobro mešanu smešu reaktanata ili kao dvostepena ukoliko se želi sinteza monomera. Odnos epihlorhidrina i bisfenola A je 10 : 1. Ukoliko je potreban polimer veće molekulske mase povećava se udeo bisfenola A i nastaje proizvod sledeće strukture.

OOO

OH

O

O O

n

U industriji boja i lakova uobičajeno se koriste polimeri kod kojih je n maksimalno 12. Epoksidne smole se karakterišu epoksidnim ekvivalentom koji pokazuje koliko grama smole sadrži 1 gram ekvivalent epoksida. Sa porastom molekulske mase raste vrednost epoksidnog ekvivalenta.

Polimeri molekulske mase od 300 do 600 (n je od 0 do 1) su tečni dok su iznad toga čvrste supstance. Da bi se nagradio film epoksidni polimeri moraju reagovati sa reakcionim partnerom. Reakcija se može odvijati preko epoksidne grupe ili preko hidroksilne grupe iz epoksida. Preko epoksidne grupe umrežavanje se može postići reakcijom sa alifatičnim ili aromatičnim poliaminima. Reakcija se odvija na sobnoj temperaturi. Cikloalifatični poliamini reaguju sporije od alifatičnih poliamina a brže od aromatičnih.

O

O

H2N NH2

O

O

N N

OH

OH

OH

OH

Od alifatičnih amina koriste se etilendiamin, dietilentriamin. Od cikloalifatičnih amina koriste se izoforondiamin i Laromini (BASF-ovi proizvodi). Od aromatičnih treba pomenuti diaminodifenilmetan. Ovakvi sistemi se koriste kao dvokomponentni i problem u njihovoj primeni je brzo očvršćavanje. Alternativa je primena amina u obliku ketimina koji kao takvi ne reaguju ali oslobađaju amine u prisustvu vlage koji onda stupaju u reakciju.

H2N NH2

H2NHN

NH2

NH2

NH2

NH2H2N

NH2

NH2

Polimeri koji su čvrste supstance primenjuju se u rastvoru (aromatični ugljovodonici) i umrežavaju se najčešće sa poliamidoaminima (derivati dimera linolne kiseline)

U cilju smanjenja rastvarača a postizanja željenog viskoziteta polimerima se može dodati tečni polimer sa bisfenolom A.

Polimeri velike molekulske mase se mogu posmatrati kao polioli i mogu se umrežavati na sobnoj temperaturi sa izocijanatima.

Dodatkom nejonskih surfaktanata epoksi polimeri se mogu dispergovati u vodi i u kombinaciji sa vodorastvornim poliamidoaminima ili modifikovanim poliimidazolinima mogu se koristiti kao dvokomponentni sistem za premaze za površinsku zaštitu metalnih površina i bojenje betona. Epoksi polimeri se mogu umrežavati na povišenoj temperaturi reakcijom sa modifikovanim melamin-formaldehidnim smolama ili sa poliestar-polikarbonskim kiselinama. U slučaju melaminskih polimera reakcija se odvija preko sekundarnih hidroksilnih grupa dok u

slučaju poliestar-polikiselina reaguje epoksidna grupa.

Polimeri veće molekulske mase se mogu koristiti u premazima u prahu pri čemu se umrežavaju sa fenol-formaldehidnim smolama, anhidridima dikarbonskih kiselina, ili dicijandiamidom. Zbog svojih izvanrednih osobina epoksi smole se koriste za izradu zaštitnih premaza. Pored toga koriste se za izradu premaza za konzerve, u automobilskoj industriji, za farbanje puteva i dr. Nedostatak epoksi premaza je što usled prisustva aromatičnog jezgra pokazuju osetljivost na svetlost i menjaju boju premaza vremenom.

Prema sadržaju rastvarača boje i premazi se mogu podeliti na dve grupe sa visokim sadržajem neisparljivih komponenti (manje od 30 % rastvarača) i one sa niskim sadržajem čvrste supstance (više od 60 % rastvarača).

Prilikom izbora rastvarača mora se voditi računa o primeni tehnologije bezopasne po životnu sredinu, sposobnosti rastvarača da rastvori polimer, brzini isparavanja, uticaj rastvarača na primenske osobine (viskozitet, stvaranje filma itd.).

Najčešće korišćeni rastvarači su benzin za lak, smeša aromatičnih ugljovodonika (Solvesoli), estarski rastvarači (butil-acetati, glikol-acetati), alkoholi (butanol, etanol, izopropanol i glikoletri-celosolvi dr.), ketoni (metil-etilketon, metil-izobutilketon, cikloheksanon, aceton).

Usled visokih kriterijuma ekološke zaštite danas je trend proizvodnja premaza sa smanjenim udelom organskih rastvarača ili uvođenje adekvatnih ekoloških zamena (primera radi metoksipropilacetat koji je ekološki bezopasan po primenskim karakteristikama može da zameni toluen).

Sadržaj rastvarača se može smanjiti korišćenjem rastvarača koji bolje rastvaraju polimer, dodatkom korastvarača koji snižavaju viskozitet ili korišćenjem aditiva. Primera radi hidroksilna i karboksilna grupa unutar polimera mogu graditi vodoničnu vezu i na taj način povećati viskozitet. Dodatkom alkohola se može prevazići ovaj efekat. Međutim, ovo ponekad nije dovoljno već je potrebno modifikovati vezivo (smolu). Ovo se može postići redukcijom srednje molekulske mase po broju. To se može postići polimerizacijom u rastvoru i nakon toga udaljavanjem rastvarača uparavanjem do željenog viskoziteta.

Pored toga pribegava se primeni reaktivnih rastvarača (akrilatni i metakrilatni estri polihidroksilnih alkohola) koji imaju ekstremno nisku isparljivost a prilikom umrežavanja učestvuju u umrežavanju.

Vodorastvorni sistemi

U cilju poboljšanja ekoloških aspekata boja, kao i smanjenja opasnosti od paljenja tendencija je uvođenja sistema gde se kao rastvarač koristi voda. Polimeri rastvorni u vodi predstavljaju osnovu za uvođenje metode nanošenja premaza elektrolitičkim putem na metalnu podlogu. U zavisnosti od naelektrisanja polimera nanošenje može biti anaforetsko (kada se negativno naelektrisane čestice nanose na anodu) ili kataforetsko (kada se pozitivno naelektrisane čestice polimera nanose na katodu). Suština kod vodorastvornih polimera je da se koriste polimeri male molekulske mase (manje od 10 000) koji na sebi nose grupe koje se mogu neutralisati. Najčešće se mogu koristiti alkidi, poliestri, poliakrilati, epoksidi i epoksi smole čiji se molekuli rastvaraju u vodi usled formiranja soli između karboksilnih grupa sa sekundarnim ili tercijarnim aminima.

Katjonska veziva (koja nose amino grupe – epoksidne smole modifikovane aminima) formiraju soli sa organskim kiselinama (sirćetna ili mlečna kiselina).

Vodorastvorna veziva sadrže organski rastvarač (10 do 15 %) koji potiće iz postupka sinteze smole. Prisustvo ovog rastvarača ne ometa rastvaranje polimera u vodi.

Vodorastvorni polimeri se uglavnom nanose u elektrolitičkim kadama pri čemu objekat na koji se nanosi premaz predstavlja anodu ili katodu. Naelektrisani polimer se taloži na elektrodi i stvara film koji prouzrokuje visoki otpor koji smanjuje taloženje na materijalu. Nastali film može očvršćavati sušenjem, ili hemijskim umrežavanjem.

Vodorastvorni premazi imaju nizak sadržaj čvrste supstance (30 do 40 %).

Vodorazredivi disperzioni sistemi

Vodorazredivi disperzioni sistemi čine značajan procenat industrije boja i lakova (oko 45 %). Ovi sistemi predstavljaju polimerne čestice dispergovane u tečnoj fazi (vodi). U zavisnosti od finoće čestica mogu biti fino dispergovani (0,1 do 0,3 m), srednje dispergovani (0,3 do 2 m) ili krupno dispergovani (2 -5 m). Vodorazredivi disperzioni sistemi se proizvode emulzionom polimerizacijom (kapljice monomera se polimerizuju u vodi koja sadrži surfaktante i zaštitne koloide). Veličina i distribucija dispergovanih koloidnih čestica se može kontrolisati brzinom mešanja i izborom zaštitnog koloida (uloga mu je da spreči spajanje malih polimernih sfera nastalih tokom polimerizacije). Kao sredstvo za sprečavanje spajanja polimernih čestica koriste se polivinil-alkohol i celulozni etri. Kao emulgatori mogu se koristiti anjonski i katjonski surfaktanti.

Najvažniji polimeri koji se koriste kao vodene disperzije su:

Vinilacetatni kopolimeri (kopolimeri sa dibutilmaleatom ili sa vinilestrima versatične kiseline (račvaste karbonske kiseline dobivene Koch-ovom sintezom) koriste se za bojenje zidova (disperzije Jupol, Vitekol i dr.)

Akrilatni-metakrilatni kopolimeri koriste se za enterijer i eksterijer

Stiren akrilatni kopolimeri pretežno se koriste za eksterijerne boje sa visokom vrednošću pigment zapreminske koncentracije

Premazi u prahu

Premazi u prahu dobijaju se tako što se čvrsto vezivo (epoksi, poliuretanska smola, akrilno-poliestarska smola) spraši i pomeša sa pigmentom, katalizatorom, očvršćivačem i aditivima. Nakon toga smeša se ubacuje u ekstruder gde se topi i homogenizuje na temperaturi iznad temperature omekšavanja veziva ali ispod temperature aktivacije katalizatora (ili temperature umrežavanja). Dobivena pasta iz ekstrudera se izliva u film debljine 2-3 mm i transportuje preko beskrajne trake, koja se hladi, do mlina sa valjcima gde se sitni u čipsove. Oni se dalje sitne u mlinovima sa kuglama ili u nekim drugim mlinovima. Nakon toga se prah klasifikuje po veličini čestica i pakuje. Krupnije čestice se vraćaju nazad na mlevenje.

Najvažniji sistemi smola za premaze u prahu

Najveći potrošać premaza u prahu je građevinska industrija za spoljašnju i unutrašnju upotrebu. U unutrašnjem enterijeru premazi u prahu se koriste za farbanje pregradnih zidova, ramova za prozore i vrata i radijatore. Glavna prednost premaza u prahu u građevinskoj industriji je otpornost filma na udar. Primena premaza u prahu je naročito značajna za automatizaciju procesa zaštite. Pored toga premazi u prahu nalaze značajnu primenu u industriji aparata za domaćinstvo, kao i u automobilskoj industriji za zaštitu podstroja.

Premazi u prahu se nanose na materijal ili pomoću sprej pištolja ili u rezervoarima sa fluidizovanim slojem. Sprej pištolj je povezan sa rezervoarom u kome se meša prah sa vazduhom. U mlaznici se nalazi elektroda koja ima zadatak da naelektriše čestice praha negativno. Tako naelektrisane čestice padaju na hladan ili prethodno zagrejan metal. Na hladnom materijalu čestice se vezuju elektrostatički dok se na prethodno zagrejanom vezuju fuzijom. Nakon nanošenja predmeti se zagrevaju u peći kako bi došlo do očvršćavanja i homogenizacije sloja.

Nanošenje premaza u prahu u fluidizovanom sloju daje gušći sloj nego elektrostatičko prskanje. Predmet se pregreje na 200 do 400 °C i uroni u kabinu (1 do 10 s) u kojoj se nalazi fluidizovan premaz u prahu (40 do 200 m). Višak praha se uklanja vibracijom, sušenjem ili treskanjem. Predmet se nakon toga može ponovo zagrejati u peći. Kapaciteti kabina se kreću od nekoliko grama do nekoliko tona premaza u prahu.

Aditivi u premazimaAntipenušavci se dodaju premazima da bi sprečili stvaranje pene u toku izrade premaza i naročito u primeni premaza. Pena je fino raspoređeni gas u tečnosti. Antipenušavci su tečne supstance sa niskim površinskim naponom koje se ne rastvaraju u medijumu. Za vodorazredive disperzije (emulziona polimerizacija) koriste se parafinska ulja i hidrofobna silikonska ulja. Silikoni su glavni antipenušavci u sistemima sa rastvaračima. Promenom strukture silikona (alkil lanci ili etarski lanci) podešavaju se osobine za određene rastvarače.

U toku dispergovanja pigmenta u smoli cilj je zameniti supstance adsorbovane na površini pigmenta i unutar aglomerata sa smolom.

Kompletno kvašenje pigmenta (primarnih čestica) poboljšava tehničke karakteristike tečnog premaza. Da bi se poboljšalo kvašenje dodaju se aditivi za dispergovanje koji se adsorbuju na površini pigmenta olakšavajući interfacijalne interakcije tečnost/čvrsto i zamenjuju interakcije vazduh/čvrsto ovim interakcijama.

Dodatkom disperzionih sredstava sprečava se flokulacija odnosno stvaranja aglomerata pigmenta koja se često javlja kao posledica nedovoljnog kvašenja.

Stabilizacija disperzije može se zasnivati na elektrostatičkoj stabilizaciji koja se dešava kada jednaka naelektrisanja na površini pigmenta dođu u kontakt jedno sa drugim što prouzrokuje odbijanje. sternoj stabilizaciji kada se pigment potpuno okruži polimerom što onemogućava kontakt između čestica. Jake interakcije između polimera i rastvarača sprečavaju približavanje ovih čestica

Kao disperzanti mogu se koristiti polimeri koji moraju imati dve komponente deo koji formira interakcije sa pigmentom (sidro) i deo koji formira interakcije sa rastvaračem. Moguće su različite strukture polimernih disperzanata.

Mehanizmi vezivanja polimera za čestice pigmenta

Ovaj slučaj je karakterističan za neorganske pigmente čija površina uglavnom nosi heterogeno naelektrisanje. Polimerni lanci koji sadrže amino- , amonijum- i kvaternerne amonijum-grupe, zatim karboksilne, sulfonske i druge jonizovane grupe zahvaljujući niskoj dielektričnoj konstanti rastvarača koji se koriste mogu okružiti čestice pigmenta i na taj način olakšati kvašenje pigmenta.

Organski pigmenti najčeće nemaju naelektrisanja na svojoj površini ali mogu imati grupe koje mogu graditi vodonične veze (estri, ketoni i dr.). Poliamini i polioli mogu ostvarivati vodonične veze kao akceptori ili donori dok polietri mogu ostvarivati veze kao akceptori.

Poliuretani mogu ostvarivati slabe interakcije sa pigmentom preko polarizovanih veza. Ove veze su znatno slabije od pretodnih međutim prisustvo dovoljno velikog broja grupa omogučava okruživanje pigmenta.

Alternativa polimernim disperzantima su surfaktanti, površinski aktivna jedinjenja.

Površinski aditiviMnogi površinski defekti kod nanošenja premaza mogu se objasniti problemima u razlici između površinskog napona supstrata na koji se nanosi premaz i samog premaza. Ovo može rezultovati stvaranjem kratera, pojavom takozvane narandžine kore i dr. Ovakvi problemi se mogu javiti i usled problema da se površinski napon menja prilikom isparavanja rastvarača. Dodatak silikonskih aditiva (metilalkilpolisiloksana) snižava površinski napon premaza i na taj način smanjuje razliku između površinskih napona premaza i supstrata. Metil-grupa znatno snižava površinski napon dok je kod alkil grupa to sniženje manje izraženo. Variranjem siloksana dobijaju se aditivi koji su potrebni za odgovarajući premaz.

Sušila (sikativi) i katalizatori

Sikativi se koriste u sistemima premaza koji suše na vazduhu procesom oksidacije. Oni ubrzavaju proces sušenja katalizujući autooksidaciju smole. To su uglavnom metalni sapuni monokarbonskih kiselina (C8 do C11).Koriste se kobalt i mangan oktoati ili naftenati kao površinska sušila i olovo, cink, kalcijum, barijum (kao sekundarna ili unutrašnja sušila. Sikativi mogu pruzrokovati stvaranje filma prilikom stajanja boje. Ovo se sprečava dodatkom oksima ili alkilfenola. Oni blokiraju dejstvo katalizatora u konzervi ali pažljivim podešavanjem koncentracije ne utiču na brzinu sušenja premaza. Za premaze koji očvršćavaju umrežavanjem takođe se koriste katalizatori koji su uglavnom na bazi kiselina (PTS i dr.). Pored toga koriste se katalizatori za ubrzavanje reakcija kod dvokomponentnih sistema.

Prezervativi

Premazi mogu biti podložni kontaminaciji mikroorganizmima. Da bi se to izbeglo dodaju se različiti biocidi, fungicidi i algacidi odnosno hemijska jedinjenja koja sprečavaju razvoj ovih mikroorganizama. Razlikujemo dva tipa zaštite. Prvi tip se odnosi na zaštitu premaza u konzervi koji sprečava kontaminaciju proizvoda pre primene i drugi tip koji podrazumeva zaštitu u filmu odnosno sprečava rast mikroorganizama na nanetom premazu. (zaštita drveta, perma white i dr.) Kao biocidi najčešće se koriste organoživina jedinjenja, hlorovani fenoli, i organokalajna jedinjenja mada se danas ova jedinjenja zamenjuju sa heterocikličnim jedinjenjima azota iz ekoloških razloga.

Reološki aditivi

U formulaciji premaza, kombinacija smole pigmenta i rastvarača ne pokazuju optimalno ponašanje. Iz tog razloga neophodan je dodatak reoloških aditiva koji sprečavaju curenje boje ili taloženje boje.

Viskozitet boje mora biti dovoljno nizak da obezbedi dobro razlivanje i pokrivanje ali ne previše nizak da ne bi došlo do curenja i taloženja pigmenta.

Najvažniji reološki aditivi su tzv. tiksotropna sredstva. Njihovo delovanje je bazirano na činjenici da oni formiraju trodimenzionalnu mrežu u premazu. Na taj način ova jedinjenja održavaju trodimenzionalnu strukturu i sprečavaju taloženje pigmenta. Nanošenjem premaza ova struktura se narušava što omogučava dobro razlivanje boje ali prestankom primene sile struktura se ponovo uspostavlja i na taj način se sprečava curenje boje.

Mehanizam kojim tiksotropna sredstva ostvaruju ovaj efekat može biti:

građenje vodonične veze

asocijativnost

i orijentacija u prostoru

Vodonična veza kao mehanizam je karakteristična za derivate celuloze (hidroksimetil, hidroksietil, etilhidroksietil i drugi derivati celuloze)

Asocijativni mehanizam zgušnjavanja je karakterističan za hidrofobno modifikovane celuloze. Kod ovog mehanizma hidrofobni delovi stvaraju asocijacije između lanaca i na taj način povećavaju viskozitet.

Orijentacija u prostoru je karakteristična za bentonite. To su gline presvućene po površini organskim materijama. Prilikom kvašenja dolazi do uređenja sistema koji se dispergovanjem razbija. Nakon toga čestice bentonita grade strukturu gela zahvaljujući vodoničnim vezama koje se grade između ivica molekula bentonita.

Najvažniji predstavnici tiksotropnih sredstava su:

asocijativni sintetski

HEUR – poliuretani koji se koriste za vodorazredive premaze za spoljnju upotrebu

HASE – hidrofobno modifikovane anjonske rastvorne emulzije

Neasocijativni sintetskiOva sredstva su poznata kao emulzije rastvorne u vodi u alkalnoj sredini (ASE) i formiraju jonske veze sa pigmentima i polimerima. To su uglavnom homopolimeri (meta)akrilne kiseline ili kopolimeri (meta)akrilne kiseline, (meta) akrilnih estara i maleinske kiseline. Koriste se za vodene premaze, strukturne vodene premaze i dr.

Derivati celuloze koji mogu biti i asocijativni (hidrofobno modifikovana celuloza kod koje su uvedene hidrofobne grupe na hidroksilne grupe) i neasocijativni (hidroksialkil celuloze i jonski modifikovana celuloza karboksimetil-celuloza ).

Organogline (bentoniti i hektoriti) zgušnjuju mehanizmom orijentacije u prostoru i koriste se kod sistema baziranih na organskim rastvaračima.

Pored ovih najzastupljenijih koriste se voskovi, karagenani i ksantani, aluminati i titanati i dr.

Stabilizatori uticaja svetlostiVisoko kvalitetni industrijski premazi su izloženi uticaju oksidacije i fotodegradacije pigmenta i polimera. Da bi se ovo sprečilo dodaju se stabilizatori. Industrijski su razvijene dve metode stabilizacije. kompetitivna UV absorpcija sa UV absorberima koji absorbuju UV zračenje u opsegu od 290 do 350 nm trapovanje nastalih slobodnih radikala nastalih degradacijom polimeraU prvom slučaju jedinjenja se ponašaju kao filter koji absorbuje UV zrake i ne propušta ih do osnovnog premaza štiteći na taj način i polimer i pigment od uticaja UV zrakaU drugom slučaju zaštićeni amini koji ne absoprbuju UV zrake trapuju radikale koji nastanu i sprećavaju dalju lančanu radikalsku reakciju

Na slici su prikazani predstavnici najvažnijih UV absorbera među kojima su najšire primenjivani benzotriazoli.

Na slici su prikazani najvažnija jedinjenja koja se koriste za trapovanje slobodnih radikala kao i njihov mehanizam trapovanja. Najvažnija faza je formiranje nitroksil-radikala koji je odgovoran za trapovanje peroksi-radikala.

Inhibitori korozije mogu biti antikorozivni pigmenti (minijum Pb3O4, cink-molibdat, cink-fosfat, cink-hromat i dr.) ili supstance rastvorne u rastvaraču (natrijum-nitrit i natrijum-benzoat za vodorastvorne sisteme, derivati tanina, benzimidazoli i kompleksirajući agensi za sisteme sa rastvaračima).