Alkyd

Struktur av en idealisert alkydharpiks avledet fra glyserol og ftalsyreanhydrid

Et alkyd er et polyester modifisert ved tilsetning av fettsyrer og andre komponenter. De er avledet fra polyoler og en dikarboksylsyre eller karboksylsyreanhydrid. Begrepet alkyd er en modifikasjon av det opprinnelige navnet «alcid», som gjenspeiler det faktum at de er avledet fra alkohol og organiske syrer. Inkluderingen av fettsyren gir en tendens til å danne et fleksibelt belegg. Alkyds brukes i maling og i støpeformer. De er den dominerende harpiks eller «bindemiddel» i de fleste kommersielle "oljebaserte" belegg. Cirka 200 000 tonn alkydharpikser produseres hvert år. De opprinnelige alkydene var forbindelser av glyserol og ftalsyre solgt under navnet Glyptal. Disse ble solgt som erstatning for de mørkere Copal-harpikser, og dermed ble alkydlakker som var mye blekere i fargen. Fra disse ble alkydene vi kjenner i dag utviklet.

Produksjon

Det er to typer alkydharpikser, tørkende (inkludert halvtørking) og ikke-tørkende. Begge typer produseres typisk fra dikarboksylsyrer eller anhydrider, så som ftalsyreanhydrid eller maleinsyreanhydrid, og polyoler, så som trimetylolpropan, glyserin eller pentaerytritol. Alkyd brukes også i gjenstander som harpiks og maling.

For «tørkende» harpikser er triglyserider avledet fra polyumettede fettsyrer (ofte avledet fra plante- og vegetabilske oljer, f.eks linolje). Disse tørkende alkydene herdes i luft. Tørkehastigheten og arten av beleggene avhenger av mengden og typen tørkeolje som brukes (mer flerumettet olje betyr raskere reaksjon i luft) og bruk av metallsalter, de såkalte oljetørkemidlene. Dette er metallkomplekser som katalyserer tverrbinding av de umettede stedene.

Alkyd-belegg produseres i to prosesser; fettsyreprosessen og alkoholyse- eller monoglyceridprosessen. Høyere kvalitet, høyere ytelse alkyder produseres i fettsyreprosessen hvor sammensetningen av den resulterende harpiks kan kontrolleres mer presist. I denne prosessen blir et syreanhydrid, en polyol og en umettet fettsyre kombinert og kokt sammen til produktet har oppnådd et forutbestemt viskositetsnivå. Penta alkyder er laget på denne måten. Mer økonomiske alkydharpikser produseres fra alkoholyse- eller glyseridprosessen, hvor sluttproduktets kvalitetskontroll ikke er så viktig. I denne prosessen kombineres rå vegetabilsk olje med mye umettet komponent med ytterligere polyol og oppvarmes for å forårsake transesterifisering av triglyseridene til en blanding av mono- og diglyseridoljer. Til denne resulterende blanding tilsettes syreanhydrid for å bygge molekylvekten til harpiksen til omtrent det samme produkt som i fettsyreprosessen. Alkoholiseringsprosessen (også kjent som glyseridprosessen) gir imidlertid en mer tilfeldig orientert struktur. For å fjerne vannet som ble produsert som et biprodukt og for å øke reaksjonshastigheten, ble overskudd av ftalsyreanhydrid tilsatt. Vann blir således fjernet med den ureagerte syren ved å varme opp massen til en temperatur som er nødvendig for å gjøre dette. Det betydde at reaksjonen ikke var så kontrollerbar som ønsket. En ny prosess ble introdusert der Xylen ble tilsatt for å produsere en azeotrop med vannet. Dette ga større kontroll ved en lavere temperatur; det produserte også harpikser med lavere viskositet, nyttig for å lage maling med høyt tørrstoff. Prosessen ble kjent som AZO-prosessen. I begge tilfeller er det resulterende produktet en polyesterharpiks som hengende tørkeoljegrupper er festet til. Ved avslutningen av hver prosess blir harpiksen renset, fortynnet i løsemiddel og solgt til malings- og lakkprodusenter.

Metallstøping

Alkyd- eller olje-uretanbindemidler brukes i metallstøping for å lage sandbaserte former. Alkydharpiksen blandes med et polymert isocyanat og en metalltørker, som fremskynder reaksjonen. I motsetning til andre ikke-bakte formteknologier gir prosessen ingen giftig røyk, men formene trenger lenger herding.

Beleggtyper

Alkyd-belegg selges vanligvis i tre klasser: lang, middels og kort. Disse begrepene representerer oljelengden i harpiksen. Alkyds er også modifisert med fenolharpiks, styren, vinyltoluen, akrylmonomerer (for å få dem til å tørke raskere) og polyuretaner. Uretanalkyder fremstilles ved å reagere OH-gruppene som er igjen på alkyden med NCO-grupper fra et isocyanat. Ved å tilsette visse modifiserende harpikser er det mulig å produsere tiksotrope alkyder for dekorativ bruk. De siste alkydene er A/D-harpikser med korte oljer der oljelengden forkortes ved kjedestopp med benzosyre og nå para-tert-butylbenzoesyre (Alkydal M 48), disse har en bedre kontrollert molekylvektfordeling og bedre holdbarhet. Alkyd for dekorativ bruk har ekstra olje tilberedt for å forlenge dem og gjøre dem mer holdbare. Kortoljeharpikser som brukes i komfyremaljer er laget av ikke-tørkende mettede oljer eller fettsyrer. Disse har vanligvis mye høyere hydroksyl- og syreverdier for å kunne reagere med hydroksylgruppene i aminoharpiksen. Disse blandingene stabiliseres vanligvis med aminer for å forhindre gelering ved lagring.

Fordi hovedkomponentene i et alkydbelegg, dvs. fettsyrer og triglyseridoljer, kommer fra fornybare ressurser til lave kostnader, har dette holdt kostnadene ved alkydbelegg veldig lave, til tross for de stadig økende kostnadene for petroleum, som er det dominerende råmaterialet, kilde til de fleste andre belegg som vinyl, akryl, epoksyer og polyuretaner. Typiske kilder til tørking av oljer for alkydbelegg er tungolje, linolje, solsikkeolje, saflorolje, valnøttolje, soyaolje, fiskeolje, maisolje, DCO (laget av dehydrering av lakserolje, som skaper en halvtørking, konjugert, olje / fettsyre), og tallolje. Ikke-tørkende / mykgjørende harpikser er laget av lakser, palme, kokosnøttoljer og kardura (et syntetisk fett, versatinsyre). Dehydrert ricinusolje var på en gang den eneste oljen som fikk brukes i harpiksfremstilling i India; ingen spiselige oljer fikk brukes.