INDUSTRIJA

1
INDUSTRIJA BOJA I LAKOVA
2
(No Transcript)
3
Pecina Altamira u Španiji slike nastale pre 18
500 godina pigmenti - oksidi gvožda i mangana,
drveni ugalj, kreda veziva - belance, voda,
koštana srž
4
lapis lazuli
tirkiz (CuAl6(PO4)4(OH)84H2O
5
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
kolicine alkalije na temperaturi od 800 do 1000
0C nekoliko sati. Prvi veštacki pigment.
6
mader crveno - prvi reaktivni pigment koji se
taložio na neorganskom materijalu i fiksirao
gradeci nerastvorno jedinjenje
Rubia tinctorum - broc
7
Boje ili premazi su tecnosti, paste ili cvrste
supstance koje se nanose na površinu razlicitim
metodama u slojevima date debljine. One formiraju
film na površini substrata. Formiranje filma
može biti fizicko ili hemijsko. Fizicko
formiranje filma iz tecnih premaza je poznato kao
sušenje dok za premaze u prahu film se formira
topljenjem. Sušenje je uvek praceno isparavanjem
rastvaraca ili vode. Fizicko formiranje filma je
moguce ukoliko su komponente koje ostaju na
substratu cvrste i nelepljive. Hemijsko
formiranje filma je neophodno ukoliko su
komponente premaza lepljive, tecne ili u obliku
paste. Konverzija ovih komponenti u cvrsti 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.
8
Osnovne komponente boja i lakova Komponente boja
i lakova se mogu podeliti na isparljive i
neisparljive. Isparljive komponente su organski
rastvaraci, voda i koalescirajuci agensi (agensi
koji omogucavaju spajanje). Neisparljive
komponente su veziva, smole, plastifikatori,
boje, pigmenti, punioci i aditivi. U nekim
tipovima veziva hemijsko ocvršcavanje može voditi
stvaranju kondenzacionih proizvoda kao što su
voda, alkoholi, aldehidi i dr. koji se oslobadaju
u atmosferu te se mogu svrstati u grupu
isparljivih komponenti. Treba napomenuti da ne
moraju uvek biti prisutne sve ove komponente
(boje bez rastvaraca, lakovi ne sadrže pigmente).
9
Videnje boje se zasniva na fizickim, hemijskim,
fiziološkim i psihološkim procesima. Deo
elektro-magnetnog spektra vidljiv za coveka je
izmedu 400 i 700 nm.
10
Svetlost može biti absorbovana potpuno, delimicno
ili nimalo pri prolasku kroz gasove, tecnosti ili
cvrsta tela. Neabsorbovana svetlost se reflektuje
sa površine materijala ili može prolaziti kroz
materijal ako je rec o transparentnom materijalu.
Ukoliko se vidljivi elektromagnetni zraci sa
distribucijom energije koja odgovara suncevoj
svetlosti u potpunosti reflektuju sa površine
cvrste supstance ljudsko oko je registruje kao
belu. Ukoliko se svetlost u potpunosti absorbuje
telo ce za ljudsko oko biti crno. Ukoliko telo
absorbuje konstantnu frakciju svetlosti u celom
opsegu talasnih dužina telo ce biti sivo. Ove tri
boje se nazivaju ahromatske boje.
11
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
razlicito obojena. Tela koja imaju dva
absorpciona maksimuma (npr izmedu 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).
12
(No Transcript)
13
Objekat se javlja kao obojen zato što se sa njega
reflektuje svetlost tacno odredene talasne
dužine. Sve ostale talasne dužine objekat
absorbuje. Plavi objekat absorbuje crvenu,
narandžastu, žutu, zelenu i ljubicastu a
reflektuje samo plavu svetlost.
14
Svetlost može dopreti kao reflektovana ili
propuštena na retinu oka. Svetlost talasnih
dužina od 400 do 700 nm inicira fotohemijsku
reakciju pracenu 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.
15
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 izmedu svetle (L100) i tamne (L0). A
predstavlja razliku izmedu zelene (-a) i crvene
(a), a b predstavlja razliku izmedu žute (b)
i plave (-b). Korišcenjem ove metode svaka boja
se može postaviti na tacno odredeno mesto u
kordinatnom sistemu. Odstupanja od vrednosti se
izražavaju kao delta L, a, b.
16
(No Transcript)
17
Pigmenti, boje i punioci Pigmenti su organski ili
neorganski materijali obojeni, beli ili crni
koji su nerastvorni u medijumu u kome se
disperguju. To su odvojene cestice koje daju
neprovidnost i boju materijalu u kome su
dispergovani. Najmanja jedinica pigmenta naziva
se cestica. Struktura i oblik cestice zavise od
kristalnosti pigmenta. U postupku dobijanja
pigmenta cestice grade aglomerate. U toku
dispergovanja pigmenta u polimeru neophodno je
dobro uribavanje pigmenta da bi se razorili
aglomerati i pigment dispergovao ravnomerno u
polimeru.
18
Boje rastvorne u polimerima su obojena jedinjenja
koja se rastvaraju u medijumu u kome se
disperguju. Ovo znaci da nema vidljivih cestica i
da se ne menja transparentnost medijuma.
19
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
povecaju zapreminu, postignu odredene tehnicke i
opticke osobine. Pigmenti, boje i punioci se
ugraduju u veziva da bi se dobili dekorativni
(boja, sjaj, mat efekat) ili funkcionalni
(zaštita od korozije) efekti. Radi postizanja
ovih efekata neophodna je uniformnost cestica i
dodavanje tacno odredenih kolicina ovih
komponenti.
20
Boja pigmenta zavisi prvenstveno od njegove
strukture. Boja se odreduje selektivnom
adsorpcijom i refleksijom svetlosti razlicitih
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 svetlošcu natrijumove
lampe on ce delovati crno pošto ova svetlost nema
plavu boju u svom spektru.
21
Fluorescentni pigmenti pored toga što imaju
visoku refleksiju u odredenom 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.
22
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 veca
sposobnost bojenja to nam je potrebna manja
kolicina 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 nacin se pripremi uzorak
za uporedivanje (koristeci samo pigment).
Dobivene paste se nanesu na staklenu plocu ispod
koje se nalazi beli papir. Što je manja promena
boje u odnosu na uzorak sa kojim se uporeduje to
je jaca sposobnost bojenja.
23
(No Transcript)
24
Kod organskih pigmenata sposobnost bojenja zavisi
od stepena konjugacije u molekulu. Visoko
konjugovani, kao i molekuli sa velikim brojem
aromaticnih jezgara pokazuju visoku sposobnost
bojenja. Kod neorganskih obojenih pigmenata vecu
sposobnost bojenja pokazuju pigmenti kod kojih se
metal nalazi u dva oksidaciona stanja dok oni kod
kojih je katjon ugraden u kristalnu rešetku
imaju manju sposobnost bojenja. Sposobnost
bojenja se može povecati granulacijom pigmenta
odnosno manje cestice daju vecu sposobnost
bojenja.
25
Na povišenim temperaturama organski pigmenti
postaju rastvorljiviji i može doci do promene
nijanse premaza. Primera radi samo razlika od 10
C u temperaturi pecenja premaza može u
potpunosti iskljuciti primenu nekog pigmenta.
Pored toga kritican 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
doci do modifikacije kristalne strukture na
povišenoj temperaturi. Pigmenti sa izraženom
kristalnom strukturom su obicno znatno otporniji
na temperaturu dok oni sa polimorfnom strukturom
mogu menjati kristalne modifikacije prilikom
zagrevanja. Pored toga može doci i do promena
strukture (žuti gvožde-oksid gubi vodu prilikom
zagrevanja). U zavisnosti od nacina ocvršcavanja
biraju se pigmenti koji su stabilni na
temperaturi ocvršcavanja.
26
Postojanost prema svetlu je takode osobina
pigmenata koja se posmatra u celom sistemu. Naime
veziva pokazuju razlicit stepen zaštite pigmenata
od uticaja svetla. Pored toga prisustvo drugih
pigmenata takode može uticati na postojanost
pigmenata prema svetlu. Titandioksid katalizuje
fotodegradaciju organskih pigmenata dok gvožde
oksid koji se ponaša kao adsorber UV zraka
poboljšava stabilnost pigmenata prema svetlu.
Efekat gvožde-oksida se naziva sinergisticki
efekat dok se efekat titandioksida naziva
antagonisticki efekat. Neki neorganski pigmenti
su neosetljivi na svetlost dok se vecina
neorganskih i svi organski menjaju pod dejstvom
svetlosti (tamne ili menjaju nijansu).
Osetljivost na svetlost zavisi od hemijskog
sastava, distribucije velicine cestica i
koncentracije pigmenta. Pored toga na postojanost
prema svetlu uticu i prisustvo vlage i hemikalija
u atmosferi ili u sistemu za bojenje.
27
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 cesto 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 slucaj kada se organski pigment
rastvara u rastvaracu. Prilikom sušenja rastvarac
izlazi na površinu i isparava pri cemu 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 slican kao kod cvetanja.
28
(No Transcript)
29
Krvarenje se javlja kada se pigment iz osušenog
sloja premaza rastvara u rastvaracu u novom
sloju premaza koji se nanosi preko originalnog
filma.
30
Rekristalizacija je fenomen koji se javlja sa
uvodenjem mlinova sa perlama (permlinovi). U toku
mlevenja se oslobada toplota koja rastvara deo
pigmenta. Nakon odredenog vremena pigment pocinje
da kristališe pri cemu gubi sjaj i moc bojenja.
Ovo se posebno javlja kod sistema sa dva
razlicito obojena pigmenta koji imaju razicitu
rastvorljivost. Ovaj fenomen se izbegava
upotrebom manje rastvorljivih pigmenata ili
kontrolom temperature prilikom mlevenja.
31
Moc 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.
Kljucni faktor u neprozirnosti filma je indeks
refrakcije pigmenata koji pokazuje merilo
sposobnosti supstance da "savija svetlost
odnosno da menja pravac kretanja svetlosti. Medu
belim pigmentima najveci indeks refrakcije ima
titandioksid što ga cini najboljim belim
pigmentom.
32
Medium RI vazduh 1.0 voda
1.33 Pigment / Filler RI Kalcijum-karb
onat 1.58 Cajna clay 1.56 Talk
(magnezijum silicate) 1.55 Barit (barijum
sulfat) 1.64 Lithopone 30 (zinc
sulfid/barijum sulfat) 1.84 Zink oksid
2.01 Zink sulfid 2.37 Titandioksid An
atase 2.55 Rutile 2.76
33
Neorganski pigmenti po pravilu imaju veci indeks
refrakcije te su stoga nepropusni dok organski
pigmenti imaju manje vrednosti pa uglavnom grade
transparentne premaze. Distribucija velicine
cestica pigmenta je takode bitan faktor koji
utice na pokrivnost premaza. Sa povecanjem
velicine cestica do odredene vrednosti raste
sposobnost rasipanja svetlosti. Nakon toga porast
velicine cestica uzrokuje smanjenje rasipanja
svetlosti. S obzirom da je sposobnost rasipanja
svetlosti u direktnoj korelaciji sa pokrivnošcu
uspostavlja se i korelacija pokrivnosti sa
raspodelom velicina cestica.
34
Transparentnost se može postici redukcijom
velicine cestica. Transparentnost se može
poboljšati dobrim dispergovanjem pigmenta pošto
se u ovom postupku razbijaju aglomerati i može se
dostici originalna velicina cestica. U praksi
ovo je od znacaja za premaze za drvo kada je
potrebno da se vidi tekstura materijala na koji
se nanosi premaz.
35
Pigmenti po svojoj strukturi mogu biti kristalne
(uredene) ili amorfne (neuredeni raspored atoma)
supstance. Takode je moguce da se materijal
javlja u više kristalnih struktura (polimorfne
strukture). Boja zavisi od kristalnih struktura.
Primarne cestice pigmenata se sastoje od
jedinicnih cestica. Što su manje cestice veca je
njihova površinska energija i stoga je veca
verovatnoca da ce doci do grudvanja prilikom
rada. Iz prakticnih razloga manipulacije pigmenti
se isporucuju u formi agregata ili aglomerata.
Agregati se medusobno povezuju preko granica
kristala u toku proizvodnje. Oni se znatno teže
razgraduju pa je potrebno sintezu pigmenata
voditi tako da ne dode do njihovog stvaranja.
Aglomerati su grozdovi primarnih cestica koji se
mogu razoriti u procesu dispergovanja.
36
(No Transcript)
37
Nakon dispergovanja moguce je da dode do
reaglomeracije cestica pigmenta u flokule. Ovo je
moguce usled suviše brzog razblaživanja ili usled
dodavanja nekompatabilne supstance. Flokulacija
rezultuje gubitkom moci bojenja.. Manje cestice
su znatno podložnije flokulaciji tako da najveci
rizik postoji kod ftalocijaninskih i dioksazin
ljubicastog pigmenta kao i kod crnog
ugljenika. Velicina cestica predstavlja prosecan
precnik cestica pigmenta. Tipicni 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.
38
Specificna površina cestica je ukupna površina 1
g pigmenta izražena u m2. Vrednost za organske
pigmente je izmedu 10 i 130 m2. Ova vrednost je
usko povezana sa kolicinom veziva koja je
potrebna za vezivanje pigmenta. Vece cestice
imaju manju površinu i stoga je za njih potrebno
manje veziva. Vrednost koja se odreduje za
pigmente je i upijanje ulja. To je kolicina
lanenog ulja u gramima koja je potrebna da
nakvasi 100 grama pigmenta. Ova vrednost zavisi
od fizicke prirode pigmenta i velicine cestica.
39

• Kolicina pigmenta koja ce se dodati u premaz
  odreduje se u zavisnosti od
• Intenziteta i moci bojenja
• Željene nepropusnosti
• Željenog sjaja
• Specificirane rezistentnosti i trajanja
• Za pigmente se definiše PVC-pigment zapreminska
  koncentracija. PVC se matematicki izracunava kao
  kolicnik zapremine pigmenta i zbira zapremine
  pigmenta i zapremine smole.
• PVC Vp/ (Vp Vs)
• Pored ove vrednosti bitna je vrednoct CPVC
  odnosno kriticne zapremine pigmenta. CPVC je
  zapreminska koncentracija pigmenta na kojoj ima
  taman toliko smole da se popune sve šupljine
  izmedu cestica pigmenta u suvom filmu.

40
Odnos PVC i CPVC utice na primenske
karakteristike premaza. Premazi kod kojih je PVC
manji od CPVC imaju višak smole i cestice
pigmenta su odvojene smolom. Ovakvi premazi se
odlikuju odsustvom vazduha, visokim sjajem,
niskom poroznošcu, fleksibilnošcu, rezistencijom
prema abraziji i otpornošcu prema spoljnim
uticajima. Premazi kod kojih je PVC veci od CPVC
se odlikuju prisustvom vazduha u suvom filmu,
vecom poroznošcu, niskim sjajem i lošom
fleksibilnošcu i otpornošcu prema atmosferijama.
CPVC se može izracunati ako je poznata vrednost
za upijanje ulja CPVC 1/ (1 OAv) gde je OAv
zapremina lanenog ulja/zapreminu pigmenta
41
(No Transcript)
42
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
43
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. Obicno su jednokomponentne cestice sa
definisanom kristalnom strukturom. Medutim
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 gvožde
plavog). Nedostatak ovih pigmenata je što može
doci do odvajanja prilikom upotrebe. U slucaju
substratnih pigmenata jedna od komponenata se
taloži na substratu vlažnim postupkom a nakon
toga formira cvrste veze u postupku sušenja ili
kalcinacije. Ove veze sprecavaju odvajanje
prilikom upotrebe.
44
Organski pigmenti se po svojoj hemijskoj
strukturi mogu podeliti na azo-pigmente i
policiklicne pigmente (antrahinonski,
hinakridonski, izoindolinski i perilenski). Azo
pigmenti cine vecu grupu zbog svoje lake sinteze
i ekonomske opravdanosti. Obe grupe pigmenata se
mogu dalje podeliti u veci broj manjih podgrupa u
zavisnosti od strukture i primene.
45
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 sinteticki 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 gvožda, i ruda se
obogacuje titandioksidom i nastaje leukoksen.
Redukcijom gvožda iz ilmenita u elektricnim
pecima sa antracitom nastaje titanijumska zgura
koja je obogacena sa titandioksidom.
46
Titandioksid za potrebe industrije boja se dobija
na dva nacina. 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 precišcavanja. Nakon
precišcavanja 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
cvrstih hlorida. Dobiveni tetrahlorid se sagoreva
na 900 do 1400 C pri cemu nastaje TiO2. Ovaj
ekstremno cist TiO2 se dalje tretira zavisno od
svrhe primene.
47
Titan dioksid poseduje sve osobine idealnog belog
pigmenta (jasnocu boje, visoku rezistentnost
prema dejstvu hemikalija, organskih rastvaraca i
toplote kao i visoki indeks refrakcije).
Nedostatak mu je fotoreaktivnost cime povecava
osetljivost na svetlost neorganskih pigmenata i
skoro svih organskih pigmenata. Zbog svoje cene
delimicno se zamenjuje sa jeftinijim pigmentima
ili puniocima.
48
Pre uvodenja TiO2 kao pigmenta veliki znacaj je
imao ZnS kao beli pigment. ZnS se retko koristio
cist vec 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 tvrdocu. 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 kolicina ZnSO4 i
BaS ZnSO4 BaS ZnS BaSO4
Variranjem odnosa ove dve komponente moguce je
dobiti litopon razlicitog sastava ZnSO4 3 ZnCl2
4 BaS 4 ZnS BaSO4 3 BaCl2
49
Litopon se koristi u premazima sa visokim
sadržajem pigmenta. Njegova dobra osobina je što
zahteva malu kolicinu smole. Pogodan je za skoro
sve sisteme smola i lako se disperguje dajuci
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
50
Crni pigmenti Najvažniji crni pigment u
industriji premaza je crni ugljenik (carbon
black), odnosno cad. 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
nacina stariji postupak kanal gasni postupak
sagorevanja gasa u atmosferi deficitarnoj sa
kiseonikom postupak koji je danas više
zastupljen sagorevanjem nafte u pecima u
ogranicenoj kolicini vazduha Cad je relativno
jeftin pigment mada u zavisnosti od zahteva može
imati i znatno višu cenu.
51
Upotreba cadi kao pigmenta skopcana je sa
odredenim 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 nacin se menjaju
osobine premaza. Ovo se može prevazici dodatkom
sušila u višku. Flokulacija nakon
dispergovanja cestice ugljenika pokazuju
tendenciju ka flokulaciji stoga se mora voditi
racuna da se nakon dispergovanja dodaje vrlo mala
kolicina za razblaživanje premaza. Dispergovanje
je otežano zbog vrlo malih cestica koje imaju
veliku površinu. Ovo se može olakšati dodatkom
karbonskih kiselina (sredstva za
dispergovanje)koje potpomažu kvašenje
cestica Viskozitet premaza cestice ugljenika
pokazuju tendenciju ka gradenju grozdova koji se
drže medusobno silama koje se krecu od slabih
fizickih do hemijskih veza. Gradenje ovih
agregata može uticati na viskozitet boje
52
Pored cadi znacajan crni pigment je i crni gvožde
oksid (magnetit). Iako se nalazi u prirodi kao
mineral u industriji se koristi uglavnom
sintetski pigment. Sintetski pigment se dobija
kontrolisanim taloženjem gvožde-hidroksida
alkalijama na 90 C uz provodenje vazduha. Spada
u grupu jeftinih pigmenata sa dobrim
karakteristikama.
53
Žuti pigmenti Medu žutim pigmentima od
neorganskih pigmenata znacajan je žuti oksid
gvožda FeO(OH) koji se javlja u prirodi kao
limonit. Ovaj pigment može se dobiti i sintetskim
putem. Medu organskim pigmentima razlikujemo
nekoliko strukturno razlicitih pigmenata.
Arilamidni pigmenti kod kojih R1 i R2 mogu biti
CH3 , OCH3 , OC2H5 , Cl, Br, NO2 se koriste zbog
svoje slabe rezistencije prema rastvaracima u
premazima gde se kao rastvarac koristi voda ili
benzin za lak (White spirit).
Hansa žuti pigmenti
54
(No Transcript)
55
Drugu grupu cine benzimidazolni pigmenti koji se
koriste za boje za automobile i premaze u prahu.
Ova grupa pokazuje znatno bolju rezistentnost
prema rastvaracima od prethodne grupe pigmenata
mada su znatno skuplji od monoazo pigmenata.
56
U automobilskoj industriji za izradu završnog
sloja koriste se i metalo kompleksni pigmenti.
Ovi pigmenti zahvaljujuci uvodenju metala u
organsko jedinjenje pokazuju izuzetno dobru
rezistentnost prema rastvaracima.
CI Pigment Yellow 153
57
Crveni pigmenti Medu crvenim neorganskim
pigmentima najznacajniji je gvožde oksid (FeO)
koji se u prirodi javlja kao mineral hematit mada
se može dobiti i sintetski dehidratacijom žutog
gvožde oksida. Pigment ima nisku cenu i
ekonomican je u upotrebi. Medu organskim
pigmentima znacajan 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
rastvaracima.
hematit
58
U završnim slojevima bojenja u automobilskoj
industriji koristi se i pigmenti sa
hinakridinskom i perilenskom strukturom. Medutim,
ovi pigmenti spadaju u grupu skupljih pigmenata.
59
Plavi pigmenti Medu neorganskim pigmentima plave
boje najznacajniji su berlinsko plavo
MFe3Fe2(CN)6 i ultramarin (Na7Al6Si6O24S3)
dobiven sintetskim putem. Ultramarin je ustvari
alumosilikat u ciju kristalnu rešetku se ugraduju
radikal anjoni S2 i S3 . Oba ova pigmenta se
ugraduju 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
preporucuje za premaze za spoljnu upotrebu koji
se suše na vazduhu.
60
Medu organskim pigmentima najznacajniji je bakar
-ftalocijanin koji je jedan od najjeftinijih
organskih pigmenata. Usled velike tendencije ka
flokulaciji ovaj pigment se obicno prevlaci
tretiranim (sulfonovanim) ftalocijaninom,
aluminijum-benzoatom ili na neki drugi nacin.
Ftalocijanin se dobija iz anhidrida ftalne
kiseline i uree.
61
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 cestica aluminijuma sa dodatkom
stearinske kiseline. Ovi pigmenti se mešaju sa
transparentnim obojenim pigmentima da bi se
dobila željena boja. Primenom cestica aluminijuma
vece granulacije dobija se polihromatski efekat
odnosno boja se razlikuje u zavisnosti od ugla
posmatranja.
62
(No Transcript)
63
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 sledeci sloj odakle
se ponovo jedan deo reflektuje a drugi deo
prolazi do sledeceg sloja. Ukoliko imamo slojeve
sa razlicitim indeksom refleksije dolazi do
interferencije relektovane svetlosti i na taj
nacin se dobija sedefasti efekat
64
(No Transcript)
65
Danas je najveci deo industrije pearlescentnih
pigmenata baziran na liskunu (miki) presvucenom
oksidima metala (TiO2 i Fe2O3). Ovi pigmenti se
obicno sastoje iz tri sloja oksid-mika-oksid.
Pored TiO2 koriste se i drugi obojeni metalni
oksidi.
.
66
(No Transcript)
67
Veziva (u industriji boja i lakova cešce se
koristi termin smole) su makromolekulska
jedinjenja sa molekulskim masama od 500 do 30
000. Da bi nagradili film u postupku ocvršcavanja
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 (najznacajniji 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, tvrdoca filma) kao i
osobine premaza pre upotrebe (viskozitet,
sposobnost dispergovanja pigmenta, rastvorljivost
u rastvaracu i dr.). U zavisnosti od
reaktivnosti prilikom umrežavanja sistemi veziva
mogu biti jednokomponentni ili dvokomponentni
(kada do umrežavanja dolazi reakcijom dva
polimera koji reaguju vec na sobnoj temperaturi).
68

• Alkidne smole cine jedan od najvažnijih segmenata
  industrije premaza. Glavni razlozi za to su
• njihova cena (cena sirovina i proizvodnje i
  njihova rastvorljivost u jeftinijim organskim
  rastvaracima)
• široki opseg primene i kompatibilnost sa ostalim
  smolama
• relativno laka modifikacija i tolerancija prema
  razlicitim supstratima
• Alkidne smole su racvasti 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 tvrdocu i trajnost nastalog filma.

69
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
kolicini od 0,01 do 0,03 . Alkoholiza se
odvija u atmosferi inertnog gasa kako bi se
sprecilo bojenje proizvoda. U toku reakcije
nastaje smeša obicno od 51 monoglicerida, 40
diglicerida , 4 triglicerida i 5 glicerina.
70
Dobivena smeša acilglicerola zatim ucestvuje 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, krace je procesno vreme, može se
birati poliol (kada se radi alkoholiza glavni
poliol je glicerol). Nedostatak postupka je
znatno viša cena sirovina i izdvajanje zasicenih
komponenti smeše masnih kiselina na nižim
temperaturama prilikom lagerovanja.
71
Nakon alkoholize sledi proces polikondenzacije.
Ovaj proces se može izvoditi na dva nacina
polimerizacijom u masi ili polimerizacijom u
rastvaracu. Polimerizacija u masi se izvodi
zagrevanjem reaktanata na temperaturi izmedu 180
i 260 C. Ispod ove temperature reakcija
esterifikacije je suviše spora dok iznad ove
temperature dolazi do neželjene polimerizacije
nezasicenih masnih kiselina. Da bi se sprecila
oksidacija vazduhom ova polimerizacija se izvodi
u struji inertnog gasa. Mnogo cešce se
primenjuje polimerizacija u rastvoru pri cemu se
kao rastvarac koristi najcešce ksilen. Reakcija
se izvodi na 200 do 240 C. Ksilen gradi azeotrop
sa vodom koja se nakon hladenja kao teža odvaja u
sistemu slicnom Dean Stark-ovom nastavku i na taj
nacin odvodi iz sistema. Rastvarac sprecava
dejstvo vazduha tako da u ovom slucaju nije
neophodan inertni gas.
72
(No Transcript)
73
Tok polimerizacije se prati promenom kiselinskog
broja smole (koji u toku polimerizacije u pocetku
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.
74
Klasifikacija alkidnih smola Na 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 izmedu 45 i 55 kratkouljne sadržaj ulja
manji od 45 Na osnovu tipa ulja koje se
ugraduje u alkidnu smolu (odnosno sadržaja
nezasicenih karbonskih kiselina u ulju) alikidne
smole se dele na sušive i polusušive (odnosno one
koji mogu ocvršcavati oksidacijom na vazduhu) i
nesušive (koji imaju nizak sadržaj nezasicenih
kiselina i ne mogu se oksidovati kiseonikom).
75
Najcešce korišcena ulja u sintezi alkidnih smola
su Sušiva Laneno ulje kod koga je 50 do 85
nezasicenih 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
76
Talovo ulje (nusproizvod u proizvodnji celuloze)
koje je po sastavu slicno smesi kolofonijuma i
lanenog ulja Nesušiva ulja Ricinusovo ulje koje
sadrži 90 ricinolne kiseline Kokosovo ulje kod
koga je sadržaj nezasicenih 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.
77
oleinska kiselina
linolna kiselina
linoleinska kiselina
ricinolna kiselina
78
Polioli kao sirovine u proizvodnji alkida
Zamena glicerola pentaeritrolom rezultuje tvrdim
filmom nakon ocvršcavanja. Medutim, prisustvo
veceg broja funkcionalnih grupa može rezultovati
umrežavanjem te se ono sprecava dodatkom
slobodnih masnih kiselina.
79
Polibazne kiseline
Osnovna sirovina je anhidrid ftalne kiseline.
Uvodenje izoftalne kiseline poboljšava tvrdocu
premaza i hemijsku rezistentnost premaza.
Trimelitni anhidrid se koristi kod premaza koji
se disperguju u vodi. Anhidrid maleinske kiseline
se dodaje u kolicini od 2 do 4 da bi poboljšao
rastvorljivost i radi uvodenja dvostruke veze
odnosno povecanja funkcionalnosti za umrežavanje.
80
Mehanizam gradenja filma Sušivi i polusušivi
alkidi Nezasicene veze u masnim kiselinama ne
reaguju u procesu polikondenzacije. Stoga ove
veze uticu na formiranje filma. Obzirom na veliku
molekulsku masu alkidnih polimera za njihovo
ocvršcavanje je potrebno formiranje nekoliko veza
izmedu lanaca. Veze se formiraju preko gradenja
hidroperoksida na alilnom ugljenikovom atomu
(koji se nalazi izmedu 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 najcešce naftenati ili oktoati) koji u
reakciji sa slobodnom karboksilnom grupom grade
radikal.
81
RCOOH Co2 Co3 RCO?
OH RCOOH Co3 Co2 RCOO?
H
Sikativi se dodaju u kolicini od oko 0,5 .
82
(No Transcript)
83
(No Transcript)
84
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 veci broj C-C veza i dobija
se film koji je rezistentniji prema hemijskim
agensima i time znatno trajniji u poredenju sa
sistemima sa C-O-O-C vezama.
85
Alkidi koji ocvršcavaju umrežavanjem najcešce
ocvršcavaju 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 gradeci etarsku vezu.
Pored toga hidroksimetil-grupa u aminskim i
fenolnim grupama može biti eterifikovana što ne
ometa gradenje 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 nezasicene kiseline u alkidu pored ovih
veza i one ucestvuju u gradenju veza oksidacijom.
86
(No Transcript)
87
Alkidi koji ocvršcavaju na ovaj nacin imaju manju
molekulsku masu od alkida koji ocvršcavaju
oksidacijom. Pored toga u toku proizvodnje mora
se voditi racuna o kiselinskom broju i
hidroksilnom broju alkida. Ocvršcavanje je
katalizovano kiselinom i u tu svrhu najcešce se
koristi para-toluensulfonska kiselina za temp. od
140 do 180 C. Ukoliko je potrebno izvesti
ocvršcavanje na nižoj temperaturi koriste se HCl
i H3PO4 kao katalizatori.
88
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.
89

• Znacajnu grupu veziva u industriji boja i lakova
  cine akrilne smole. To su kopolimeri estara
  akrilne i metakrilne kiseline. U njih se mogu
  ugradivati i manje kolicine 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 žucenju cak i nakon dugog izlaganja povišenoj
  temperaturi
• ne degradiraju se dejstvom UV zraka
• nemaju nestabilne dvostruke veze
• imaju visok sjaj i sposobnost da zadržavaju sjaj

90
Uvodenje akrilne i metakrilne kiseline u polimer
poboljšava adheziju premaza za metal. Uvodenje
stirena povecava tvrdocu, otpornost na vodu i
hemijsku otpornost ali smanjuje stabilnost prema
svetlu i zadržavanje sjaja. Alkoholni ostatak u
estarskom delu utice na tacku ostakljivanja
polimera koja utice na adheziju, ljuštenje sa
supstrata, pojavu naprslina i dr. Variranjem
odnosa metilmetakrilata i butilmetakrilata može
se podesiti Tg polimera. Viša vrednost tacke
ostakljivanja je takode vezana sa brzinom sušenja
polimera.
homopolimer ima Tg 105 C homopolimer ima
Tg -54 C
91
Molekulska masa polimera znatno utice 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 vece molekulske mase daju
znatno kvalitetnije premaze tako da se polimeri
male molekulske mase koriste u sistemima kod
kojih se ocvršcavanje odvija nakon umrežavanja i
na taj nacin nastaju polimeri velike molekulske
mase.
92

• Akrilne smole se dobijaju na dva nacina
• emulzionom polimerizacijom i
• polimerizacijom u rastvoru
• Emulziona polimerizacija je najvažniji nacin za
  dobijanje akrilnih smola. Reaktanti u ovom
  postupku su
• monomeri ciji se odnos podešava u skladu sa
  zahtevima proizvoda
• voda koja mora biti destilovana ili
  demineralizovana jer prisustvo elektrolita može
  da utice na stabilnost disperzije

93

• 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 najcešce se koriste vodorastvorna
  perokso jedinjenja (alkalni persulfati,
  amonijum-persulfat i vodonik peroksid) koji se
  dodaju u kolicini izmedu 0,5 i 1 u odnosu na
  monomer
• modifikatori koji se dodaju za regulaciju
  (smanjenje) molekulske mase polimera

94
voda, monomeri, emulgatori i modifikatori
inicijator
reaktor za mešanje
hladnjak
reaktor za polimerizaciju
rezervoar za gotovi proizvod
filteri
95
U slucajevima kada je potreban polimer manje
molekulske mase rastvoran u organskom rastvaracu
polimerizacija se izvodi u rastvoru. Kao
rastvarac se za akrilate dugolancanih alkohola
koriste aromatski rastvaraci dok se za
kratkolancane koriste estri i ketoni. Kao
inicijatori se koriste rastvorni peroksidi i azo
jedinjenja (benzoilperoksid, diterc-butilperoksid,
kumilperoksid, azobisizobutironitril i drugi).
Inicijatori se dodaju u kolicini od 0,01 do 2
. Konstrukcija postrojenja je ista kao kod
emulzione polimerizacije. Oslobodena toplota se
odvodi isparavanjem rastvaraca i njegovim
hladenjem.
96
Mehanizam stvaranja filma Akrilni premazi se
koriste kao disperzioni sistemi u vodi. Ovakvi
sistemi stvaraju film fizickim sušenjem gde
prilikom isparavanja rastvaraca dolazi do
formiranja agregata polimera koje je potpomognuto
dodatkom koalescirajucih agenasa (agenasa koji
omogucavaju spajanje polimera najcešce
polietilenglikoli koji deluju i kao
plastifikatori).
97
Akrilne smole mogu ocvršcavati i umrežavanjem.
Jedan od nacina je umrežavanje preko hidroksilne
grupe iz polimera sa melamin-formaldehidnim ili
urea-formaldehidnim smolama. Ovakvi akrilati
dobijaju se uvodenjem hidroksietil-metakrilata
ili butandiol-akrilata kao monomera u polimer.
Umrežavanje se postiže na 130 C ili uz primenu
kiselog katalizatora.
98
Drugi cesto primenjivani nacin umrežavanja je
gradenje poliuretana koje ponovo zahteva
prisustvo grupa koje imaju slobodnu hidroksilnu
grupu. U ovom slucaju druga komponenta su
aromatski ili alifaticni izocijanati (postoji
razlika u brzini reakcije aromatski reaguju brže
dok alifatski zahtevaju prisustvo katalizatora
amina, kiseline ili dibutilkalaj-dilaurata).
99
Obzirom da izocijanati reaguju brzo sa alkoholima
ovakvi sistemi se izraduju 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).
R3
100
Treci nacin ocvršcavanja se primenjuje kod
akrilnih polimera koji imaju slobodnu karboksilnu
grupu (kao monomeri se dodaju akrilna i
metakrilna kiselina). U ovom slucaju ocvršcavanje
se bazira na reakciji sa epoksidnim smolama.
101
Na ovaj nacin se dobijaju premazi koji imaju vecu
tvrdocu u poredenju sa prethodna dva nacina
ocvršcavanja kao i vecu rezistentnost prema
rastvaracima, detergentima i alkalijama. Ovakvi
sistemi zahtevaju visoku temperaturu pecenja (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
ugraden glicidil-metakrilat kao monomer pri cemu
se onda umrežavanje izvodi sa dikarbonskim
kiselinama.
102
Primena akrilnih veziva Najznacajnija je primena
emulzionih disperzija u bojenju zidova, fasada i
plafona. U ovim sistemima je vrlo mala kolicina
veziva a znatno veca je kolicina pigmenata i
punilaca. Akrilatne disperzije imaju dobru
propustljivost za vodenu paru tako da se mogu
osušiti fizickim putem. Druga važna primena
akrilnih veziva je u automobilskoj industriji u
kojoj potiskuju alkidne smole. Odlikuju se
visokom transparentnošcu, visokim sjajem i
stabilnošcu prema žucenju. Najcešce se koriste
sistemi koji umrežavaju sa melaminformaldehidnim
smolama i sa izocijanatima. Pored toga koriste
se u industriji za farbanje kucnih aparata kao i
za poliuretanske premaze drvenih površina
izloženih vodi.
103
Poliestri su po definiciji polimeri nastali
sintezom iz polihidroksilnih alkohola i
polikarbonskih kiselina. Poliestri mogu biti
zasiceni i nezasiceni. Osnovne sirovine koje
ulaze u sastav zasicenih poliestara
104
Variranjem odnosa sirovina mogu se dobiti
poliestri sa razlicitim karakteristikama. Pored
toga reakcionim uslovima se može podešavati
molekulska masa poliestara i na taj nacin i
njihove osobine u premazima. Poliestri visoke
molekulske mase se mogu koristiti za premaze u
prahu. Odlikuju se dobrom rezistentnošcu 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 cemu nastaju polimeri vece
molekulske mase polimerizacija u rastvoru u
kojoj se kao rastvarac koristi ksilen koji
azeotropno udaljava vodu iz sistema
105
Poliestri vece 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 cine poliestri sa slobodnim
hidroksilnim grupama koji se mogu umrežavati sa
izocijanatima i cine 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 takode mogu
reagovati sa izocijanatima i na taj nacin
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 rastvaracima ali su
nerastvorni u alifatskim ugljovodonicima i
alkoholima. Koriste se rastvori za
visokomolekularne 35 do 50 a za
niskomolekularne 50 do 70 .
106
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 domacinstvo. U kombinaciji
sa poliizocijanatima poliestri se koriste u
dvokomponentnim sistemima za lakove za parket i
drvo.
107
Poliuretanski sistemi se odnose na sisteme za
premaze koji koriste visoku reaktivnost
izocijanatne grupe za ocvršcavanje polimera.
Osnovu za sintezu poliuretanskih polimera cine
diizocijanati.
108
Alifaticni i cikloalifaticni 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.
109
Poliizocijanati ukljucuju adukte diizocijanata sa
poliolima, izocijanurate nastale trimerizacijom
diizocijanata i visokomolekularne proizvode koji
sadrže biuretsku grupu i alofanatnu grupu.
110
Modifikovani polimeri kod kojih je uvedena
polietarska grupa omogucavaju primenu u
vodorazredivim poliuretanima.
111
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
toksicnost diizocijanata neizreagovali monomer je
neophodno izdvojiti iz smeše bilo destilacijom
bilo ekstrakcijom rastvaracem 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.
112
Mehanizam stvaranja filma U zavisnosti od
kombinacije uretani mogu formirati film na
razlicite nacine. 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 slucaju 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 cemu nastaje urea.
Koriste se veziva bez rastvaraca ili rastvoreni
proizvodi sa 5 do 15 slobodnih izocijanata.
113
Smeša blokiranih izocijanata sa poliaminima i
poliolima je stabilna i omogucava 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 elektricnu izolaciju jer daju
film sa visokom mehanickom otpornošcu.
114
Mikroenkapsulirani poliizocijanatni sistemi su
sistemi koji se baziraju na dezaktiviranju
diizocijanata ili poliizocijanata u prahu
dispergovanjem u tecnom polimeru bez rastvaraca.
Tom prilikom se stvara zaštitni premaz na
površini cestica. Takve cestice postaju
nereaktivne na sobnoj temperaturi. Medutim,
njihovim zagrevanjem one ponovo postaju reaktivne
i reaguju sa poliolima ili nekim drugim agensom u
kome su bile dispergovane. U dvokomponentnim
sistemima koji predstavljaju najznacajniju oblast
primene poliuretana film se stvara reakcijom
poliola sa poliizocijanatom. U slucaju primene
alifaticnog poliizocijanata dodaje se 0,05 do 0,5
katalizatora (najcešce tercijarnog amina).
Optimalan film se dobija ako je odnos
hidroksilnih i NCO grupa 11.
115
Brzina umrežavanja u dvokomponentnim sistemima se
reguliše dodatkom katalizatora dibutilkalaj-dilaur
ata koji omogucava umrežavanje na sobnoj
temperaturi. Najcešce se koriste sistemi bez
rastvaraca ili se koriste rastvaraci koji nemaju
tendenciju preuzimanja vodonika (alifaticni
ugljovodonici).
116

• Epoksidne smole imaju na krajevima reaktivne
  epoksidne grupe. Ove smole spadaju u grupu
  skupljih smola medutim dobre osobine kao što su
• dobra rezistentnost na hemikalije posebno na
  alkalije
• izvanredna adhezija prema razlicitim supstratima
• izvrsna tvrdoca, otpornost na istezanje i
  fleksibilnost
• i odlicna 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.

117
Najznacajnije epoksidne smole su one koje se
dobijaju reakcijom bisfenola A i epihlorhidrina.
118
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 vece molekulske mase
povecava se udeo bisfenola A i nastaje proizvod
sledece strukture.
U industriji boja i lakova uobicajeno 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.
119
Polimeri molekulske mase od 300 do 600 (n je od 0
do 1) su tecni dok su iznad toga cvrste
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 postici reakcijom sa alifaticnim ili
aromaticnim poliaminima. Reakcija se odvija na
sobnoj temperaturi. Cikloalifaticni poliamini
reaguju sporije od alifaticnih poliamina a brže
od aromaticnih.
120
Od alifaticnih amina koriste se etilendiamin,
dietilentriamin. Od cikloalifaticnih amina
koriste se izoforondiamin i Laromini (BASF-ovi
proizvodi). Od aromaticnih treba pomenuti
diaminodifenilmetan. Ovakvi sistemi se koriste
kao dvokomponentni i problem u njihovoj primeni
je brzo ocvršcavanje. Alternativa je primena
amina u obliku ketimina koji kao takvi ne reaguju
ali oslobadaju amine u prisustvu vlage koji onda
stupaju u reakciju.
121
Polimeri koji su cvrste supstance primenjuju se u
rastvoru (aromaticni ugljovodonici) i umrežavaju
se najcešce sa poliamidoaminima (derivati dimera
linolne kiseline)
U cilju smanjenja rastvaraca a postizanja
željenog viskoziteta polimerima se može dodati
tecni polimer sa bisfenolom A. Polimeri velike
molekulske mase se mogu posmatrati kao polioli i
mogu se umrežavati na sobnoj temperaturi sa
izocijanatima.
122
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 slucaju
melaminskih polimera reakcija se odvija preko
sekundarnih hidroksilnih grupa dok u slucaju
poliestar-polikiselina reaguje epoksidna grupa.
123
Polimeri vece molekulske mase se mogu koristiti u
premazima u prahu pri cemu 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 aromaticnog jezgra pokazuju osetljivost
na svetlost i menjaju boju premaza vremenom.
124
Prema sadržaju rastvaraca boje i premazi se mogu
podeliti na dve grupe sa visokim sadržajem
neisparljivih komponenti (manje od 30
rastvaraca) i one sa niskim sadržajem cvrste
supstance (više od 60 rastvaraca). Prilikom
izbora rastvaraca mora se voditi racuna o primeni
tehnologije bezopasne po životnu sredinu,
sposobnosti rastvaraca da rastvori polimer,
brzini isparavanja, uticaj rastvaraca na
primenske osobine (viskozitet, stvaranje filma
itd.). Najcešce korišceni rastvaraci su benzin
za lak, smeša aromaticnih ugljovodonika
(Solvesoli), estarski rastvaraci (butil-acetati,
glikol-acetati), alkoholi (butanol, etanol,
izopropanol i glikoletri-celosolvi dr.), ketoni
(metil-etilketon, metil-izobutilketon,
cikloheksanon, aceton).
125
Usled visokih kriterijuma ekološke zaštite danas
je trend proizvodnja premaza sa smanjenim udelom
organskih rastvaraca ili uvodenje adekvatnih
ekoloških zamena (primera radi metoksipropilacetat
koji je ekološki bezopasan po primenskim
karakteristikama može da zameni toluen). Sadržaj
rastvaraca se može smanjiti korišcenjem
rastvaraca koji bolje rastvaraju polimer,
dodatkom korastvaraca koji snižavaju viskozitet
ili korišcenjem aditiva. Primera radi hidroksilna
i karboksilna grupa unutar polimera mogu graditi
vodonicnu vezu i na taj nacin povecati
viskozitet. Dodatkom alkohola se može prevazici
ovaj efekat. Medutim, ovo ponekad nije dovoljno
vec je potrebno modifikovati vezivo (smolu). Ovo
se može postici redukcijom srednje molekulske
mase po broju. To se može postici polimerizacijom
u rastvoru i nakon toga udaljavanjem rastvaraca
uparavanjem do željenog viskoziteta.
126
Pored toga pribegava se primeni reaktivnih
rastvaraca (akrilatni i metakrilatni estri
polihidroksilnih alkohola) koji imaju ekstremno
nisku isparljivost a prilikom umrežavanja
ucestvuju u umrežavanju.
127
Vodorastvorni sistemi U cilju poboljšanja
ekoloških aspekata boja, kao i smanjenja
opasnosti od paljenja tendencija je uvodenja
sistema gde se kao rastvarac koristi voda.
Polimeri rastvorni u vodi predstavljaju osnovu za
uvodenje metode nanošenja premaza elektrolitickim
putem na metalnu podlogu. U zavisnosti od
naelektrisanja polimera nanošenje može biti
anaforetsko (kada se negativno naelektrisane
cestice nanose na anodu) ili kataforetsko (kada
se pozitivno naelektrisane cestice 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. Najcešce se
mogu koristiti alkidi, poliestri, poliakrilati,
epoksidi i epoksi smole ciji se molekuli
rastvaraju u vodi usled formiranja soli izmedu
karboksilnih grupa sa sekundarnim ili tercijarnim
aminima.
128
Katjonska veziva (koja nose amino grupe
epoksidne smole modifikovane aminima) formiraju
soli sa organskim kiselinama (sircetna ili mlecna
kiselina). Vodorastvorna veziva sadrže organski
rastvarac (10 do 15 ) koji potice iz postupka
sinteze smole. Prisustvo ovog rastvaraca ne ometa
rastvaranje polimera u vodi. Vodorastvorni
polimeri se uglavnom nanose u elektrolitickim
kadama pri cemu 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 ocvršcavati
sušenjem, ili hemijskim umrežavanjem.
Vodorastvorni premazi imaju nizak sadržaj cvrste
supstance (30 do 40 ).
129
Vodorazredivi disperzioni sistemi Vodorazredivi
disperzioni sistemi cine znacajan procenat
industrije boja i lakova (oko 45 ). Ovi sistemi
predstavljaju polimerne cestice dispergovane u
tecnoj fazi (vodi). U zavisnosti od finoce
cestica 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). Velicina i distribucija
dispergovanih koloidnih cestica se može
kontrolisati brzinom mešanja i izborom zaštitnog
koloida (uloga mu je da spreci spajanje malih
polimernih sfera nastalih tokom polimerizacije).
Kao sredstvo za sprecavanje spajanja polimernih
cestica koriste se polivinil-alkohol i celulozni
etri. Kao emulgatori mogu se koristiti anjonski i
katjonski surfaktanti.
130
Najvažniji polimeri koji se koriste kao vodene
disperzije su Vinilacetatni kopolimeri
(kopolimeri sa dibutilmaleatom ili sa
vinilestrima versaticne kiseline (racvaste
karbonske kiseline dobivene Koch-ovom sint