Transcript BOJE I LAKOVI1

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.
mader crveno - prvi
reaktivni pigment koji
se taložio na
neorganskom
materijalu i fiksirao
gradeći nerastvorno
jedinjenje
Rubia tinctorum - broć
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 elektromagnetnog 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 punioci
Pigmenti 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
vazduh
voda
Pigment / Filler
Kalcijum-karbonat
Čajna clay
Talk (magnezijum silicate)
Barit (barijum sulfat)
Lithopone 30% (zinc sulfid/barijum sulfat)
Zink oksid
Zink sulfid
Titandioksid:
Anatase
Rutile
RI
1.0
1.33
RI
1.58
1.56
1.55
1.64
1.84
2.01
2.37
2.55
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 bojenja
Željene nepropusnosti
Željenog sjaja
Specificirane rezistentnosti i trajanja
Za 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.
O
X
NH
X = C izoindolinski
X = O izoindolinonski
X
O
O
O
H
N
R
O
N
N
O
O
N
H
O
R
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 sastava
ZnSO4 + 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 pigmenti
Najvažniji 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
čestica
Viskozitet premaza – čestice ugljenika pokazuju tendenciju ka
građenju grozdova koji se drže međusobno silama koje se
kreću od slabih fizičkih do hemijskih veza. Građenje ovih
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.
R1
HN
N
H
N
O
R2
O
Hansa žuti pigmenti
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).
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 pigmenti
Među 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, aluminijumbenzoatom 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 natrijumhidroksidom). 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.
R
R
O
OH
2
O
OH
OH
+
O
O
O
O
R
R
O
O
3
OH
OH
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.
R
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
R
O
HO
OH
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 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.
CH3(CH2)6
(CH2)6COOH
oleinska kiselina
(CH2)6COOH
linolna kiselina
(CH2)6COOH
linoleinska kiselina
OH
(CH2)6COOH
CH3(CH2)5
ricinolna kiselina
Polioli kao sirovine u proizvodnji alkida
OH
OH
HOH2C
OH
glicerol
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
pentaeritrol
HO
CH2OH
trimetilolpropan
OH
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
COOH
O
O
HOOC
O
O
COOH
O
O
anhidrid ftalne
kiseline
izoftalna kiselina
O
O
trimelitni anhidrid
O
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.
Co3+ + RCO˙ + OHˉ
Co2+ + RCOO˙ + H+
RCOOH + Co2+
RCOOH + Co3+
Co3+ O O
+
Co3+ O OH +
Co3+
+
R
R
R1
R
R1
R1
+
OOH
Sikativi se dodaju u količini od oko 0,5 %.
H
O
O
R
+ O2
R1
R
R1
O
R
R1
ili
O
O
O
+
+
R
RO˙ + R1H
R˙ + R˙
RO˙ + R˙
RO˙ + RO˙
R1
R
ROH + R1˙
R-R
R-O-R
R-O-O-R
R1
H2O
R2
R1
+ O2
R1
R2
O
OO
R2
R1
R2
R1
OO
R2
R1
R1
R2
R2
R1
O
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.
R1
O
O
+
OH
CH2O
HO
N
H
N
H
O
R2
R1
O
O
CH2O
O
O
R2
N
H
N
H
]
]
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:
O
O
R
R
O
O
 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
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.
O
O
CH3
O
O
homopolimer ima Tg 105 °C
homopolimer ima Tg -54 °C
Variranjem odnosa metilmetakrilata i butilmetakrilata može se podesiti
Tg polimera. Viša vrednost tačke ostakljivanja je takođe vezana sa
brzinom sušenja polimera.
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
hladnjak
reaktor za
polimerizaciju
filteri
rezervoar za gotovi
proizvod
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 ureaformaldehidnim 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
hidroksietil-metakrilat
OH
O
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
R1
HO
O
O
R2
OCN
R4
R3
NCO
O
O
H
N
O
R1
H
N
O
O
O
R2
O
O
R4
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).
R3
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.
R1
R3
OH
R2
O
O
R1
O
O
O
OH
O
R2
HO
R4
OH
R3
O
O
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 glicidilmetakrilat 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
OCN
NCO
NCO
metilendifenildiizocijanat
toluendiizocijanat
NCO
OCN
NCO
NCO
1,1-metilenbis(4-izocijanato)cikloheksan
izoforondiizocijanat
NCO
OCN
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
+
R
H2O
NHCOOH
O
R1
R
NCO
NH2 + CO2
R
NH
NH
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.
O
O
Cl
Cl
HO
OH
R4N+
Cl
O
O
OH
Cl
OH
NaOH
O
O
O
O
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.
O
O
O
O
O
O
OH
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
O
reakcijom sa alifatičnim ili
O
aromatičnim poliaminima.
H N
NH
Reakcija se odvija na sobnoj
O
O
temperaturi. Cikloalifatični
poliamini reaguju sporije od
alifatičnih poliamina a brže
od aromatičnih.
2
2
OH
OH
N
OH
N
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.
NH2
H
N
H2N
H2N
NH2
NH2
NH2
NH2
H2N
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 fenolformaldehidnim 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 (metiletilketon, 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 premazima
Antipenušavci 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 aditivi
Mnogi 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 sintetski
Ova 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 karboksimetilceluloza ).
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 svetlosti
Visoko 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 polimera
U 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 zraka
U 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).