Ekologicky Přijatelná Rozpouštědla a Jejich Vlastnosti

Cílem tohoto článku je seznámení čtenářů s dalšími podrobnostmi v oblasti formulace nátěrových hmot. Tentokrát se podíváme na základní složku všech systémů, kterou je pojivo. Ve většině formulací se jedná buď o roztok pryskyřice, nebo o disperzi polymeru ve vodném prostředí.

Chemická struktura pojiv jednoznačně určuje silné i slabé stránky budoucí nátěrové hmoty. Nátěrová hmota po nanesení, má-li splnit svůj účel, musí vytvořit film. Této vlastnosti se dosahuje díky pojivové složce, která výrazně ovlivňuje všechny užitné vlastnosti nátěru. Volba pojiva je závislá především na tom, k jakému účelu bude nátěrová hmota použita.

Klasickým pojivem používaným v nátěrových hmotách je lněný olej, který vytváří lakový film prostřednictvím chemických reakcí se vzdušným kyslíkem. Základní surovinou pro pigmentované olejové nátěrové hmoty je fermež. Ta se však používá jen pro základní nátěry, neboť je schopna vytvořit pouze matné filmy. Pro lesklé vrchní nátěry se olejová složka modifikuje vhodnými tvrdými pryskyřicemi, které umožňují dosažení žádoucích estetických kvalit a odolnosti nátěrů. Mezi tvrdé pryskyřice používané pro tento účel se řadí kalafuna a její odvozeniny upravené chemickou reakcí.

Olejové nátěrové hmoty pomalu zasychají, velmi dobře se aplikují štětcem, mají výborný rozliv, dobrou odolnost na povětrnosti, jsou vláčné, ale poměrně málo chemicky odolné. O stupeň výše v rámci vědeckého pokroku stojí nátěrové hmoty na bázi alkydových pryskyřic. Tyto sloučeniny jsou připravovány cílenou chemickou reakcí alkoholů a kyselin s několika funkčními skupinami v jedné molekule. Vzájemným propojením vzniká polymerní řetězec, který je často upraven rostlinnými oleji, případně dalšími látkami jako je styren, kalafuna, fenolické pryskyřice, maleinanhydrid apod. Modernější alkydy jsou modifikovány isokyanáty (uretanizované alkydy), akryláty nebo silikony. Proměnlivý obsah těchto složek mění nejen vlastnosti, ale i cenu výsledného produktu.

Alkydy s přídavkem rostlinných olejů jsou tříděny do skupin podle obsahu oleje (tzv. Dlouhé alkydy se obvykle volí pro nátěry zasychající na vzduchu s dlouhodobou venkovní trvanlivostí. Čím vyšší je obsah oleje, tím delší je doba zasychání. Tato vlastnost se pozitivně projevuje při nanášení štětcem, protože nedochází k tvorbě stop po tazích. Doba zasychání a další vlastnosti závisejí i na druhu oleje, kterým je alkyd modifikován.

Čtěte také: Život s úsměvem a ohledem na přírodu

Lněné alkydy s vyšší nenasyceností (tj. obsahem dvojných vazeb v řetězci) zasychají rychleji než alkydy sojové, které mají oproti lněným nižší tendenci ke žloutnutí. Uvedené typy alkydů jsou hlavním pojivem v běžných syntetických nátěrových hmotách. Pokud se dále přidává k alkydu olej, vzniká tzv. „zesílená syntetika“, která díky vyšší vláčnosti lépe odolává vlivům povětrnosti. Tyto hmoty s poněkud nižším leskem jsou vhodné pro nátěry dřeva (zástupcem je známý Luxol) i kovu (např. Střední alkydy se používají v rychleschnoucích na vzduchu zasychajících nátěrových hmotách. Přestože mají odolnost na povětrnosti nižší než dlouhé alkydy, je pro formulaci venkovních nátěrových hmot stále přijatelná. Do této skupiny patří pryskyřice zasychající od 1/2 hodiny do 4 hodin a obecně je lze označit za nejvšestrannější pojivo pro základní a podkladové nátěrových hmot na kovy. Další zlepšení jejich vlastností je dosažitelné např. přídavkem chlorkaučuku, který zároveň urychluje zasychání nátěru (např. U krátkých alkydů se projevuje překvapující paradox - často zasychají pomaleji než střední alkydy. V mnohých případech je třeba považovat krátké alkydy za polovysychavé.

Fyzikálně zasychající nátěrové hmoty zasychají pouhým odpařením rozpouštědla bez další chemické reakce. Představují další krok v rozvoji polymerní vědy. Do této skupiny pojiv patří nitrocelulóza, akrylátové a vinylické pryskyřice stejně jako chlorkaučuk. Pojem vinylické pryskyřice zahrnuje takové polymerní řetězce, které vznikly propojením skupiny obsahující dva uhlíky spojené dvojnou vazbou (vinylová skupina), viz. obr. 1. Zbytek sloučeniny, např. Nitrocelulóza, přesněji nitrát celulózy, se vyrábí jako pojivo pro nátěrové hmoty v různých viskozitních stupních. Kombinace s dalšími pojivy je u nitrocelulózy nezbytná.

V rychlosti zasychání nemá toto pojivo konkurenci, ale pevnost v tahu a přilnavost filmu jsou nevyhovující, jestliže není ve formulaci vedle nitrocelulózy přítomna vhodná modifikující přísada. Proto je nutno ve všech případech kombinovat nitrocelulózu se změkčovadly, která zvyšují pružnost, průtažnost a pevnost v tahu (např. upravený ricinový olej, dibutyl- a dioktylftalát, plastifikující alkydové pryskyřice). Další pryskyřice zpevňují film, zlepšují přilnavost, chemickou odolnost a lesk (např. Nitrocelulózové nátěrové hmoty jsou kvůli enormně rychlému zasychání méně vhodné pro aplikaci štětcem, protože dochází k "trhání" nátěrového filmu a na povrchu jsou znatelné stopy po tazích štětcem. Jsou také méně odolné na povětrnosti a mají malou odolnost vůči vodě.

Další nevýhodou těchto barev je vysoká cena použitých rozpouštědel a zároveň vysoký obsah aromátů (v nitroředidle C 6000 je až 50 % aromatických sloučenin). Vysoká rychlost zasychání byla hlavním důvodem jejich využití v hromadné velkovýrobě nábytku. Nízká odolnost vodě a bytovým chemikáliím vedla k částečné modifikaci nitrolaků reaktivními pryskyřicemi (polyuretany). Akrylátové pryskyřice jsou sloučeniny esterů kyseliny akrylové nebo methakrylové, případně s dalších monomerů, které zlevňují výsledný polymer nebo mu dodávají žádané vlastnosti. Jsou to termoplastické pryskyřice rozpuštěné v organických rozpouštědlech, které zasychají pouze fyzikálně.

Filmy vytvořené z akrylátových pryskyřic se vyznačují výbornou chemickou odolností, jsou čiré a bezbarvé, inertní vůči pigmentům, mají výbornou odolnost proti změně barevného odstínu i na povětrnosti. Reaktivní typy akrylátových pryskyřic se po přídavku vhodné síťující složky vypalují. Tato pojiva tvoří v současné době základ pro vypalovací nátěrové hmoty na povrchovou úpravu karosérií při výrobě osobních automobilů. Pro opravy karosérií se jako síťující složka použije jiný typ tvrdidla reagující i za normální teploty. Tyto hmoty označované jako polyuretanové patří ke špičkovým nátěrovým hmotám s vysokou chemickou odolností i odolností na povětrnosti. Jsou vhodné nejen k opravám karosérií, ale pro všechny nátěry kovů a vyznačují se vysokým leskem i vysokou tvrdostí.

Čtěte také: Eko prací prášky: Jak vybrat ten správný?

Dalším typem pojiv s fyzikálním zasycháním jsou vinylické pryskyřice. Nejznámějšími představiteli této skupiny jsou kopolymery vinylacetát/vinylchlorid, které vynikají extrémní chemickou odolností i odolností na povětrnosti. Jejich rozpustnost i ve speciálních rozpouštědlech je problematická a připravené nátěrové hmoty mají nízkou sušinu. Nátěry je třeba nanášet v několika vrstvách nejlépe štětcem, protože při pneumatickém stříkání hrozí tzv. "házení nití", které je způsobeno vysokou odpařivostí použitých rozpouštědel. Existují ovšem tak náročné aplikace, kde pouze vinylická pryskyřice poskytuje žádanou vysokou chemickou odolnost.

Speciálním případem vinylického polymeru je polystyren. Jako rozpouštědlo se pro polystyren používají aromatické uhlovodíky, nejčastěji xylen. Nátěry na této bázi mají vysokou chemickou odolnost i odolnost vůči vodě. Působením UV záření však degradují a rychle ztrácejí lesk. Jsou tvrdé a křehké, a proto jsou nepostradatelnou složkou formulací změkčovadla, která musí být stejně chemicky odolná a přitom ekologicky přijatelná. Varovný je příklad použití polychlorovaných bifenylů. Polystyrenové nátěrové hmoty jsou určené k aplikaci štětcem, protože právě zejména ony jsou proslulé "házením nití". Stříkat se však mohou v případech, kdy horší kvalita povrchu není na závadu. Používají se k nátěrům betonu a jiných minerálních povrchů (např.

Chlorovaný kaučuk se ve vlastnostech filmu velmi podobá vinylickým pryskyřicím. Vyrábí se chlorováním přírodního kaučuku a obsahuje 67 až 70 % chloru. Chlorkaučuková pojiva zpravidla nevyžadují změkčovadla nebo jiné modifikující složky, i když se obvykle ve formulaci používají s cílem dosáhnout co nejlepších vlastností. Chlorkaučukové barvy jsou vysoce chemicky odolné a dobře vzdorují vodě. U nátěrů kovových předmětů je problémem nižší sušina těchto barev, která vyžaduje vždy nanesení více vrstev. Jako pojivo se chlorkaučuk používá i v barvách bohatých zinkem, které se aplikují jako ochrana železa a oceli proti korozi hlavně u nátěrů lodí a k povrchovým úpravám kovů obecně.

Nanotechnologie a Čištění Životního Prostředí

Módní předpona „nano-“ se objevuje ve stále dalších a dalších oborech a čtenář má občas pocit, že co není nano-, patří přinejmenším do minulého tisíciletí. Na druhou stranu příval nanotechnologií a použití nanomateriálů přináší potenciální rizika pro zdraví člověka, živé organismy a mikroorganismy. Vedle možných negativních vlivů na živou přírodu však existují aplikace, kde použití nanomateriálů naopak vede ke zlepšení kvality životního prostředí. Nejdále z těchto aplikací dospělo použití nanočástic na bázi elementárního (kovového) železa pro čištění kontaminovaných podzemních vod. Tyto vody jsou dnes součástí starých ekologických zátěží.

Vzhledem k charakteru kontaminace a složitosti geologického prostředí jsou často velmi obtížně čistitelné a stávají se zdrojem dlouhodobého a těžko odstranitelného znečištění. Pokud povaha kontaminující látky obsažené v těchto vodách umožňuje podstupovat oxidačně redukční reakce, lze jako sanační činidlo použít právě nanoželezo. Základem je chemický proces mezi nanoželezem a kontaminantem, při kterém se kontaminant mění na netoxické či výrazně méně toxické formy.

Čtěte také: Citrusová kůra jako zdroj ekologického plastu

Tato reakce se velmi podobá známému rezavění - oxidaci železa v přítomnosti oxidujících látek (např. Oxidace není nic jiného než změna oxidačního stavu z nulového mocenství kovového Fe(0) na kladně nabité kationy Fe(2+) a Fe(3+), které se vysrážejí ve formě nerozpustných hydroxid-oxidů, např. FeOOH. Místo kyslíku však nanoželezo reaguje v podzemní vodě právě s kontaminantem, který tím mění svůj oxidační stav. Této vlastnosti se již dlouhou dobu využívá při konstrukci podzemních reaktivních bariér, kdy přes Fe(0) náplň (tvořenou struskou, šponami apod. materiály) proudí kontaminovaná podzemní voda, která se chemickou redukcí čistí.

Příkladem může být šestivalentní chrom, který je ve formě chromanů CrO4 2- velmi dobře rozpustný ve vodě, a tím i velmi toxický pro živé organismy. Působením Fe(0) jako chemického redukčního činidla se mocenství chromu redukuje a mění ze šesti Cr(VI) na tři Cr(III), ve kterém je chrom výrazně méně rozpustný, a tím i mnohem méně toxický. Rozdíl ve velikosti mezi nanočásticí (desítky nm) a železnou pilinou je podobný jako mezi zrnkem máku a vzducholodí Zeppelin. Stejně tak se tyto objekty liší i svými vlastnostmi.

Nanočástice mají obrovský měrný povrch v řádu desítek čtverečných metrů na gram, a protože chemické reakce mezi pevnou fází a roztokem přímo závisejí na velikosti povrchu, jsou reakce na povrchu nanočástic výrazně rychlejší. To umožňuje chemickou redukci i látek, které se na pilinách prakticky nerozkládají, či jejichž rozklad trvá mnohem déle. Tyto příznivé reakční vlastnosti nanočástic (ve srovnání s makroželezem) však ještě nejsou zásadní pro jejich použití při čištění podzemních vod.

Abychom mohli nějakou technologii nazvat nanotechnologií, musí přinést novou vlastnost, nejen pouhé zlepšení dané zmenšením rozměrů makromateriálu. Touto vlastností je v případě železných nanočástic jejich pohyb v podzemní vodě. Díky svým koloidním vlastnostem mohou migrovat od místa aplikace k místu znečištění vzdálenému mnoho metrů. Technologii objevil a poprvé použil v U SA prof. W.-X. Zhang na počátku 21. století. První aplikace mimo území USA byla pilotní zkouška ve Spolchemii v Ústí nad Labem, kterou provedla americká firma Golder Associates společně s českou konzultační firmou AQUATEST, a. s., v roce 2004. Výsledky byly velmi nadějné, a proto se od té doby tato metoda intenzivně zkoumá.

Ani tato technologie není tak jednoduchá, jak by se na první pohled zdálo. Nanočástice vlivem svého extrémního povrchu a povrchové energie mají tendenci se shlukovat a vytvářet útvary výrazně větší, kterým se migrovat nechce. Dalším problém je, že částečně oxidované nanočástice mají kladný náboj a mohou se vázat na jílové minerály obsažené v horninovém prostředí, podobně jako těžké kovy.

Řešení těchto problémů spočívá v povrchové úpravě nanočástic pomocí různých makromolekul, které mění jejich povrchové vlastnosti (například jim dodávají záporný náboj). Požadavků na vhodnou látku k povrchové úpravě je mnoho - měla by bránit shlukování a sorpci, nesmí snížit reaktivitu, musí být přijatelná ekologicky i cenově. Na výzkumu spolupracují Technická univerzita v L iberci, Univerzita Palackého v Olomouci a firma AQUATEST, a. s., a tento výzkum byl či je podpořen granty AV ČR, MŠMT a MPO v rámci programů VaV. Vývoj již vyústil v přípravu nanočástic s velmi dobrými migračními i reakčními vlastnostmi, které vyrábí a nabízí firma NANOIRON, s. r. o. Částice jsou povrchově modifikovány polyoxyethylen- sorbitan-monooleatem, potravinářskou látkou s obchodním názvem Tween60, nebo polyakrylátem sodným.

Vedle intenzivního laboratorního studia reaktivity a mobility nanočástic proběhlo již 10 pilotních aplikací na různých lokalitách, kontaminovaných převážně chlorovanými uhlovodíky. Na lokalitě KAR-BOX Hořice v Podkrkonoší (ve spolupráci s firmou MEGA, a. s.) bylo metodou přímého zásaku (direct push) aplikováno 800 kg suspenze nanočástic do 80 vrtů. Sledování ukazuje, že několik měsíců po aplikaci se kontaminovaná plocha stále zmenšuje. Zatím poklesla koncentrace ve svrchní (kvartérní) zvodni pod 40 % počátečního znečištění, u nižší (turonské) zvodně zatím asi na 60 %.

Další Aplikace Nanomateriálů

Vedle použití nanočástic elementárního železa pro čištění kontaminovaných podzemních vod lze použít podobnou technologii pro čištění odpadních průmyslových vod, které obsahují chlorované či bromované látky. Tyto vody běžně vznikají v potravinářském, textilním i papírenském průmyslu a jsou označovány zkratkou AOX (halogenované organické látky). Chemicky je princip použití nanoželeza obdobný jako v případě podzemních vod. Liší se jen tím, že se zde nevyužívá pohyblivost nanočástic, ale jejich výrazně vyšší reaktivita ve srovnání s makroskopickým železem. Některé sloučeniny jsou makroskopickým železem prakticky nerozložitelné, ale nanoželezo s nimi ochotně reaguje. Celá technologie založená na míchaných reaktorech je ve stadiu laboratorních testů.

Dalším velmi progresivním nanomateriálem pro čištění vod a vzdušnin jsou nanovlákna, jejichž průmyslovou výrobu objevil profesor Oldřich Jirsák z TUL a je celosvětově patentově chráněna. K čištění odpadních vod se využívající mikroorganismy imobilizované v biofilmech. Vlastnosti nosičů biofilmu určují jeho kvalitu, rychlost produkce i stálost při změně podmínek. Nově vyvíjená technologie využívá nanovláknové nosiče, které mají obrovský měrný povrch i dobrou biokompatibilitu, a jsou proto velmi dobře kolonizovatelné. Na rozdíl od běžně používaných nosičů ve tvaru různých disků či prstenců, které mají pevný tvar, jsou nanovláknové nosiče založeny na chaoticky propletených nanovláknech s velkým specifickým povrchem. Ten umožňuje rychlejší tvorbu biofilmu, jeho větší hustotu a stálost.

Do řešení těchto a dalších problémů se zapojují nejen pracovníci, ale i studenti TUL.

tags: #ekologicky #prijatelna #rozpoustedla #vlastnosti

Oblíbené příspěvky:

• Einhell TE-DA 18/760 Li-Solo: Test
• Profesionální focení párů v přírodě
• Likvidace kotle na tuhá paliva
• Klíčové aspekty ohrožení dítěte
• Zajímavosti regionu