Органические вяжущие

Органические вяжущие вещества (ОВВ) - смеси высокомолекулярных углеводородов, которые обладают способностью отвердевать и сцепляться (иметь достаточную адгезию) с минеральными или органическими наполнителями и заполнителями.

ОВВ могут быть природные или искусственные; твердые, вязкопластичные или жидкие (при обычной температуре) вещества, способны растворяться в органических растворителях.

ОВВ переходят в рабочее состояние при изменении температуры или при контакте с органическими жидкостями (в некоторых случаях используется ультрафиолетовое излучение).

В зависимости от происхождения, химического и вещественного состава органические вяжущие делят на следующие группы:

• черные вяжущие (битумы и дегти);
• природные смолы, клеи и полимеры;
• синтетические полимерные продукты.

Чёрные вяжущие

• Битум - смесь углеводородов и их химических производных, содержащих: кислород, серу, азот и некоторые соединения металлов. В основном используется как сырьё для асфальта.
• Композиции на основе битума: битумно-резиновые, битумно-полимерные, асфальт - смесь битума с известняком и песчаником (применяется для строительства дорог и как гидроизоляционный материал) и др.
• Дегти - вязкие жидкости черного или бурого цвета, состоящие из углеводородов и их сернистых, азотистых и кислородных производных. Применяются в дорожном строительстве и для производства гидроизоляционных материалов.

Эти вяжущие придают материалам водоотталкивающие свойства (гидрофобность) и водостойкость, эластичность, малую пористость. Поэтому органические вяжущие широко используются в изоляционных и кровельных материалах. Определенное количество их применяется в конструкционных материалах типа бетонов, растворов и изделий из них.

Природные смолы, клеи и полимеры

• Животные клеи.
• Растительные клеи.
• Природные смолы.
• Воск.

Животные клеи

• Желатина;
• костный;
• мездровый.

Получают из коллагена тканей животных. Наиболее чистым из этой группы клеев является желатина. Клеи, получаемые при вываривании кожи животных (мездровый, кожный), являются высокоэластичными. Рыбий клей, получаемый из коллагена осетровых рыб (осетровый клей), широко применяется в реставрации станковой живописи и икон.

Растительные клеи

Готовят на основе крахмала, камедей природных смол (даммары, канифоли, сандарака, мастикса, янтаря, шеллака копалов).

Крахмал бывает: пшеничный, картофельный, рисовый, маисовый и др. Например, из пшеничной муки готовят 8 %-й клейстер и пластифицируют его 2 % глицерина и с помощью такого клея проводят реставрацию бумаги. Приклеивание прочное, не отслаивается в течение многих лет. В случае необходимости при смачивании водой склеенные листы легко можно разнять.

Природные смолы

• Даммара
• Канифоль
• Резинаты
• Мастикс
• Копал
• Янтарь
• Шеллак
• Камеди

Химический состав природных смол до настоящего времени полностью не выяснен. В основном они содержат смоляные кислоты, их эфиры, высшие спирты.

Смолы получают из млечного сока некоторых растений, а также экстракцией коры деревьев хвойных пород. В состав этих смол входят различные органические кислоты, их эфиры, эфирные масла, углеводороды. Благодаря наличию карбоксильных групп смолы дают эфиры при взаимодействии со спиртами и соли при взаимодействии с основаниями. Смолы размягчаются при 55-100 °С и приобретают текучесть при 80- 190°С. Используют смолы в виде лаков в органических растворителях.

Даммара

Даммара - смола, собираемая с деревьев семейства Diptero-carpaceas, преимущественно на островах Малайского архипелага.

Даммара - бесцветная или слабоокрашенная смола, в состав которой входят даммароловая кислота, индифферентные вещества - резены, отвечающие формулам С₂₂Н₃₄О₂ и С₃₂Н₅₂О, эфирные масла и воск. Растворяется в скипидаре, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах; при нагревании - в растительных маслах.

Даммара образует бесцветные или слегка окрашенные покрытия, которые со временем несколько темнеют.

Даммаровые покрытия считаются наиболее светостойкими из всех покрытий на основе природных смол.

Из даммары приготовляют лаки, иногда с добавлением восков, полимеризованного льняного масла.

Даммаровые лаки используются в качестве защитного средства для покрытия живописи. При содержании масла 10-15% от массы смолы лаки на основе даммары легко удаляются с поверхности живописи спиртово-скилидарными эмульсиями. При реставрации произведений масляной и темперной живописи применяют промышленные образцы даммаровых лаков - 30%-й раствор смолы в смеси пинен:этиловый спирт=1:1.

Канифоль

Канифоль - твердая, хрупкая, стеклообразная прозрачная, неводостойкая смола светло-желтого (реже темно-красного) цвета, в состав которой входит 80-95% смоляных кислот общей формулы C₁₉H₂₉СООН. Хорошо растворяется в диэтиловом эфире, спиртах, ацетоне, скипидаре, ароматических углеводородах, сложных эфирах. Не растворяется в воде.

Канифоль добавляют в небольших количествах к даммаровым лакам для повышения прозрачности пленки.

Воскоканифольная мастика (клей-расплав) нашел широкое применение в обработке дерева, кости, обугленной деревянной скульптуры и других материалов.

Предметы, обработанные воскоканифольной мастикой, сохраняются долгие годы практически без изменений.

Из воскоканифольной композиции и различных наполнителей приготовляют мастики для заполнения трещин в различных материалах.

Резинаты

Резинаты - соли смоляных кислот канифоли. Применяют в качестве пленкообразователей для лаков. Резинаты кобальта и марганца могут также служить сиккативами для масляных лаков и красок.

Мастикс

Мастикс - эластичная смола, ароматическая смола мастикового дерева (Pistacia lentiscus). При старении желтеет, становится хрупкой. Растворяется в ароматических углеводородах, спиртах, кетонах, сложных эфирах, скипидаре. Уже давно мастикс применяется для живописных лаков.

Копал

Копа́л - твёрдая, трудноплавкая, имеющая химическую стойкость, похожая на янтарь ископаемая природная смола, выделяемая преимущественно тропическими деревьями семейства бобовых. После высыхания лака образуется нерастворимая темная пленка.

Янтарь

Янтарь - ископаемая смола хвойных деревьев третичного периода от желто-красного до бурого цвета, состоящая в основном из полиэфиров янтарной кислоты. Янтарь расплавляют, после чего он приобретает растворимость и его можно применять в виде лаков. Пленка, полученная из янтарных лаков, жесткая, хрупкая, имеет темную окраску.

Шеллак

Шеллак - смола животного происхождения, состоящая главным образом из алифатических полиоксикислот. Вырабатывается лаковыми червецами, паразитирующих на некоторых видах деревьев, которые произрастают преимущественно в Индии и Таиланде. Растворяется в спиртах, кетонах, пинене, а также в слабощелочных водных растворах. Лаковые пленки, полученные из растворов шеллака, значительно более водостойкий и прочны, чем пленки из даммары и мастикса. Шеллачные лаки содержат 30-45 % смолы. Спиртовым шеллачным лаком покрывают мебель.

Камеди

Камеди - смолообразные вещества или смеси веществ углеводного характера, способные в воде набухать и образовывать вязкие растворы или дисперсии.

К камедям относят также полисахариды микроорганизмов - в частности, накапливаемые в культуральной жидкости производные, получаемые модификацией полисахаридов природного происхождения (например, целлюлозы, крахмала).

Камеди применялись в качестве связующих для приготовления некоторых красок в станковой и акварельной живописи.

Воск

Восками называют жироподобные вещества растительного или животного происхождения. Они состоят из сложных эфиров, образованных высшими жирными кислотами и высокомолекулярными обычно одноатомными спиртами. В состав эфиров наиболее часто входят пальмитиновая кислота C₁₅Н₃₁COOH и спирты с числом углеродных атомов 16-30.

Кроме сложных эфиров в воске содержатся свободные спирты, жирные кислоты, высокомолекулярные углеводороды и некоторые красящие вещества.

Чаще всего применяют пчелиный воск, получаемый из пчелиных сотов. Он содержит 72% эфиров жирных кислот, 33% из которых - мирицилпальмитат, 13,5% свободных кислот и около 12% углеводородов. Температура плавления пчелиного воска 62-70°С, при 40-50 °С он пластичен.

В той или иной степени воск растворяется в большинстве органических растворителей. В воде не растворяется.

Растворимость пчелиного воска (г на 100 мл растворителя):

В древности пчелиный воск применяли в качестве связующего красок для живописи (энкаустика). Без изменения внешнего вида пигменты в композициях из воска, смол и жиров дошли до нашего времени. Произведения искусства из многих материалов иногда покрывают или пропитывают расплавами или растворами воска для защиты от атмосферных воздействий. При этом они приобретают гидрофобность, но липкость воска уже при сравнительно низких температурах способствует загрязнению поверхности.

Воскосмоляную мастику используют для сохранения каменных, металлических и деревянных изделий.

Температуры размягчения и плавления природных смол:

Полимеры из природных высокомолекулярных веществ

Природные высокомолекулярные вещества применяют как в их естественном состоянии, так и после химической модификации, придающей им необходимые свойства. Из природных соединений наиболее часто подвергается модификации целлюлоза - полисахарид. Например, целлюлозу применяют в виде эфиров.

Из сложных эфиров чаще выделяют:

Нитрат целлюлозы обладает хорошей клеящей способностью, но пожароопасен, со временем темнеет и отличается низкими механическими показателями. Ацетат целлюлозы лишен этих недостатков и его пленки обладают жесткостью.

Пленки из простых эфиров целлюлозы жесткие. В качестве пластификаторов можно применять глицерин, гликоли. Пластификация носит временный характер.

Клеи из водорастворимых полимеров подвергаются действию микроорганизмов, поэтому в них рекомендуется добавлять антисептики - ртутькремнийорганические соединения, катамин АБ, пентахлорфенолят натрия, нипагин и др.