Oorsig van die toepassing vanaminohars-kruisbindingsagente
Die hoofrol van aminoharse (melamien-formaldehied, bensomelamien-formaldehied, en ureum-formaldehiedharse) in termoverhardende bedekkings is om die hooffilmvormende materiaalmolekules deur chemiese reaksies in 'n driedimensionele netwerkstruktuur te kruisbind. Hierdie netwerkstruktuur word verkry deur die reaksie van aminoharsmolekules met die funksionele groepe op die filmvormende materiaalmolekules, en gelyktydig deur kondensasiepolimerisasie met ander aminoharsmolekules. Aminoharse reageer geredelik met polimere wat primêre en sekondêre hidroksielgroepe, karboksielgroepe en amiedgroepe bevat; daarom word aminoharse algemeen gebruik in verfstelsels gebaseer op akriel-, poliëster-, alkied- of epoksieharse.
Aminoharse word ook in poliuretaanstelsels as bedekkingsbymiddels gebruik om die algehele werkverrigting van bedekkings vir sekere toepassings te verbeter.
Die beginsel van aminoharse:
Die belangrikheid van aminoharse in bakvernis oortref hul aandeel in bedekkings verreweg. Om te verstaan hoe om die chemiese eienskappe van aminoharse in die ontwerp van bedekkingsformulerings te gebruik, word toenemend belangrik. Byvoorbeeld,Indien bedekkingsformuleerders ontevrede is met sekere eienskappe van die bedekkingsfilm, kan hulle dit aanpas deur die volgende metodes te gebruik:
1. Verbetering of herseleksie van die filmvormende hars self;
2. Seleksie van aminoharse (metieleterifikasie of butieleterifikasie, en seleksie van die graad van eterifikasie, ens.);
3. Die verhouding van filmvormende hars tot aminohars.
4. Katalisatorkeuse (of dit bygevoeg moet word of nie, en hoeveel om by te voeg).
Al vier punte hierbo, behalwe die eerste een,verwys na aminoharse. Die eienskappe van aminoharse hang af van hul funksionele groepe en hul aktiwiteit.; daarom is dit noodsaaklik om die struktuur van aminoharse te verstaan. Voordat aminoharse verstaan word, is dit egter noodsaaklik om 'n basiese begrip te hê van die gasheerharse wat in kombinasie met hulle gebruik word.
Soos vroeër genoem, is aminoharse hoofsaaklikgebruik in kombinasie met alkiedharse, akrielharse, poliësterharse en epoksiharseAlkiedharse word hoofsaaklik gesintetiseer uit poliole en poliasuurharse deur verestering. Tydens sintese is alkohole gewoonlik in oormaat; sommige karboksielgroepe van die poliasure reageer moontlik nie volledig nie, wat lei tot alkiedharse wat 'n sekere hoeveelheid karboksiel- en hidroksielgroepe bevat. Die hoeveelheid karboksiel- en hidroksielgroepe word gewoonlik gekenmerk deur suurwaarde en hidroksielwaarde. Suurwaarde verwys na die aantal milligram KOH wat benodig word om 1 g vaste hars te neutraliseer deur titrasie met KOH. Hidroksielwaarde verwys na die aantal milligram KOH wat benodig word om die OH-groepe in 1 g vaste hars volledig te neutraliseer deur titrasie met KOH. Net so bevat poliësterharse, akrielharse en aminoharse ook 'n sekere hoeveelheid karboksiel- en hidroksielgroepe. Die verskil lê in die grondstowwe wat gebruik word om die harse te sintetiseer; byvoorbeeld, die karboksielgroepe in akrielharse kom van akrielsuur, en die hidroksielgroepe kom van hidroksieakrielsuur. Die hoeveelhede karboksiel- en hidroksielgroepe in aminoharse verskil ook. Suurwaarde, hidroksielwaarde en viskositeit is alles belangrike aanwysers van harse wat hul werkverrigting direk beïnvloed.
Om terug te keer na die onderwerp van aminoharse, kom ons kyk eers na hul struktuur:
Figuur 1:
Figuur 2
Figuur 1 toon 'n gedeeltelik gealkileerde aminohars wat alkoksie-, imino- en hidroksimetielgroepe bevat. As ons die sesledige ring wat deur die koolstof- en stikstofatome gevorm word as 'n skelet beskou, kan die takke of strukture wat daarvan afgelei is, figuurlik beskryf word as drie koppe en ses arms. Die tallose variasies in die eienskappe van aminoharse is juis te wyte aan die verskille in hierdie ses "arms" en hul ingewikkelde rangskikkings en kombinasies.
Figuur 2 toon 'n uiters simmetriese HMMM-struktuur, d.w.s. 'n volledig gemetileerde aminohars, met slegs een funksionele groep: die metoksigroep, wat geïdealiseer is. Aangesien die graad van verethering nie 1:6 (die hoogste) in werklike produksie kan bereik nie, sal die sogenaamde volledig gemetileerde aminohars altyd 'n paar imino- en hidroksimetielgroepe bevat.
Kom ons begin deur die beginsels van aminoharse te verstaan om meer oor hul eienskappe te leer:
Die eerste stap in die sintese van die hars is om melamien met formaldehied te laat reageer in die teenwoordigheid van 'n katalisator om polihidroksimetielmelamien te vorm. Al die aktiewe waterstofatome op die triasienring kan omgeskakel word na hidroksimetielgroepe, maar in werklikheid is dit 2 tot 6 mol formaldehied wat op die triasienring reageer. Die oorblywende ongereageerde aktiewe waterstofatome word deur iminogroepe verteenwoordig. Soos ons later sal sien, speel hierdie groepe 'n belangrike rol in die uithardingsproses deur selfkondensasiepolimerisasie.
Polihidroksimetielmelamien is hoogs onstabiel en het beperkte oplosbaarheid in konvensionele bedekkingsoplosmiddels. Aminoharse funksioneer hoofsaaklik as kruisbindings- en uithardingsmiddels in bedekkings. Om 'n geskikte kruisbindingsmiddel vir bedekkings te skep, word die hidroksimetielgroep tipies vereter met 'n kortkettingalkohol om die reaktiwiteit daarvan te verminder en die versoenbaarheid daarvan met konvensionele filmvormende materiale en alifatiese oplosmiddels te verbeter. Metanol en butanol word algemeen as kortkettingalkohole gebruik. Deur die hoeveelheid metanol of butanol wat bygevoeg word en ander toestande te beheer, kan aminoharse met verskillende grade van vereterifikasie verkry word.
Slegs die plekke wat met formaldehied gereageer het (hidroksimetielgroepe) kan met alkohole ge-eindig word; die ongereageerde waterstofatome (iminogroepe) reageer nie met kortketting-alkohole nie. Verder toon hierdie reaksie dat al ses hidroksimetielgroepe met alkohole reageer om heksaalkoksiemetielmelamien te vorm, wat beteken dat die reaksie van een tot ses hidroksimetielgroepe met alkohole eintlik beheer kan word. Dit is hoekom ons sulke verskillende tipes aminoharse het.
Selfpolimerisasie van aminoharse :
Die molekulêre gewig van aminoharse word bepaal deur die mate van selfkondensasie ofkruisbindingtussen die funksionele groepe (imino, hidroksimetiel, alkoksimetieel) op die triasienring en melamienmolekules. In eindtoepassings beïnvloed die graad van kruisbindingspolimerisasie die molekulêre gewig van die aminohars en die werkverrigting van die bedekkingsfilm aansienlik.
Die selfkondensasiereaksie van aminoharse kan deur die volgende pad plaasvind:
Figuur 3:
Die reaksie aan die linkerkant vorm 'n metileenbrug, terwyl die reaksie aan die regterkant 'n metileen-eterbrug vorm. Die graad van brugvorming in aminoharse word gewoonlik uitgedruk as die graad van polimerisasie (DP): DP = molekulêre gewig / gewig van elke triasienring. Vroeë aminoharse was meestal selfpolimeriserend, met DP > 3.0. Tegnologiese vooruitgang het dit moontlik gemaak om selfkondensasie in voltooide aminoharse te minimaliseer. Tans het kommersieel beskikbare melamienharse DP's so laag as 1.1.
Die hoofimpak van aminohars molekulêre gewig word weerspieël in die viskositeit van die bedekking. Melamienharse met 'n DP > 2.0 moet met oplosmiddel verdun word tot 50%–80% vaste stowwe om 'n toepaslike viskositeit te bereik. Monomeer-tipe melamienharse met 'n DP tussen 1.1 en 1.5 word gewoonlik in 100% effektiewe vaste stowwe vorm verskaf; bykomende oplosmiddels het 'n beduidende impak op die VOS'e van die voltooide bedekking. Die molekulêre gewig van aminoharse beïnvloed ook die bedekking se uithardingsreaksie en filmeienskappe. 'n Bedekkingstelsel wat 'n hoë-DP aminohars gebruik, sal die gespesifiseerde kruisbindingsdigtheid in 'n korter tyd bereik as 'n bedekkingstelsel wat 'n aminohars met dieselfde struktuur, maar 'n laer DP gebruik. Daarom benodig bedekkings wat hoë-DP kruisbindingsagente bevat, minder katalisator of 'n swakker suurkatalisator om dieselfde uithardingstoestand te bereik. Die effek van molekulêre gewig op filmeienskappe is hoofsaaklik in die buigsaamheidsreeks. Bedekkings wat met hoë-DP aminoharse uitgehard word, bevat 'n hoër persentasie amino-aminobindings en minder amino-lakbindings. Hierdie tipe kruisbindingsnetwerkstruktuur vorm 'n laag met goeie hardheid, maar kan bros wees. Dit kan soms vergoed word deur 'n meer buigsame verfhars te kies. Toepassings wat hoogs buigsame bedekkings vereis, vereis egter gewoonlik monomeriese aminoharse.
Poliësters wat karboksielgroepe bevat, kan met melamien-formaldehied reageer om nuttige termoherstellende oppervlakbedekkings met 'n wye reeks fisiese eienskappe te produseer.
Baie gebutileerde melamien-formaldehiedharse is kommersieel lewensvatbaar, hoofsaaklik as gevolg van verskille in die aanvanklike graad van polimerisasie (molekulêre gewig) en die verhouding van alkoksiegroepe tot dié sonder hidroksimetielgroepe en aminowaterstowwe. Hierdie verskille beïnvloed vloeistofviskositeit, die versoenbaarheid van melamien met poliëster, en die uithardingspoed van die emalje. Tradisionele melamienharse, wat met syhidroksielgroepe reageer, kruisbind hoofsaaklik met poliëstermolekules. Aangesien die kruisbindingsreaksie suurgekataliseer word, beïnvloed sterk sure tipies die kruisbindingsreaksie van poliësterharse by uithardingstemperature tussen 120°C en 150°C; sommige poliësters benodig egter addisionele suurkatalise in baie swak sure om die emaljestelsel te genees.
Die volgende verskynsel bestaan: Benewens die kruisbindingsreaksie van melamien-poliëster, ondergaan gebutileerde melamien-formaldehiedhars ook 'n selfkondensasiereaksie. Dit wil sê, die aminohars ondergaan selfkruisbinding om 'n melamiennetwerkstruktuur te vorm. Hierdie reaksie vind gelyktydig met die melamien-poliësterreaksie plaas en is 'n mededingende reaksie. Die rede vir hierdie reaksie is dat, benewens butoksigroepe, gebutileerde melamien-formaldehiedhars ook vrye koolwaterstofmetielgroepe en waterstof van iminogroepe bevat, wat almal met mekaar kan reageer. Sodra die aminohars selfkruisbinding ondergaan, sal dit sommige van sy funksies verloor.
Alhoewel self-kruisbinding dikwels bedekkings groter hardheid en chemiese weerstand gee, lei dit tot 'n beduidende verlies aan elastisiteit. Om voldoende elastisiteit in poliëstervernis te verkry...
Heksametoksimetielmelamien (HMMM) is 'n volledig hidroksiegemetileerde en volledig gemetileerde monomeriese aminohars. Soortgelyk aan gebutileerde melamien-formaldehied, ondergaan dit 'n kruisbindingsreaksie met die hidroksielgroepe van poliësterhars na verhitting, wat 'n nie-versagtende vaste stof vorm. Sonder 'n suurkatalisator sal HMMM in wese nie selfkruisbinding ondergaan nie, selfs met langdurige tyd of verhoogde temperatuur. Grootmaat-HMMM sal egter 'n selfkruisbindingsreaksie by 150°C ondergaan in die teenwoordigheid van 'n sterk suurkatalisator. Omgekeerd, selfs in die afwesigheid van 'n sterk suur, sal konvensionele gebutileerde melamien- en ureumharse sterk selfkruisbindingsreaksies ondergaan met toenemende temperatuur.
Uithardingsreaksie van aminoharse:
Aangesien aminoharse gebruik word om die hooffilmvormende materiaalmolekules in 'n netwerkstruktuur te kruisbind, is die ko-kondensasiereaksie van aminoharse met verfharse van groot belang. 'n Tipiese voorbeeld is die eterifikasie- (uitruil-) reaksie.van hidroksielgroepe op verfharse en alkoksimetiegroepe op aminoharse.
Onder toestande van hitte en suurkatalisators (tipies uithardingstoestande) vind kruisbinding vinnig plaas, wat alle beskikbare hidroksielgroepe op die verf verbind. Trouens, soos die polimeernetwerkstruktuur vorm, neem die vloeibaarheid van die reaktante af, wat sommige hidroksielgroepe ongereageer laat. Oor die algemeen, wanneer 'n oormaat aminohars in die deklaag teenwoordig is in vergelyking met die ideale verhouding, kan die oorblywende alkoksiegroepe aan ander reaksies deelneem of ongereageer bly in die deklaagfilm. Soos vroeër genoem, skakel aminoharse maklik selfkruis en reageer met mekaar, wat lei tot 'n toename in molekulêre gewig tydens produksie. Hierdie reaksies vind ook plaas tydens die uitharding van die deklaag. Dus, eerder as om 'n negatiewe faktor te wees, is 'n sekere mate van selfkruisbinding van aminoharse noodsaaklik om 'n duursame, diggepakte polimeermatriks te verkry. Al drie funksionele groepe aminoharse neem deel aan selfkruisbindingsreaksies, en in volledig gealkyleerde melamienharsbedekkings wat deur sterk sure gekataliseer word, is daar bewyse dat hierdie reaksies plaasvind na eteruitruiling met die deklaaghars. In die afwesigheid van eksterne katalisators of swak suurkatalisators, vind hierdie self-kruisbindingsreaksies in 'n selfs groter mate plaas in melamienharsstelsels met hoë imino-/of hidroksimetielfunksionaliteit. In beide gevalle is 'n effense self-polimerisasiereaksie van kritieke belang vir die vorming van 'n goeie netwerkstruktuur.
Tydens die uitharding van aminohars-kruisgekoppelde bedekkings, vind ander reaksies plaas, naamlik formaldehiedverwydering en hidrolise. Formaldehiedverwydering vind geredelik plaas by normale uithardingstemperature, wat amper die enigste rede is vir die vrystelling van formaldehied tydens die uitharding van aminohars; die ander formaldehied is vry formaldehied.
Wanneer aminoharse kruisbind om films te vorm en uit te hars, vind sommige hidrolise-reaksies plaas. Tydens hierdie proses word sommige alkoksimetieelgroepe omgeskakel na hidroksimetielgroepe. Die hidrolise van melamienharse met 'n hoë imino- of hidroksimetileinhoud kan deur alkalieë gekataliseer word, en kan selfs stadig by kamertemperatuur plaasvind. Dit maak aminoharse meer geneig tot self-kruisbinding, wat lei tot 'n toename in die viskositeit van die deklaag tydens berging. Om dit te vermy, kan volledig gemetileerde melamienharse of mede-oplosmiddels wat bestand is teen alkalihidrolise in watergebaseerde bedekkings gebruik word. Volledig gealkyleerde melamienharse is bestand teen alkali-gekataliseerde hidrolise in watergebaseerde stelsels. Volledig gealkyleerde en gedeeltelik gealkyleerde melamienharse is nie bestand teen suur-gekataliseerde hidrolise in watergebaseerde stelsels nie; daarom moet 'n geblokkeerde suurkatalisator in die watergebaseerde stelsel gebruik word.
As jy meer wil weetkruisbindingsmiddelprodukte, kontak ons gerus.
Plasingstyd: 19 Desember 2025