Glycidylmethacrylat (GMA) ist ein Monomer mit Acrylat-Doppelbindungen und Epoxidgruppen. Die Acrylat-Doppelbindung ist hochreaktiv, kann Selbstpolymerisationsreaktionen eingehen und mit vielen anderen Monomeren copolymerisiert werden. Die Epoxidgruppe kann mit Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl- oder Säureanhydriden reagieren, wodurch weitere funktionelle Gruppen eingeführt und die Funktionalität des Produkts erhöht wird. Daher findet GMA ein extrem breites Anwendungsspektrum in der organischen Synthese, Polymersynthese, Polymermodifizierung, Verbundwerkstoffen, UV-härtenden Materialien, Beschichtungen, Klebstoffen, Leder, Chemiefaser-Papierherstellung, Druck- und Färbetechnik sowie vielen weiteren Bereichen.

Anwendung von GMA in der Pulverbeschichtung

Acryl-Pulverbeschichtungen bilden eine große Kategorie von Pulverbeschichtungen, die sich je nach verwendetem Härter in Hydroxyl-, Carboxyl-, Glycidyl- und Amidoacrylharze unterteilen lassen. Glycidylacrylharz ist dabei das am häufigsten verwendete Pulverbeschichtungsharz. Es kann mit Härtern wie mehrwertigen Hydroxysäuren, Polyaminen, Polyolen, Polyhydroxyharzen und Hydroxypolyesterharzen zu Filmen verarbeitet werden.

Methylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Butylacrylat und Styrol werden üblicherweise für die radikalische Polymerisation zur Synthese von Acrylharzen des GMA-Typs verwendet, wobei Dodecyldibasicsäure als Härter dient. Die so hergestellte Acrylpulverbeschichtung weist gute Eigenschaften auf. Im Syntheseprozess können Benzoylperoxid (BPO) und Azobisisobutyronitril (AIBN) oder deren Gemische als Initiatoren eingesetzt werden. Die Menge an GMA hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Beschichtungsfilms. Ist die Menge zu gering, ist der Vernetzungsgrad des Harzes niedrig, die Anzahl der Aushärtungsvernetzungspunkte gering, die Vernetzungsdichte des Beschichtungsfilms unzureichend und die Schlagfestigkeit des Beschichtungsfilms schlecht.

Anwendung von GMA bei der Polymermodifizierung

GMA kann aufgrund der reaktiven Acrylat-Doppelbindung auf Polymere aufgepfropft werden. Die in GMA enthaltene Epoxidgruppe kann mit einer Vielzahl anderer funktioneller Gruppen reagieren und so funktionalisierte Polymere bilden. GMA kann mittels verschiedener Verfahren wie Lösungs-, Schmelz-, Festphasen- und Strahlungspfropfung auf modifizierte Polyolefine aufgepfropft werden und bildet zudem funktionalisierte Copolymere mit Ethylen, Acrylat usw. Diese funktionalisierten Polymere eignen sich als Schlagzähigkeitsverstärker für technische Kunststoffe oder als Kompatibilisatoren zur Verbesserung der Kompatibilität von Polymerblends.

Der häufig für die Pfropfmodifizierung von Polyolefinen mit GMA verwendete Initiator ist Dicumylperoxid (DCP). Alternativ werden auch Benzoylperoxid (BPO), Acrylamid (AM), 2,5-Di-tert-butylperoxid oder 1,3-Di-tert-butylcumolperoxid eingesetzt. AM reduziert als Initiator den Abbau von Polypropylen signifikant. Die Pfropfung von GMA auf Polyolefine verändert dessen Struktur und damit die Oberflächen-, rheologischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften. GMA-modifiziertes Polyolefin erhöht die Polarität der Molekülketten und somit auch die Oberflächenpolarität. Daher sinkt der Oberflächenkontaktwinkel mit steigendem Pfropfungsgrad. Die veränderte Polymerstruktur nach der GMA-Modifizierung beeinflusst zudem die Kristallinität und die mechanischen Eigenschaften des Polymers.

Anwendung von GMA bei der Synthese von UV-härtbarem Harz

GMA kann zur Synthese von UV-härtbaren Harzen über verschiedene Synthesewege eingesetzt werden. Eine Methode besteht darin, zunächst durch radikalische oder Kondensationspolymerisation ein Präpolymer mit Carboxyl- oder Aminogruppen in der Seitenkette zu erhalten und anschließend GMA mit diesen funktionellen Gruppen zu verwenden, um photosensitive Gruppen einzuführen und so ein photohärtbares Harz zu erhalten. In der ersten Copolymerisation können verschiedene Comonomere eingesetzt werden, um Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Feng Zongcai et al. verwendeten 1,2,4-Trimellitsäureanhydrid und Ethylenglykol zur Synthese hyperverzweigter Polymere und führten anschließend über GMA photosensitive Gruppen ein, um schließlich ein photohärtbares Harz mit verbesserter Alkalilöslichkeit zu erhalten. Lu Tingfeng und andere verwendeten Poly-1,4-Butandioladipat, Toluoldiisocyanat, Dimethylolpropionsäure und Hydroxyethylacrylat, um zunächst ein Präpolymer mit lichtempfindlichen aktiven Doppelbindungen zu synthetisieren und es dann durch GMA einzuführen. Weitere lichthärtende Doppelbindungen werden durch Triethylamin neutralisiert, um eine wasserbasierte Polyurethanacrylatemulsion zu erhalten.