Ülevaade rakendamisestaminovaigu ristsiduvad ained
Aminovaikude (melamiin-formaldehüüd-, bensomelamiin-formaldehüüd- ja karbamiid-formaldehüüdvaigud) peamine roll termoreaktiivsetes katetes on peamiste kilet moodustavate materjalide molekulide ristseostumine kolmemõõtmeliseks võrgustikstruktuuriks keemiliste reaktsioonide abil. See võrgustikstruktuur saadakse aminovaigu molekulide reageerimisel kilet moodustava materjali molekulide funktsionaalrühmadega ja samaaegselt kondensatsioonpolümerisatsiooni teel teiste aminovaigu molekulidega. Aminovaigud reageerivad kergesti primaarseid ja sekundaarseid hüdroksüülrühmi, karboksüülrühmi ja amiidrühmi sisaldavate polümeeridega; seetõttu kasutatakse aminovaike tavaliselt akrüül-, polüester-, alküüd- või epoksüvaikudel põhinevates värvisüsteemides.
Aminovaike kasutatakse polüuretaansüsteemides ka katte lisanditena, et parandada katete üldist jõudlust teatud rakendustes.
Aminovaikude põhimõte:
Aminovaikude tähtsus küpsetuslakkides ületab kaugelt nende osakaalu katetes. Üha olulisemaks muutub mõistmine, kuidas aminovaikude keemilisi omadusi katte koostise kujundamisel ära kasutada. NäiteksKui kattekihi valmistajad ei ole kattekihi teatud omadustega rahul, saavad nad neid kohandada järgmiste meetodite abil:
1. Kilet moodustava vaigu enda täiustamine või ümbervalimine;
2. Aminovaigude valik (metüüleeterdamine või butüüleeterdamine ning eeterdamise astme valik jne);
3. Kilet moodustava vaigu ja aminovaigu suhe.
4. Katalüsaatori valik (kas seda lisada või mitte ja kui palju lisada).
Kõik neli ülaltoodud punkti, välja arvatud esimene,on seotud aminovaikudega. Aminovaigude omadused sõltuvad nende funktsionaalsetest rühmadest ja aktiivsusest.Seetõttu on aminovaikude struktuuri mõistmine ülioluline. Enne aminovaikude mõistmist on aga oluline omada põhiteadmisi peremeesvaikudest, mida nendega koos kasutatakse.
Nagu varem mainitud, on aminovaigud peamiseltkasutatakse koos alküüdvaikude, akrüülvaikude, polüestervaikude ja epoksüvaikudegaAlküüdvaigud sünteesitakse peamiselt polüoolidest ja polühappe vaikudest esterdamise teel. Sünteesi ajal on alkohole üldiselt liiga palju; mõned polühapete karboksüülrühmad ei pruugi täielikult reageerida, mille tulemuseks on alküüdvaigud, mis sisaldavad teatud koguses karboksüül- ja hüdroksüülrühmi. Karboksüül- ja hüdroksüülrühmade hulka iseloomustab tavaliselt happearv ja hüdroksüülarv. Happearv viitab KOH milligrammide arvule, mis on vajalik 1 g tahke vaigu neutraliseerimiseks KOH-ga tiitrimise teel. Hüdroksüülarv viitab KOH milligrammide arvule, mis on vajalik 1 g tahke vaigu OH-rühmade täielikuks neutraliseerimiseks KOH-ga tiitrimise teel. Samamoodi sisaldavad polüestervaigud, akrüülvaigud ja aminovaigud samuti teatud koguses karboksüül- ja hüdroksüülrühmi. Erinevus seisneb vaikude sünteesimiseks kasutatavates toorainetes; näiteks akrüülvaigudes olevad karboksüülrühmad pärinevad akrüülhappest ja hüdroksüülrühmad hüdroksüakrüülhappest. Ka karboksüül- ja hüdroksüülrühmade kogused aminovaigudes erinevad. Happearv, hüdroksüülarv ja viskoossus on kõik vaikude olulised näitajad, mis mõjutavad otseselt nende toimivust.
Aminovaikude teema juurde tagasi tulles vaatame kõigepealt nende struktuuri:
Joonis 1:
Joonis 2
Joonis 1 näitab osaliselt alküülitud aminovaiku, mis sisaldab alkoksü-, imino- ja hüdroksümetüülrühmi. Kui vaadelda süsiniku- ja lämmastikuaatomitest moodustunud kuueliikmelist tsüklit skeletina, siis sellest tulenevaid harusid või struktuure saab piltlikult kirjeldada kui kolme pea ja kuue haruga struktuure. Aminovaikude omaduste lugematud variatsioonid tulenevad just nende kuue "haru" erinevustest ning nende keerukast paigutusest ja kombinatsioonidest.
Joonis 2 näitab äärmiselt sümmeetrilist HMMM struktuuri, st täielikult metüleeritud aminovaiku, millel on ainult üks funktsionaalrühm: idealiseeritud metoksürühm. Kuna eeterdamise aste ei saa tegelikus tootmises ulatuda 1:6-ni (kõrgeim), sisaldab nn täielikult metüleeritud aminovaik alati mõningaid imino- ja hüdroksümetüülrühmi.
Alustame aminovaikude põhimõtete mõistmisest, et õppida tundma nende omadusi:
Vaigu sünteesi esimene samm on melamiini reageerimine formaldehüüdiga katalüsaatori juuresolekul, moodustades polühüdroksümetüülmelamiini. Kõik triasiinitsükli aktiivsed vesinikuaatomid saab muuta hüdroksümetüülrühmadeks, kuid tegelikkuses reageerib triasiinitsükliga 2–6 mooli formaldehüüdi. Ülejäänud reageerimata aktiivsed vesinikuaatomid on esindatud iminorühmadena. Nagu me hiljem näeme, mängivad need rühmad olulist rolli kõvenemisprotsessis isekondenseeruva polümerisatsiooni kaudu.
Polühüdroksümetüülmelamiin on väga ebastabiilne ja selle lahustuvus tavapärastes katmislahustites on piiratud. Aminovaigud toimivad katetes peamiselt ristsidumis- ja kõvendiainetena. Katete jaoks sobiva ristsidumisaine loomiseks eeterdatakse hüdroksümetüülrühm tavaliselt lühikese ahelaga alkoholiga, et vähendada selle reaktsioonivõimet ja parandada selle sobivust tavapäraste kilemoodustavate materjalide ja alifaatsete lahustitega. Lühikese ahelaga alkoholidena kasutatakse tavaliselt metanooli ja butanooli. Lisatava metanooli või butanooli koguse ja muude tingimuste kontrollimise abil saab saada erineva eeterdamisastmega aminovaike.
Ainult formaldehüüdiga reageerinud kohti (hüdroksümetüülrühmad) saab alkoholidega sulgeda; reageerimata jäänud vesinikuaatomid (iminorühmad) ei reageeri lühikese ahelaga alkoholidega. Lisaks näitab see reaktsioon, et kõik kuus hüdroksümetüülrühma reageerivad alkoholidega, moodustades heksaalkoksümetüülmelamiini, mis tähendab, et ühe kuni kuue hüdroksümetüülrühma reaktsiooni alkoholidega saab tegelikult kontrollida. Seetõttu on meil nii erinevat tüüpi aminovaike.
Isepolümerisatsioon aminovaikudest :
Aminovaikude molekulmass määratakse isekondenseerumise astme võiristseostaminetriasiinitsükli funktsionaalrühmade (imino-, hüdroksümetüül-, alkoksümetüülrühm) ja melamiinimolekulide vahel. Lõpprakendustes mõjutab ristseotud polümerisatsiooni aste oluliselt aminovaigu molekulmassi ja kattekile toimivust.
Aminovaikude isekondensatsioonireaktsioon võib toimuda järgmise raja kaudu:
Joonis 3:
Vasakpoolne reaktsioon moodustab metüleensilla, parempoolne reaktsioon aga metüleeneetrisilla. Aminovaikude silla astet väljendatakse tavaliselt polümerisatsiooniastmena (DP): DP = molekulmass / iga triasiintsükli kaal. Varased aminovaigud olid enamasti isepolümeriseeruvad, DP > 3,0. Tehnoloogilised edusammud on võimaldanud minimeerida isekondenseerumist valmis aminovaikudes. Praegu on kaubanduslikult saadaolevate melamiinvaikude DP vaid 1,1.
Aminovaigu molekulmassi peamine mõju kajastub katte viskoossuses. Melamiinvaigud DP-ga > 2,0 tuleb sobiva viskoossuse saavutamiseks lahjendada lahustiga 50–80% kuivainesisalduseni. Monomeertüüpi melamiinvaigud DP-ga vahemikus 1,1 kuni 1,5 tarnitakse tavaliselt 100% efektiivse kuivaine kujul; täiendavatel lahustitel on oluline mõju valmis katte lenduvate orgaaniliste ühendite sisaldusele. Aminovaikude molekulmass mõjutab ka katte kõvenemisreaktsiooni ja kile omadusi. Kõrge DP-ga aminovaiku kasutav kattesüsteem saavutab ettenähtud ristseostumise tiheduse lühema ajaga kui sama struktuuriga, kuid madalama DP-ga aminovaiku kasutav kattesüsteem. Seetõttu vajavad kõrge DP-ga ristseoseid sisaldavad katted sama kõvenemisseisundi saavutamiseks vähem katalüsaatorit või nõrgemat happekatalüsaatorit. Molekulaarmassi mõju kile omadustele on peamiselt paindlikkuse vahemikus. Kõrge DP-ga aminovaikudega kõvendatud katted sisaldavad suuremat protsenti amino-amino sidemeid ja vähem amino-lakk sidemeid. Seda tüüpi ristseostumise võrgustiku struktuur moodustab hea kõvadusega katte, kuid võib olla habras. Mõnikord saab seda kompenseerida paindlikuma värvivaigu valimisega. Kuid rakenduste puhul, mis nõuavad väga elastseid katteid, on üldiselt vaja monomeerseid aminovaike.
Karboksüülrühmi sisaldavad polüestrid võivad reageerida melamiinformaldehüüdiga, moodustades kasulikke termoreaktiivseid pinnakatteid, millel on lai valik füüsikalisi omadusi.
Paljud butüülitud melamiin-formaldehüüdvaigud on kaubanduslikult elujõulised, peamiselt tänu erinevustele esialgses polümerisatsiooniastmes (molekulaarmass) ja alkoksürühmade suhtest nende rühmadega, millel puuduvad hüdroksümetüülrühmad ja aminovesinikud. Need erinevused mõjutavad vedeliku viskoossust, melamiini kokkusobivust polüestriga ja emaili kõvenemiskiirust. Traditsioonilised melamiinvaigud, mis reageerivad külgmiste hüdroksüülrühmadega, ristseotuvad peamiselt polüestermolekulidega. Kuna ristseostumise reaktsioon on happekatalüüsitud, mõjutavad tugevad happed tavaliselt polüestervaikude ristseostumise reaktsiooni kõvenemistemperatuuridel vahemikus 120–150 °C; mõned polüestrid vajavad aga emailisüsteemi kõvenemiseks täiendavat happekatalüüsi väga nõrkades hapetes.
Esineb järgmine nähtus: lisaks melamiin-polüestri ristseostumise reaktsioonile läbib butüülitud melamiin-formaldehüüdvaigu ka isekondenseerumisreaktsiooni. See tähendab, et aminovaik läbib iseristseostumise, moodustades melamiini võrgustiku struktuuri. See reaktsioon toimub samaaegselt melamiin-polüestri reaktsiooniga ja on konkureeriv reaktsioon. Selle reaktsiooni põhjuseks on asjaolu, et lisaks butoksürühmadele sisaldab butüülitud melamiin-formaldehüüdvaigu ka vabu süsivesinikmetüülrühmi ja iminorühmadest pärinevat vesinikku, mis kõik saavad omavahel reageerida. Kui aminovaik läbib iseristseostumise, kaotab see osa oma funktsioonidest.
Kuigi iseristumine annab katetele sageli suurema kõvaduse ja keemilise vastupidavuse, toob see kaasa märkimisväärse elastsuse kaotuse. Polüesterlakkide piisava elastsuse saavutamiseks...
Heksametoksümetüülmelamiin (HMMM) on täielikult hüdroksümetüülitud ja täielikult metüleeritud monomeerne aminovaik. Sarnaselt butüülitud melamiinformaldehüüdiga läbib see kuumutamisel ristseostumise reaktsiooni polüestervaigu hüdroksüülrühmadega, moodustades mittepehmeneva tahke aine. Põhimõtteliselt ei toimu HMMM-i iseristumist ilma happekatalüsaatorita isegi pikema aja või temperatuuri tõustes. Kuid lahtise HMMM-i puhul toimub iseristumise reaktsioon temperatuuril 150 °C tugeva happekatalüsaatori juuresolekul. Seevastu isegi tugeva happe puudumisel läbivad tavalised butüülitud melamiin- ja karbamiidvaigud temperatuuri tõustes tugevaid iseristumise reaktsioone.
Aminovaikude kõvenemisreaktsioon:
Kuna aminovaike kasutatakse peamiste kilet moodustavate materjalide molekulide ristseostamiseks võrgustikstruktuuriks, pakub aminovaikude ja värvivaikude kaaskondensatsioonireaktsioon suurt huvi. Tüüpiline näide on eeterdamise (vahetuse) reaktsioon.hüdroksüülrühmadest värvivaikudel ja alkoksümetüülrühmadest aminovaikudel.
Kuumuse ja happekatalüsaatorite tingimustes (tavaliselt kõvenemistingimustes) toimub ristseostumine kiiresti, ühendades kõik värvil olevad hüdroksüülrühmad. Tegelikult väheneb polümeervõrgustiku moodustumisel reagentide voolavus, jättes mõned hüdroksüülrühmad reageerimata. Üldiselt, kui kattekihis on aminovaigu ülejääk võrreldes ideaalse suhtega, võivad ülejäänud alkoksürühmad osaleda muudes reaktsioonides või jääda kattekilesse reageerimata. Nagu varem mainitud, ristseostuvad aminovaigud kergesti ise ja reageerivad üksteisega, mille tulemuseks on molekulmassi suurenemine tootmise ajal. Need reaktsioonid toimuvad ka katte kõvenemise ajal. Seega, mitte negatiivne tegur, on aminovaikude teatud määral ise ristseostumine hädavajalik vastupidava ja tihedalt pakitud polümeermaatriksi saamiseks. Kõik kolm aminovaikude funktsionaalset rühma osalevad ise ristseostuvates reaktsioonides ja tugevate hapete katalüüsitud täielikult alküülitud melamiinvaigukatetes on tõendeid, et need reaktsioonid toimuvad pärast eetrivahetust kattevaiguga. Väliste katalüsaatorite või nõrkade happekatalüsaatorite puudumisel toimuvad need iseristuva sideme moodustumise reaktsioonid veelgi suuremal määral melamiinvaigusüsteemides, millel on kõrge imino-/või hüdroksümetüülfunktsionaalsus. Mõlemal juhul on kerge isepolümerisatsioonireaktsioon hea võrgustiku struktuuri moodustumiseks ülioluline.
Aminovaiguga ristseotud katete kõvenemise ajal toimuvad muud reaktsioonid, nagu formaldehüüdi eemaldamine ja hüdrolüüs. Formaldehüüdi eemaldamine toimub kergesti normaalsel kõvenemistemperatuuril, mis on peaaegu ainus põhjus formaldehüüdi vabanemiseks aminovaigu kõvenemise ajal; teine formaldehüüd on vaba formaldehüüd.
Kui aminovaigud ristseotuvad, moodustades kilesid ja kõvenedes, toimuvad mõned hüdrolüüsireaktsioonid. Selle protsessi käigus muundatakse mõned alkoksümetüülrühmad hüdroksümetüülrühmadeks. Suure imino- või hüdroksümetüüli sisaldusega melamiinvaikude hüdrolüüsi saavad katalüüsida leelised ja see võib toimuda isegi toatemperatuuril aeglaselt. See muudab aminovaigud ise ristseostumise suhtes altid, mis viib katte viskoossuse suurenemiseni ladustamise ajal. Selle vältimiseks saab veepõhistes katetes kasutada täielikult metüleeritud melamiinvaike või leeliselise hüdrolüüsi suhtes vastupidavaid kaaslahusteid. Täielikult alküülitud melamiinvaigud on veepõhistes süsteemides vastupidavad leelisega katalüüsitud hüdrolüüsile. Täielikult alküülitud ja osaliselt alküülitud melamiinvaigud ei ole veepõhistes süsteemides happega katalüüsitud hüdrolüüsile vastupidavad; seetõttu tuleb veepõhises süsteemis kasutada blokeeritud happekatalüüsijat.
Kui soovite rohkem teadaristsiduv ainetooted, võtke meiega julgelt ühendust.
Postituse aeg: 19. detsember 2025