Az alkalmazás áttekintéseaminogyanta térhálósító szerek
Az aminogyanták (melamin-formaldehid, benzomelamin-formaldehid és karbamid-formaldehid gyanták) fő szerepe a hőre keményedő bevonatokban a fő filmképző anyagmolekulák térhálósítása egy háromdimenziós hálózati struktúrává kémiai reakciók révén. Ez a hálózati struktúra az aminogyanta molekulák és a filmképző anyagmolekulák funkciós csoportjainak reakciója, valamint más aminogyanta molekulákkal történő kondenzációs polimerizáció révén jön létre. Az aminogyanták könnyen reagálnak primer és szekunder hidroxilcsoportokat, karboxilcsoportokat és amidcsoportokat tartalmazó polimerekkel; ezért az aminogyantákat általában akril-, poliészter-, alkid- vagy epoxigyanta alapú festékrendszerekben használják.
Az aminogyantákat poliuretán rendszerekben bevonat-adalékanyagként is használják, hogy bizonyos alkalmazásokban javítsák a bevonatok általános teljesítményét.
Az aminogyanták elve:
Az aminogyanták fontossága a sütőlakkokban messze meghaladja a bevonatokban való arányukat. Az aminogyanták kémiai tulajdonságainak a bevonatformulák tervezésében való felhasználásának megértése egyre fontosabbá válik. Például,Ha a bevonatkészítők elégedetlenek a bevonatfilm bizonyos tulajdonságaival, a következő módszerekkel módosíthatják azokat:
1. Magának a filmképző gyantának a fejlesztése vagy újraválasztása;
2. Aminos gyanták kiválasztása (metil-éterezés vagy butil-éterezés, és az éterezés mértékének kiválasztása stb.);
3. A filmképző gyanta és az aminogyanta aránya.
4. Katalizátor kiválasztása (hozzáadjuk-e vagy sem, és mennyit adjunk hozzá).
Mind a négy fenti pont, kivéve az elsőt,az aminogyantákra vonatkoznak. Az aminogyanták tulajdonságai a funkciós csoportjaiktól és aktivitásuktól függenek.; ezért az aminogyanták szerkezetének megértése kulcsfontosságú. Az aminogyanták megértése előtt azonban elengedhetetlen az alapanyagként használt gyanták alapvető ismerete.
Amint azt korábban említettük, az amino gyanták főkéntalkidgyantákkal, akrilgyantákkal, poliésztergyantákkal és epoxigyantákkal kombinálva használjákAz alkidgyantákat elsősorban poliolokból és polisavgyantákból szintetizálják észterezéssel. A szintézis során az alkoholok általában feleslegben vannak; a polisavak egyes karboxilcsoportjai nem feltétlenül reagálnak teljesen, aminek eredményeként az alkidgyanták bizonyos mennyiségű karboxil- és hidroxilcsoportot tartalmaznak. A karboxil- és hidroxilcsoportok mennyiségét általában a savszám és a hidroxilszám jellemzi. A savszám az 1 g szilárd gyanta KOH-val történő titrálással történő semlegesítéséhez szükséges KOH milligrammokban kifejezve. A hidroxilszám az 1 g szilárd gyanta OH-csoportjainak KOH-val történő titrálással történő teljes semlegesítéséhez szükséges KOH milligrammokban kifejezve. Hasonlóképpen, a poliésztergyanták, az akrilgyanták és az aminogyanták is tartalmaznak bizonyos mennyiségű karboxil- és hidroxilcsoportot. A különbség a gyanták szintéziséhez felhasznált alapanyagokban rejlik; például az akrilgyantákban lévő karboxilcsoportok akrilsavból, a hidroxilcsoportok pedig hidroxi-akrilsavból származnak. Az aminogyantákban lévő karboxil- és hidroxilcsoportok mennyisége is eltérő. A savszám, a hidroxilszám és a viszkozitás mind a gyanták fontos mutatói, amelyek közvetlenül befolyásolják teljesítményüket.
Visszatérve az aminogyanták témájához, először nézzük meg a szerkezetüket:
1. ábra:
2. ábra
Az 1. ábra egy részlegesen alkilezett aminogyantát mutat, amely alkoxi-, imino- és hidroximetil-csoportokat tartalmaz. Ha a szén- és nitrogénatomok által alkotott hattagú gyűrűt váznak tekintjük, az abból származó elágazások vagy szerkezetek képletesen három fejjel és hat karral rendelkezőként írhatók le. Az aminogyanták tulajdonságainak számtalan variációja pontosan e hat "kar" különbségeinek, valamint bonyolult elrendezésüknek és kombinációiknak köszönhető.
A 2. ábra egy rendkívül szimmetrikus HMMM szerkezetet mutat, azaz egy teljesen metilezett amino gyantát, amely csak egyetlen funkciós csoporttal, a metoxicsoporttal rendelkezik, és idealizált. Mivel az éterezés mértéke a tényleges gyártás során nem érheti el az 1:6-ot (a legmagasabb értéket), az úgynevezett teljesen metilezett amino gyanta mindig tartalmaz majd imino- és hidroximetil-csoportokat.
Kezdjük az aminogyanták alapelveinek megértésével, hogy megismerjük tulajdonságaikat:
A gyanta szintézisének első lépése a melamin és a formaldehid reakciója katalizátor jelenlétében, így polihidroximetil-melamin képződik. A triazingyűrűn található összes aktív hidrogénatom hidroximetil-csoportokká alakítható, de a valóságban 2-6 mol formaldehid reagál a triazingyűrűvel. A fennmaradó, nem reagált aktív hidrogénatomokat iminocsoportok képviselik. Amint később látni fogjuk, ezek a csoportok fontos szerepet játszanak a kikeményedési folyamatban az önkondenzációs polimerizáció révén.
A polihidroximetil-melamin rendkívül instabil, és korlátozottan oldódik a hagyományos bevonó oldószerekben. Az aminogyanták elsősorban térhálósító és kikeményítő szerként működnek a bevonatokban. A bevonatokhoz megfelelő térhálósító szer előállításához a hidroximetil-csoportot jellemzően rövid szénláncú alkohollal éteresítik, hogy csökkentsék reakcióképességét és javítsák kompatibilitását a hagyományos filmképző anyagokkal és alifás oldószerekkel. Rövid szénláncú alkoholként általában metanolt és butanolt használnak. A hozzáadott metanol vagy butanol mennyiségének és egyéb körülmények szabályozásával különböző éteresítési fokú aminogyanták nyerhetők.
Csak a formaldehiddel reagált helyek (hidroximetil-csoportok) zárhatók le alkoholokkal; a nem reagált hidrogénatomok (iminocsoportok) nem reagálnak rövid szénláncú alkoholokkal. Továbbá ez a reakció azt mutatja, hogy mind a hat hidroximetil-csoport reagál alkoholokkal hexaalkoximetil-melamint képezve, ami azt jelenti, hogy egy-hat hidroximetil-csoport alkoholokkal való reakciója valójában szabályozható. Ezért vannak ilyen különböző típusú aminogyantáink.
Önpolimerizáció amino gyantákból :
Az aminogyanták molekulatömegét az önkondenzáció mértéke, ill.térhálósítása triazingyűrűn lévő funkciós csoportok (imino, hidroximetil, alkoximetil) és a melamin molekulák között. A végfelhasználásokban a térhálósodás polimerizációjának mértéke jelentősen befolyásolja az aminogyanta molekulatömegét és a bevonófilm teljesítményét.
Az aminogyanták önkondenzációs reakciója a következő útvonalon keresztül mehet végbe:
3. ábra:
A bal oldali reakció metilénhidat, míg a jobb oldali reakció metilén-éter hidat képez. Az aminogyantákban az áthidalódás mértékét általában a polimerizációs fokként (DP) fejezik ki: DP = molekulatömeg / az egyes triazingyűrűk tömege. A korai aminogyanták többnyire önpolimerizálódtak, DP > 3,0 értékkel. A technológiai fejlesztések lehetővé tették az önkondenzáció minimalizálását a kész aminogyantákban. A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható melamingyanták DP-értéke akár 1,1 is lehet.
Az aminogyanta molekulatömegének fő hatása a bevonat viszkozitásában tükröződik. A 2,0-nál nagyobb DP-értékű melamingyantákat oldószerrel 50–80% szilárdanyag-tartalomra kell hígítani az alkalmazható viszkozitás eléréséhez. Az 1,1 és 1,5 közötti DP-értékű monomer típusú melamingyantákat általában 100%-os hatásos szilárdanyag-tartalommal szállítják; a további oldószerek jelentős hatással vannak a kész bevonat VOC-tartalmára. Az aminogyanták molekulatömege a bevonat kikeményedési reakcióját és a film tulajdonságait is befolyásolja. Egy nagy DP-értékű aminogyantát használó bevonórendszer rövidebb idő alatt éri el a megadott térhálósodási sűrűséget, mint egy azonos szerkezetű, de alacsonyabb DP-értékű aminogyantát használó bevonórendszer. Ezért a nagy DP-értékű térhálósító szereket tartalmazó bevonatok kevesebb katalizátort vagy gyengébb savas katalizátort igényelnek ugyanazon kikeményedési állapot eléréséhez. A molekulatömeg filmtulajdonságokra gyakorolt hatása főként a rugalmassági tartományban mutatkozik. A nagy DP-értékű aminogyantákkal kikeményedett bevonatok nagyobb százalékban tartalmaznak amino-amino kötéseket és kevesebb amino-lakk kötést. Ez a típusú térhálósító hálózati szerkezet jó keménységű bevonatot képez, de törékeny lehet. Ez néha kompenzálható egy rugalmasabb festékgyanta választásával. A nagy rugalmasságú bevonatokat igénylő alkalmazásokhoz azonban általában monomer aminogyantákra van szükség.
A karboxilcsoportokat tartalmazó poliészterek reakcióba léphetnek a melamin-formaldehiddel, és hasznos, hőre keményedő felületbevonatokat hozhatnak létre, amelyek széles fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Sok butilezett melamin-formaldehid gyanta kereskedelmi forgalomban is elérhető, elsősorban a kezdeti polimerizációs fok (molekulatömeg), valamint az alkoxicsoportok és a hidroximetil-csoportok, illetve aminohidrogének nélküli csoportok arányának különbségei miatt. Ezek a különbségek befolyásolják a folyadék viszkozitását, a melamin poliészterrel való kompatibilitását, valamint a zománc kikeményedési sebességét. A hagyományos melamingyanták az oldalsó hidroxilcsoportokkal reagálva elsősorban a poliészter molekulákkal térhálósodnak. Mivel a térhálósodási reakció savkatalizált, 120°C és 150°C közötti kikeményedési hőmérsékleten az erős savak jellemzően befolyásolják a poliészter gyanták térhálósodási reakcióját; azonban egyes poliészterek további savas katalízist igényelnek nagyon gyenge savakban a zománcrendszer kikeményítéséhez.
A következő jelenség létezik: A melamin-poliészter térhálósodási reakciója mellett a butilezett melamin-formaldehid gyanta is önkondenzációs reakción megy keresztül. Vagyis az amino gyanta öntérhálósodáson megy keresztül, melamin hálózati szerkezetet képezve. Ez a reakció a melamin-poliészter reakcióval egyidejűleg játszódik le, és egy versengő reakció. Ennek a reakciónak az az oka, hogy a butilezett melamin-formaldehid gyanta a butoxicsoportok mellett szabad szénhidrogén-metilcsoportokat és iminocsoportokból származó hidrogént is tartalmaz, amelyek mindegyike reakcióba léphet egymással. Miután az amino gyanta öntérhálósodáson megy keresztül, elveszíti funkcióinak egy részét.
Míg az ön-térhálósodás gyakran nagyobb keménységet és vegyi ellenállást biztosít a bevonatoknak, jelentős rugalmasságvesztést eredményez. A poliészter lakkok megfelelő rugalmasságának eléréséhez...
A hexametoximetil-melamin (HMMM) egy teljesen hidroximetilezett és teljesen metilált monomer aminogyanta. A butilezett melamin-formaldehidhez hasonlóan melegítés hatására térhálósodási reakcióba lép a poliészter gyanta hidroxilcsoportjaival, és nem lágyuló szilárd anyagot képez. Lényegében savas katalizátor nélkül a HMMM nem térhálósodik önmagától még hosszabb idő vagy megnövekedett hőmérséklet hatására sem. A tömbös HMMM azonban 150°C-on, erős savas katalizátor jelenlétében öntérhálósodási reakción megy keresztül. Ezzel szemben, még erős sav hiányában is, a hagyományos butilezett melamin- és karbamidgyanták erős öntérhálósodási reakciókon mennek keresztül a hőmérséklet emelkedésével.
Az aminogyanták kikeményedési reakciója:
Mivel az aminogyantákat a fő filmképző anyagmolekulák térhálós szerkezetté való térhálósítására használják, az aminogyanták és a festékgyanták kokondenzációs reakciója nagy érdeklődésre tart számot. Tipikus példa erre az éterezési (csere) reakció.hidroxilcsoportok festékgyantákon és alkoximetil-csoportok aminogyantákon.
Hő és savas katalizátorok hatására (jellemzően kikeményedési körülmények között) a térhálósodás gyorsan végbemegy, összekapcsolva a festék összes elérhető hidroxilcsoportját. Valójában, ahogy a polimer hálózati szerkezet kialakul, a reagensek folyékonysága csökken, így egyes hidroxilcsoportok reagálatlanok maradnak. Általában, ha az aminogyanta feleslegben van jelen a bevonatban az ideális arányhoz képest, a fennmaradó alkoxicsoportok más reakciókban vehetnek részt, vagy reagálatlanok maradhatnak a bevonófilmben. Amint azt korábban említettük, az aminogyanták könnyen térhálósodnak és reagálnak egymással, ami a molekulatömeg növekedését eredményezi a gyártás során. Ezek a reakciók a bevonat kikeményedése során is végbemennek. Így ahelyett, hogy negatív tényező lenne, az aminogyanták bizonyos mértékű önkeresztkötése elengedhetetlen a jól tartós, szorosan csomagolt polimer mátrix eléréséhez. Az aminogyanták mindhárom funkcionális csoportja részt vesz az önkeresztkötő reakciókban, és az erős savak által katalizált teljesen alkilezett melamingyanta bevonatokban bizonyítékok vannak arra, hogy ezek a reakciók a bevonógyantával való étercsere után mennek végbe. Külső katalizátorok vagy gyenge savas katalizátorok hiányában ezek az ön-térhálósodási reakciók még nagyobb mértékben mennek végbe a magas imino/vagy hidroximetil-funkcionalitású melamingyanta-rendszerekben. Mindkét esetben egy enyhe ön-polimerizációs reakció kulcsfontosságú a jó hálózati szerkezet kialakulásához.
Az aminogyantával térhálósított bevonatok kikeményedése során egyéb reakciók is zajlanak, például a formaldehid eltávolítása és hidrolízis. A formaldehid eltávolítása normál kikeményedési hőmérsékleten könnyen megtörténik, ami szinte az egyetlen oka a formaldehid felszabadulásának az aminogyanták kikeményedése során; a másik formaldehid a szabad formaldehid.
Amikor az aminogyanták térhálósodnak, filmeket képeznek és kikeményednek, hidrolízisreakciók mennek végbe. E folyamat során egyes alkoximetil-csoportok hidroximetil-csoportokká alakulnak. A magas imino- vagy hidroximetil-tartalmú melamingyanták hidrolízisét lúgok katalizálhatják, és szobahőmérsékleten is lassan végbemegy. Emiatt az aminogyanták hajlamosabbak az ön-térhálósodásra, ami a bevonat viszkozitásának növekedéséhez vezet tárolás közben. Ennek elkerülése érdekében a vízbázisú bevonatokban teljesen metilezett melamingyanták vagy a lúgos hidrolízisnek ellenálló társoldószerek használhatók. A teljesen alkilezett melamingyanták ellenállnak a lúgos hidrolízissel szemben a vízbázisú rendszerekben. A teljesen alkilezett és a részlegesen alkilezett melamingyanták nem ellenállnak a savkatalizált hidrolízissel szemben a vízbázisú rendszerekben; ezért a vízbázisú rendszerben blokkolt savkatalizátort kell használni.
Ha többet szeretne tudnitérhálósítószertermékek, forduljon hozzánk bizalommal.
Közzététel ideje: 2025. dec. 19.