Կիրառման ընդհանուր պատկերըամինո խեժի խաչաձև կապող նյութեր
Ջերմակայուն ծածկույթներում ամինո խեժերի (մելամին-ֆորմալդեհիդ, բենզոմելամին-ֆորմալդեհիդ և միզանյութ-ֆորմալդեհիդային խեժեր) հիմնական դերը հիմնական թաղանթ առաջացնող նյութի մոլեկուլները քիմիական ռեակցիաների միջոցով խաչաձև կապելն է եռաչափ ցանցային կառուցվածքի մեջ։ Այս ցանցային կառուցվածքը ստացվում է ամինո խեժի մոլեկուլների և թաղանթ առաջացնող նյութի մոլեկուլների վրա գտնվող ֆունկցիոնալ խմբերի փոխազդեցության և միաժամանակ այլ ամինո խեժի մոլեկուլների հետ կոնդենսացիոն պոլիմերացման միջոցով։ Ամինո խեժերը հեշտությամբ փոխազդում են առաջնային և երկրորդային հիդրօքսիլային խմբեր, կարբօքսիլային խմբեր և ամիդային խմբեր պարունակող պոլիմերների հետ. հետևաբար, ամինո խեժերը սովորաբար օգտագործվում են ակրիլային, պոլիեսթերային, ալկիդային կամ էպօքսիդային խեժերի վրա հիմնված ներկարարական համակարգերում։
Ամինո խեժերը նաև օգտագործվում են պոլիուրեթանային համակարգերում որպես ծածկույթների հավելանյութեր՝ որոշակի կիրառությունների համար ծածկույթների ընդհանուր կատարողականը բարելավելու համար:
Ամինո խեժերի սկզբունքը.
Ամինոխեների կարևորությունը թխման լաքերի մեջ զգալիորեն գերազանցում է դրանց համամասնությունը ծածկույթներում: Ծածկույթների բանաձևերի նախագծման մեջ ամինոխեների քիմիական հատկությունների օգտագործման եղանակը հասկանալը դառնում է ավելի ու ավելի կարևոր: Օրինակ՝Եթե ծածկույթի բաղադրատոմսերի արտադրողները դժգոհ են ծածկույթի թաղանթի որոշակի հատկություններից, նրանք կարող են դրանք կարգավորել հետևյալ մեթոդներով՝
1. Թաղանթ առաջացնող խեժի բարելավում կամ վերընտրություն։
2. Ամինո խեժերի ընտրություն (մեթիլ եթերացում կամ բուտիլ եթերացում, և եթերացման աստիճանի ընտրություն և այլն):
3. Թաղանթ առաջացնող խեժի և ամինո խեժի հարաբերակցությունը։
4. Կատալիզատորի ընտրություն (ավելացնել այն, թե ոչ, և որքան ավելացնել):
Վերը նշված բոլոր չորս կետերը, բացառությամբ առաջինի,վերաբերում են ամինո խեժերին։ Ամինո խեժերի հատկությունները կախված են դրանց ֆունկցիոնալ խմբերից և ակտիվությունից։հետևաբար, ամինո խեժերի կառուցվածքը հասկանալը կարևոր է: Այնուամենայնիվ, նախքան ամինո խեժերը հասկանալը, կարևոր է ունենալ հիմնական պատկերացում դրանց հետ համատեղ օգտագործվող հիմնական խեժերի մասին:
Ինչպես արդեն նշվեց, ամինո խեժերը հիմնականումօգտագործվում է ալկիդային խեժերի, ակրիլային խեժերի, պոլիեսթերային խեժերի և էպօքսիդային խեժերի հետ համատեղԱլկիդային խեժերը հիմնականում սինթեզվում են պոլիոլներից և պոլիաթթվային խեժերից՝ էսթերիֆիկացիայի միջոցով։ Սինթեզի ընթացքում սպիրտները սովորաբար ավելցուկային են լինում. պոլիաթթվերի որոշ կարբօքսիլային խմբեր կարող են լիովին չփոխազդել, ինչի արդյունքում ալկիդային խեժերը պարունակում են որոշակի քանակությամբ կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբեր։ Կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբերի քանակը սովորաբար բնութագրվում է թթվային թվով և հիդրօքսիլային թվով։ Թթվային թիվը վերաբերում է KOH-ի միլիգրամների քանակին, որը անհրաժեշտ է 1 գ պինդ խեժը KOH-ով տիտրման միջոցով չեզոքացնելու համար։ Հիդրօքսիլային թիվը վերաբերում է KOH-ի միլիգրամների քանակին, որը անհրաժեշտ է 1 գ պինդ խեժում OH խմբերը KOH-ով տիտրման միջոցով լիովին չեզոքացնելու համար։ Նմանապես, պոլիեսթերային խեժերը, ակրիլային խեժերը և ամինո խեժերը նույնպես պարունակում են որոշակի քանակությամբ կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբեր։ Տարբերությունը կայանում է խեժերը սինթեզելու համար օգտագործվող հումքի մեջ. օրինակ, ակրիլային խեժերի կարբօքսիլային խմբերը ստացվում են ակրիլաթթվից, իսկ հիդրօքսիլային խմբերը՝ հիդրօքսիակրիլաթթվից։ Ամինո խեժերում կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբերի քանակները նույնպես տարբերվում են։ Թթվային թիվը, հիդրօքսիլային թիվը և մածուցիկությունը խեժերի կարևոր ցուցանիշներ են, որոնք անմիջականորեն ազդում են դրանց արդյունավետության վրա։
Վերադառնալով ամինո խեժերի թեմային, նախ նայենք դրանց կառուցվածքին.
Նկար 1:
Նկար 2
Նկար 1-ը ցույց է տալիս մասամբ ալկիլացված ամինո խեժ, որը պարունակում է ալկօքսի, իմինո և հիդրօքսիմեթիլ խմբեր: Եթե ածխածնի և ազոտի ատոմների կողմից ձևավորված վեցանդամ օղակը դիտարկենք որպես կմախք, դրանից ստացված ճյուղերը կամ կառուցվածքները կարելի է փոխաբերականորեն նկարագրել որպես երեք գլխիկ և վեց թև ունեցող: Ամինո խեժերի հատկությունների անհամար տատանումները պայմանավորված են հենց այս վեց «թևերի» տարբերություններով և դրանց բարդ դասավորություններով ու համադրություններով:
Նկար 2-ը ցույց է տալիս չափազանց սիմետրիկ HMMM կառուցվածք, այսինքն՝ լիովին մեթիլացված ամինո խեժ, որն ունի միայն մեկ ֆունկցիոնալ խումբ՝ մետօքսի խումբ, որը իդեալականացված է: Քանի որ եթերացման աստիճանը իրական արտադրության մեջ չի կարող հասնել 1:6-ի (ամենաբարձրը), այսպես կոչված լիովին մեթիլացված ամինո խեժը միշտ կպարունակի որոշ իմինո և հիդրօքսիմեթիլ խմբեր:
Եկեք սկսենք ամինո խեժերի սկզբունքները հասկանալուց՝ դրանց հատկությունների մասին իմանալու համար.
Խեժի սինթեզման առաջին քայլը մելամինի և ֆորմալդեհիդի փոխազդեցությունն է կատալիզատորի առկայությամբ՝ պոլիհիդրօքսիմեթիլ մելամին առաջացնելու համար: Տրիազինի օղակի վրա գտնվող բոլոր ակտիվ ջրածնի ատոմները կարող են փոխակերպվել հիդրօքսիմեթիլ խմբերի, բայց իրականում տրիազինի օղակի հետ փոխազդում է 2-ից 6 մոլ ֆորմալդեհիդ: Մնացած չռեակցված ակտիվ ջրածնի ատոմները ներկայացված են իմինո խմբերով: Ինչպես կտեսնենք ավելի ուշ, այս խմբերը կարևոր դեր են խաղում կարծրացման գործընթացում՝ ինքնախտացման պոլիմերացման միջոցով:
Պոլիհիդրօքսիմեթիլ մելամինը խիստ անկայուն է և ունի սահմանափակ լուծելիություն ավանդական ծածկույթների լուծիչներում: Ամինո խեժերը հիմնականում գործում են որպես խաչաձև կապող և ամրացնող նյութեր ծածկույթներում: Ծածկույթների համար հարմար խաչաձև կապող նյութ ստեղծելու համար հիդրօքսիմեթիլ խումբը սովորաբար եթերացվում է կարճ շղթայով սպիրտով՝ դրա ռեակտիվությունը նվազեցնելու և ավանդական թաղանթագոյացնող նյութերի և ալիֆատիկ լուծիչների հետ համատեղելիությունը բարելավելու համար: Մեթանոլը և բութանոլը սովորաբար օգտագործվում են որպես կարճ շղթայով սպիրտներ: Ավելացված մեթանոլի կամ բութանոլի քանակը և այլ պայմանները վերահսկելով՝ կարելի է ստանալ տարբեր աստիճանի եթերացման ամինո խեժեր:
Միայն այն տեղամասերը, որոնք ռեակցիայի մեջ են մտել ֆորմալդեհիդի (հիդրօքսիմեթիլ խմբեր) հետ, կարող են ծայրային կապակցված լինել սպիրտների հետ. չռեակցված ջրածնի ատոմները (իմինո խմբեր) չեն ռեակցիայի մեջ մտնում կարճ շղթայով սպիրտների հետ։ Ավելին, այս ռեակցիան ցույց է տալիս, որ բոլոր վեց հիդրօքսիմեթիլ խմբերը ռեակցիայի մեջ են մտնում սպիրտների հետ՝ առաջացնելով հեքսաալկօքսիմեթիլ մելամին, ինչը նշանակում է, որ մեկից վեց հիդրօքսիմեթիլ խմբերի ռեակցիան սպիրտների հետ կարող է իրականում վերահսկվել։ Ահա թե ինչու մենք ունենք ամինո խեժերի այդքան տարբեր տեսակներ։
Ինքնապոլիմերացում ամինո խեժերի :
Ամինո խեժերի մոլեկուլային քաշը որոշվում է ինքնախառնման աստիճանով կամխաչաձև կապակցումտրիազինի օղակի և մելամինի մոլեկուլների վրա ֆունկցիոնալ խմբերի (իմինո, հիդրօքսիմեթիլ, ալկօքսիմեթիլ) միջև։ Վերջնական կիրառություններում խաչաձև կապակցման պոլիմերացման աստիճանը զգալիորեն ազդում է ամինո խեժի մոլեկուլային քաշի և ծածկույթային թաղանթի աշխատանքի վրա։
Ամինո խեժերի ինքնախտացման ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ հետևյալ ուղով.
Նկար 3:
Ձախ կողմում գտնվող ռեակցիան առաջացնում է մեթիլենային կամուրջ, մինչդեռ աջ կողմում գտնվող ռեակցիան առաջացնում է մեթիլենային եթերային կամուրջ: Ամինո խեժերում կամրջման աստիճանը սովորաբար արտահայտվում է պոլիմերացման աստիճանով (ՊԱ): ՊԱ = յուրաքանչյուր տրիազինային օղակի մոլեկուլային քաշը / քաշը: Վաղ ամինո խեժերը հիմնականում ինքնապոլիմերացվում էին, ՊԱ > 3.0-ով: Տեխնոլոգիական առաջընթացը հնարավորություն է տվել նվազագույնի հասցնել ինքնախտացումը պատրաստի ամինո խեժերում: Ներկայումս առևտրային առումով մատչելի մելամինային խեժերն ունեն ՊԱ մինչև 1.1:
Ամինո խեժի մոլեկուլային քաշի հիմնական ազդեցությունը արտացոլվում է ծածկույթի մածուցիկության մեջ: Մելամինային խեժերը, որոնք ունեն DP > 2.0, պետք է նոսրացվեն լուծիչով մինչև 50%-80% պինդ նյութ՝ համապատասխան մածուցիկության հասնելու համար: Մոնոմերային տիպի մելամինային խեժերը, որոնց DP-ն 1.1-ից 1.5 է, սովորաբար մատակարարվում են 100% արդյունավետ պինդ նյութի տեսքով. լրացուցիչ լուծիչները զգալի ազդեցություն ունեն պատրաստի ծածկույթի ցնդող օրգանական միացությունների (VOC) վրա: Ամինո խեժերի մոլեկուլային քաշը նույնպես ազդում է ծածկույթի կարծրացման ռեակցիայի և թաղանթի հատկությունների վրա: Բարձր DP-ով ամինո խեժ օգտագործող ծածկույթի համակարգը կհասնի նշված խաչաձև կապի խտությանը ավելի կարճ ժամանակում, քան նույն կառուցվածքով, բայց ավելի ցածր DP-ով ամինո խեժ օգտագործող ծածկույթի համակարգը: Հետևաբար, բարձր DP-ով խաչաձև կապող նյութեր պարունակող ծածկույթները պահանջում են ավելի քիչ կատալիզատոր կամ ավելի թույլ թթվային կատալիզատոր՝ նույն կարծրացման վիճակին հասնելու համար: Մոլեկուլային քաշի ազդեցությունը թաղանթի հատկությունների վրա հիմնականում ճկունության միջակայքում է: Բարձր DP-ով ամինո խեժերով կարծրացված ծածկույթները պարունակում են ամինո-ամինո կապերի ավելի բարձր տոկոս և ավելի քիչ ամինո-լաքային կապեր: Այս տեսակի խաչաձև կապակցող ցանցային կառուցվածքը ձևավորում է լավ կարծրություն ունեցող ծածկույթ, բայց կարող է փխրուն լինել: Սա երբեմն կարելի է փոխհատուցել ավելի ճկուն ներկի խեժ ընտրելով: Այնուամենայնիվ, բարձր ճկունության ծածկույթներ պահանջող կիրառությունները սովորաբար պահանջում են մոնոմերային ամինո խեժեր:
Կարբօքսիլային խմբեր պարունակող պոլիեսթերները կարող են ռեակցիայի մեջ մտնել մելամին-ֆորմալդեհիդի հետ՝ ստանալով օգտակար ջերմակայուն մակերեսային ծածկույթներ՝ ֆիզիկական հատկությունների լայն շրջանակով։
Բուտիլացված մելամին-ֆորմալդեհիդային խեժերի մեծ մասը առևտրային առումով կենսունակ է, հիմնականում պոլիմերացման սկզբնական աստիճանի (մոլեկուլային քաշ) և ալկօքսի խմբերի և հիդրօքսիմեթիլ խմբեր ու ամինո ջրածիններ չունեցող խմբերի հարաբերակցության տարբերությունների պատճառով: Այս տարբերությունները ազդում են հեղուկի մածուցիկության, մելամինի համատեղելիության և էմալի կարծրացման արագության վրա: Ավանդական մելամինային խեժերը, ռեակցիայի մեջ մտնելով կողմնակի հիդրօքսիլ խմբերի հետ, հիմնականում խաչաձև կապվում են պոլիեսթերի մոլեկուլների հետ: Քանի որ խաչաձև կապման ռեակցիան թթվային կատալիզացված է, 120°C-ից 150°C կարծրացման ջերմաստիճաններում ուժեղ թթուները սովորաբար ազդում են պոլիեսթերային խեժերի խաչաձև կապման ռեակցիայի վրա. սակայն որոշ պոլիեսթերներ պահանջում են լրացուցիչ թթվային կատալիզ շատ թույլ թթուներում՝ էմալի համակարգը կարծրացնելու համար:
Գոյություն ունի հետևյալ երևույթը. մելամին-պոլիեսթերի խաչաձև կապի ռեակցիայից բացի, բուտիլացված մելամին-ֆորմալդեհիդային խեժը նույնպես ենթարկվում է ինքնախտացման ռեակցիայի: Այսինքն՝ ամինո խեժը ենթարկվում է ինքնախաչաձև կապի՝ մելամինային ցանցային կառուցվածք առաջացնելով: Այս ռեակցիան տեղի է ունենում մելամին-պոլիեսթեր ռեակցիայի հետ միաժամանակ և մրցակցային ռեակցիա է: Այս ռեակցիայի պատճառն այն է, որ բուտօքսի խմբերից բացի, բուտիլացված մելամին-ֆորմալդեհիդային խեժը պարունակում է նաև ազատ ածխաջրածնային մեթիլ խմբեր և իմինո խմբերից ջրածին, որոնք բոլորը կարող են փոխազդել միմյանց հետ: Երբ ամինո խեժը ենթարկվում է ինքնախաչաձև կապի, այն կորցնում է իր որոշ գործառույթներ:
Թեև ինքնախաչաձև կապումը հաճախ ծածկույթներին տալիս է ավելի մեծ կարծրություն և քիմիական դիմադրություն, այն հանգեցնում է առաձգականության զգալի կորստի: Պոլիեսթերային լաքերում բավարար առաձգականություն ապահովելու համար...
Հեքսամետօքսիմեթիլ մելամինը (ՀՄՄՄ) լիովին հիդրօքսիմեթիլացված և լիովին մեթիլացված մոնոմերային ամինո խեժ է: Բուտիլացված մելամին-ֆորմալդեհիդի նման, այն տաքացնելիս խաչաձև կապման ռեակցիա է ենթարկում պոլիեսթերային խեժի հիդրօքսիլային խմբերի հետ՝ առաջացնելով չփափկեցնող պինդ նյութ: Ըստ էության, առանց թթվային կատալիզատորի, ՀՄՄՄ-ը չի ենթարկվի ինքնախաչաձև կապման նույնիսկ երկար ժամանակի կամ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Այնուամենայնիվ, զանգվածային ՀՄՄՄ-ը կենթարկվի ինքնախաչաձև կապման ռեակցիայի 150°C ջերմաստիճանում՝ ուժեղ թթվային կատալիզատորի առկայության դեպքում: Եվ հակառակը, նույնիսկ ուժեղ թթվի բացակայության դեպքում, սովորական բուտիլացված մելամինի և միզանյութի խեժերը կենթարկվեն ուժեղ ինքնախաչաձև կապման ռեակցիաների՝ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ:
Ամինո խեժերի կարծրացման ռեակցիան՝
Քանի որ ամինո խեժերն օգտագործվում են թաղանթ առաջացնող հիմնական նյութի մոլեկուլները ցանցային կառուցվածքի մեջ խաչաձև կապելու համար, ամինո խեժերի և ներկերի խեժերի համատեղ խտացման ռեակցիան մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում: Տիպիկ օրինակ է եթերացման (փոխանակման) ռեակցիան:հիդրօքսիլային խմբերի և ալկօքսիմեթիլային խմբերի՝ ամինո խեժերի վրա։
Ջերմային և թթվային կատալիզատորների պայմաններում (սովորաբար կարծրացման պայմաններում), խաչաձև կապը տեղի է ունենում արագ՝ միացնելով ներկի վրա առկա բոլոր հիդրօքսիլային խմբերը: Փաստորեն, պոլիմերային ցանցային կառուցվածքի ձևավորմանը զուգընթաց, ռեակտիվների հեղուկությունը նվազում է, որոշ հիդրօքսիլային խմբեր թողնելով չռեակցիայի մեջ: Ընդհանուր առմամբ, երբ ծածկույթում առկա է ամինո խեժի ավելցուկ՝ իդեալական հարաբերակցության համեմատ, մնացած ալկօքսիային խմբերը կարող են մասնակցել այլ ռեակցիաների կամ մնալ չռեակցիայի մեջ ծածկույթի թաղանթում: Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, ամինո խեժերը հեշտությամբ ինքնակապվում են և ռեակցիայի մեջ են մտնում միմյանց հետ, ինչը հանգեցնում է մոլեկուլային քաշի աճի արտադրության ընթացքում: Այս ռեակցիաները տեղի են ունենում նաև ծածկույթի կարծրացման ընթացքում: Այսպիսով, բացասական գործոն չլինելու փոխարեն, ամինո խեժերի որոշակի աստիճանի ինքնակապումը կարևոր է լավ դիմացկուն, խիտ փաթեթավորված պոլիմերային մատրից ստանալու համար: Ամինո խեժերի բոլոր երեք ֆունկցիոնալ խմբերը մասնակցում են ինքնակապման ռեակցիաներին, և լիովին ալկիլացված մելամինային խեժի ծածկույթներում, որոնք կատալիզացվում են ուժեղ թթուներով, կան ապացույցներ, որ այս ռեակցիաները տեղի են ունենում ծածկույթի խեժի հետ եթերի փոխանակումից հետո: Արտաքին կամ թույլ թթվային կատալիզատորների բացակայության դեպքում, այս ինքնակապման ռեակցիաները տեղի են ունենում ավելի մեծ չափով մելամինային խեժային համակարգերում՝ բարձր իմինո/կամ հիդրօքսիմեթիլ ֆունկցիոնալությամբ։ Երկու դեպքում էլ, թույլ ինքնապոլիմերացման ռեակցիան կարևոր է լավ ցանցային կառուցվածքի ձևավորման համար։
Ամինոխեժերի խաչաձև կապված ծածկույթների կարծրացման ընթացքում տեղի են ունենում նաև ֆորմալդեհիդի հեռացման և հիդրոլիզի այլ ռեակցիաներ: Ֆորմալդեհիդի հեռացումը հեշտությամբ տեղի է ունենում նորմալ կարծրացման ջերմաստիճաններում, ինչը ամինոխեժերի կարծրացման ընթացքում ֆորմալդեհիդի արտազատման գրեթե միակ պատճառն է. մյուս ֆորմալդեհիդը ազատ ֆորմալդեհիդն է:
Երբ ամինո խեժերը խաչաձև կապվում են՝ թաղանթներ առաջացնելով և կարծրացնելով, տեղի են ունենում որոշ հիդրոլիզի ռեակցիաներ: Այս գործընթացի ընթացքում որոշ ալկօքսիմեթիլ խմբեր վերածվում են հիդրօքսիմեթիլ խմբերի: Բարձր իմինո կամ հիդրօքսիմեթիլ պարունակությամբ մելամինային խեժերի հիդրոլիզը կարող է կատալիզացվել ալկալիների կողմից և նույնիսկ կարող է դանդաղորեն տեղի ունենալ սենյակային ջերմաստիճանում: Սա ամինո խեժերը ավելի հակված է դարձնում ինքնախաչաձև կապմանը, ինչը հանգեցնում է ծածկույթի մածուցիկության բարձրացմանը պահպանման ընթացքում: Դրանից խուսափելու համար ջրային հիմքով ծածկույթներում կարող են օգտագործվել լիովին մեթիլացված մելամինային խեժեր կամ ալկալային հիդրոլիզին դիմացկուն համալուծիչներ: Լիովին ալկիլացված մելամինային խեժերը ջրային հիմքով համակարգերում դիմացկուն են ալկալային կատալիզացված հիդրոլիզին: Լիովին ալկիլացված և մասնակիորեն ալկիլացված մելամինային խեժերը ջրային հիմքով համակարգերում դիմացկուն չեն թթվային կատալիզացված հիդրոլիզին. հետևաբար, ջրային հիմքով համակարգում պետք է օգտագործվի արգելափակված թթվային կատալիզատոր:
Եթե ուզում եք ավելին իմանալխաչաձև կապող նյութապրանքներ, խնդրում ենք կապվել մեզ հետ։
Հրապարակման ժամանակը. Դեկտեմբերի 19-2025
