Преглед на примената наамино смола за вкрстено поврзување
Главната улога на амино смоли (меламин-формалдехид, бензомеламин-формалдехид и уреа-формалдехид смоли) во термореактивните премази е вкрстено поврзување на главните молекули на материјалот што формира филм во тридимензионална мрежна структура преку хемиски реакции. Оваа мрежна структура се добива преку реакција на молекулите на амино смолата со функционалните групи на молекулите на материјалот што формира филм, а истовремено преку кондензациска полимеризација со други молекули на амино смола. Амино смоли лесно реагираат со полимери што содржат примарни и секундарни хидроксилни групи, карбоксилни групи и амидни групи; затоа, амино смоли најчесто се користат во системи за боење базирани на акрилни, полиестерски, алкидни или епоксидни смоли.
Амино смоли се користат и во полиуретанските системи како адитиви за премази за подобрување на целокупните перформанси на премазите за одредени намени.
Принципот на амино смоли:
Важноста на амино смоли во лаковите за печење далеку го надминува нивниот удел во премазите. Разбирањето како да се искористат хемиските својства на амино смоли во дизајнот на формулациите за премази станува сè поважно. На пример,Доколку формулаторите на премази се незадоволни со одредени својства на премазивениот филм, тие можат да ги прилагодат користејќи ги следниве методи:
1. Подобрување или повторна селекција на самата филм-формирачка смола;
2. Избор на амино смоли (метил етерификација или бутил етерификација и избор на степен на етерификација итн.);
3. Односот на филм-формирачката смола и амино смолата.
4. Избор на катализатор (дали да се додаде или не и колку да се додаде).
Сите четири точки погоре, освен првата,се однесуваат на амино смоли. Својствата на амино смоли зависат од нивните функционални групи и нивната активност.; затоа, разбирањето на структурата на амино смоли е клучно. Сепак, пред да се разберат амино смоли, важно е да се има основно разбирање на смоли-домаќини што се користат во комбинација со нив.
Како што споменавме претходно, амино смоли се главносе користи во комбинација со алкидни смоли, акрилни смоли, полиестерски смоли и епоксидни смолиАлкидните смоли првенствено се синтетизираат од полиоли и полиацидни смоли преку естерификација. За време на синтезата, алкохолите генерално се во вишок; некои карбоксилни групи на полиацидите може да не реагираат целосно, што резултира со алкидни смоли кои содржат одредена количина на карбоксилни и хидроксилни групи. Количината на карбоксилни и хидроксилни групи обично се карактеризира со киселинска вредност и хидроксилна вредност. Киселинската вредност се однесува на бројот на милиграми KOH потребни за неутрализирање на 1 g цврста смола со титрација со KOH. Хидроксилната вредност се однесува на бројот на милиграми KOH потребни за целосна неутрализација на OH групите во 1 g цврста смола со титрација со KOH. Слично на тоа, полиестерските смоли, акрилните смоли и амино смоли исто така содржат одредена количина на карбоксилни и хидроксилни групи. Разликата лежи во суровините што се користат за синтеза на смоли; на пример, карбоксилните групи во акрилните смоли доаѓаат од акрилна киселина, а хидроксилните групи доаѓаат од хидроксиакрилна киселина. Количините на карбоксилни и хидроксилни групи во амино смоли исто така се разликуваат. Киселинската вредност, хидроксилната вредност и вискозитетот се важни индикатори за смоли, кои директно влијаат на нивните перформанси.
Враќајќи се на темата за амино смоли, прво да ја разгледаме нивната структура:
Слика 1:
Слика 2
Слика 1 прикажува делумно алкилирана амино смола што содржи алкокси, имино и хидроксиметил групи. Ако го земеме предвид шестчлениот прстен формиран од атомите на јаглерод и азот како скелет, гранките или структурите добиени од него може фигуративно да се опишат како да имаат три глави и шест краци. Безбројните варијации во својствата на амино смоли се должат токму на разликите во овие шест „краци“ и нивните сложени распореди и комбинации.
Слика 2 покажува екстремно симетрична HMMM структура, т.е. целосно метилирана амино смола, со само една функционална група: метокси група, која е идеализирана. Бидејќи степенот на етерификација не може да достигне 1:6 (највисок) при вистинско производство, таканаречената целосно метилирана амино смола секогаш ќе содржи некои имино и хидроксиметил групи.
Да почнеме со разбирање на принципите на амино смоли за да дознаеме повеќе за нивните својства:
Првиот чекор во синтетизирањето на смолата е реакција на меламин со формалдехид во присуство на катализатор за да се формира полихидроксиметил меламин. Сите активни атоми на водород на триазинскиот прстен можат да се претворат во хидроксиметил групи, но всушност, од 2 до 6 молови формалдехид реагираат на триазинскиот прстен. Останатите нереагирани активни атоми на водород се претставени со имино групи. Како што ќе видиме подоцна, овие групи играат важна улога во процесот на стврднување преку полимеризација со самокондензација.
Полихидроксиметил меламинот е многу нестабилен и има ограничена растворливост во конвенционалните растворувачи за премази. Амино смоли првенствено функционираат како средства за вкрстено поврзување и стврднување во премазите. За да се создаде соодветен агенс за вкрстено поврзување за премази, хидроксиметил групата обично се етеризира со алкохол со краток синџир за да се намали нејзината реактивност и да се подобри нејзината компатибилност со конвенционалните материјали што формираат филм и алифатични растворувачи. Метанолот и бутанолот најчесто се користат како алкохоли со краток синџир. Со контролирање на количината на додаден метанол или бутанол и други услови, може да се добијат амино смоли со различни степени на етерификација.
Само местата што реагирале со формалдехид (хидроксиметил групи) можат да бидат затворени со алкохоли; нереагираните атоми на водород (имино групи) не реагираат со алкохоли со краток синџир. Понатаму, оваа реакција покажува дека сите шест хидроксиметил групи реагираат со алкохоли за да формираат хексаалкоксиметил меламин, што значи дека реакцијата на една до шест хидроксиметил групи со алкохоли всушност може да се контролира. Затоа имаме толку различни видови амино смоли.
Самополимеризација од амино смоли :
Молекуларната тежина на амино смоли се определува според степенот на самокондензација иливкрстено поврзувањепомеѓу функционалните групи (имино, хидроксиметил, алкоксиметил) на триазинскиот прстен и молекулите на меламин. Во крајните апликации, степенот на вкрстено-поврзувачка полимеризација значително влијае на молекуларната тежина на амино смолата и на перформансите на филмот за обложување.
Реакцијата на самокондензација на амино смоли може да се случи преку следниот пат:
Слика 3:
Реакцијата лево формира метиленски мост, додека реакцијата десно формира метиленски етерски мост. Степенот на премостување кај амино смоли обично се изразува како степен на полимеризација (DP): DP = молекуларна тежина / тежина на секој триазински прстен. Раните амино смоли биле претежно самополимеризирачки, со DP > 3,0. Технолошкиот напредок овозможил минимизирање на самокондензацијата кај готовите амино смоли. Во моментов, комерцијално достапните меламински смоли имаат DP ниски до 1,1.
Главното влијание на молекуларната тежина на амино смолата се одразува во вискозитетот на премазот. Меламинските смоли со DP > 2,0 мора да се разредат со растворувач до 50%–80% цврсти материи за да се постигне применлива вискозност. Меламинските смоли од мономерски тип со DP помеѓу 1,1 и 1,5 обично се испорачуваат во 100% ефективна форма на цврсти материи; дополнителните растворувачи имаат значително влијание врз VOC на готовиот премаз. Молекуларната тежина на амино смоли, исто така, влијае на реакцијата на стврднување на премазот и својствата на филмот. Систем за премачкување што користи амино смола со висок DP ќе ја достигне одредената густина на вкрстено поврзување за пократко време од систем за премачкување што користи амино смола со иста структура, но со помал DP. Затоа, премазите што содржат агенси за вкрстено поврзување со висок DP бараат помалку катализатор или послаб киселински катализатор за да се постигне истата состојба на стврднување. Ефектот на молекуларната тежина врз својствата на филмот е главно во опсегот на флексибилност. Премазите стврднати со амино смоли со висок DP содржат поголем процент на амино-амино врски и помалку амино-лак врски. Овој тип на структура на вкрстено поврзување формира облога со добра тврдост, но може да биде кршлива. Ова понекогаш може да се компензира со избор на пофлексибилна смола за бојадисување. Сепак, апликациите што бараат високо флексибилни премази генерално бараат мономерни амино смоли.
Полиестерите што содржат карбоксилни групи можат да реагираат со меламин-формалдехид за да произведат корисни термореактивни површински премази со широк спектар на физички својства.
Многу бутилирани меламин-формалдехидни смоли се комерцијално одржливи, првенствено поради разликите во почетниот степен на полимеризација (молекуларна тежина) и односот на алкокси групите кон оние без хидроксиметил групи и амино водородни атоми. Овие разлики влијаат на вискозноста на течноста, компатибилноста на меламинот со полиестерот и брзината на стврднување на емајлот. Традиционалните меламински смоли, реагирајќи со странични хидроксилни групи, првенствено се вкрстуваат со молекулите на полиестерот. Бидејќи реакцијата на вкрстено поврзување е катализирана со киселина, на температури на стврднување помеѓу 120°C и 150°C, силните киселини обично влијаат на реакцијата на вкрстено поврзување на полиестерските смоли; сепак, на некои полиестери им е потребна дополнителна киселинска катализа во многу слаби киселини за да се стврдне емајл системот.
Постои следниов феномен: Покрај реакцијата на вкрстено поврзување на меламин-полиестер, бутилираната меламин-формалдехидна смола, исто така, подлежи на реакција на самокондензација. Тоа е, амино смолата подлежи на самовкрстено поврзување за да формира структура на меламинска мрежа. Оваа реакција се случува истовремено со реакцијата меламин-полиестер и е конкурентска реакција. Причината за оваа реакција е тоа што, покрај бутокси групите, бутилираната меламин-формалдехидна смола, исто така, содржи слободни јаглеводородни метил групи и водород од имино групи, од кои сите можат да реагираат едни со други. Откако амино смолата ќе се самовкрстено поврзување, таа ќе изгуби дел од своите функции.
Иако самовкрстеното поврзување често им дава на премазите поголема цврстина и хемиска отпорност, тоа резултира со значително губење на еластичноста. За да се постигне доволна еластичност кај полиестерските лакови...
Хексаметоксиметил меламин (HMMM) е целосно хидроксиметилирана и целосно метилирана мономерна амино смола. Слично на бутилираниот меламин-формалдехид, тој подлежи на вкрстена реакција со хидроксилните групи на полиестерската смола при загревање, формирајќи цврста материја што не омекнува. Во суштина, без киселински катализатор, HMMM нема да подлежи на самовкрстено поврзување дури и со продолжено време или зголемена температура. Сепак, HMMM во големи количини ќе подлежи на самовкрстено поврзување на 150°C во присуство на силен киселински катализатор. Обратно, дури и во отсуство на силна киселина, конвенционалните бутилирани меламински и уреа смоли ќе подлежат на силни самовкрстено поврзување со зголемување на температурата.
Реакција на стврднување на амино смоли:
Бидејќи амино смоли се користат за вкрстено поврзување на главните молекули на материјалот што формира филм во мрежна структура, реакцијата на ко-кондензација на амино смоли со смоли за боја е од голем интерес. Типичен пример е реакцијата на етерификација (размена).на хидроксилни групи на смоли за боја и алкоксиметил групи на амино смоли.
Под услови на топлина и кисели катализатори (обично услови на стврднување), вкрстеното поврзување се случува брзо, поврзувајќи ги сите достапни хидроксилни групи на бојата. Всушност, како што се формира структурата на полимерната мрежа, флуидноста на реактантите се намалува, оставајќи некои хидроксилни групи да не реагираат. Општо земено, кога во премазот е присутен вишок на амино смола во споредба со идеалниот сооднос, преостанатите алкокси групи можат да учествуваат во други реакции или да останат нереагирани во филмот за премачкување. Како што споменавме претходно, амино смоли лесно се само-вкрстено поврзуваат и реагираат едни со други, што резултира со зголемување на молекуларната тежина за време на производството. Овие реакции се јавуваат и за време на стврднувањето на премазот. Така, наместо да биде негативен фактор, одреден степен на само-вкрстено поврзување на амино смоли е од суштинско значење за добивање добро издржлива, цврсто спакувана полимерна матрица. Сите три функционални групи на амино смоли учествуваат во реакции на само-вкрстено поврзување, а во целосно алкилирани премази од меламинска смола катализирани од силни киселини, постојат докази дека овие реакции се случуваат по размена на етер со смолата за премачкување. Во отсуство на надворешни катализатори или слабокиселински катализатори, овие реакции на самовкрстено поврзување се случуваат во уште поголема мера во системи од меламинска смола со висока имино/или хидроксиметил функционалност. Во двата случаи, мала реакција на самополимеризација е клучна за формирање на добра мрежна структура.
За време на стврднувањето на вкрстено поврзаните премази од амино смоли, други реакции што се случуваат се отстранување на формалдехид и хидролиза. Отстранувањето на формалдехид се случува лесно на нормални температури на стврднување, што е речиси единствената причина за ослободување на формалдехид за време на стврднувањето на амино смоли; другиот формалдехид е слободен формалдехид.
Кога амино смоли се вкрстуваат за да формираат филмови и да се стврднат, се случуваат некои реакции на хидролиза. За време на овој процес, некои алкоксиметил групи се претвораат во хидроксиметил групи. Хидролизата на меламинските смоли со висока содржина на имино или хидроксиметил може да се катализира со алкалии, па дури и може да се одвива бавно на собна температура. Ова ги прави амино смоли посклони кон само-вкрстено поврзување, што доведува до зголемување на вискозноста на облогата за време на складирањето. За да се избегне ова, целосно метилирани меламински смоли или ко-растворувачи отпорни на алкална хидролиза може да се користат во облоги на база на вода. Целосно алкилираните меламински смоли се отпорни на алкално катализирана хидролиза во системи на база на вода. Целосно алкилираните и делумно алкилираните меламински смоли не се отпорни на киселински катализирана хидролиза во системи на база на вода; затоа, во системот на база на вода мора да се користи блокиран киселински катализатор.
Ако сакате да дознаете повеќесредство за вкрстено поврзувањепроизводи, слободно контактирајте не.
Време на објавување: 19 декември 2025 година