Gambaran keseluruhan aplikasiagen pengikat silang resin amino
Peranan utama resin amino (resin melamin-formaldehid, benzomelamin-formaldehid, dan urea-formaldehid) dalam salutan termoset adalah untuk menghubungkan silang molekul bahan pembentuk filem utama ke dalam struktur rangkaian tiga dimensi melalui tindak balas kimia. Struktur rangkaian ini diperoleh melalui tindak balas molekul resin amino dengan kumpulan berfungsi pada molekul bahan pembentuk filem, dan serentak melalui pempolimeran pemeluwapan dengan molekul resin amino lain. Resin amino mudah bertindak balas dengan polimer yang mengandungi kumpulan hidroksil primer dan sekunder, kumpulan karboksil, dan kumpulan amida; oleh itu, resin amino biasanya digunakan dalam sistem cat berdasarkan resin akrilik, poliester, alkid, atau epoksi.
Resin amino juga digunakan dalam sistem poliuretana sebagai bahan tambahan salutan untuk meningkatkan prestasi keseluruhan salutan untuk aplikasi tertentu.
Prinsip resin amino:
Kepentingan resin amino dalam varnis pembakar jauh melebihi perkadarannya dalam salutan. Memahami cara menggunakan sifat kimia resin amino dalam reka bentuk formulasi salutan menjadi semakin penting. Contohnya,Jika perumus salutan tidak berpuas hati dengan sifat-sifat tertentu filem salutan, mereka boleh melaraskannya menggunakan kaedah berikut:
1. Penambahbaikan atau pemilihan semula resin pembentuk filem itu sendiri;
2. Pemilihan resin amino (eterifikasi metil atau eterifikasi butil, dan pemilihan tahap eterifikasi, dsb.);
3. Nisbah resin pembentuk filem kepada resin amino.
4. Pemilihan pemangkin (sama ada hendak menambahnya atau tidak, dan berapa banyak yang hendak ditambah).
Keempat-empat perkara di atas, kecuali yang pertama,berkaitan dengan resin amino. Sifat-sifat resin amino bergantung pada kumpulan berfungsi dan aktivitinyaOleh itu, memahami struktur resin amino adalah penting. Walau bagaimanapun, sebelum memahami resin amino, adalah penting untuk mempunyai pemahaman asas tentang resin perumah yang digunakan bersamanya.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, resin amino terutamanyadigunakan dalam kombinasi dengan resin alkid, resin akrilik, resin poliester dan resin epoksi. Resin alkid terutamanya disintesis daripada poliol dan resin poliasid melalui pengesteran. Semasa sintesis, alkohol biasanya berlebihan; beberapa kumpulan karboksil poliasid mungkin tidak bertindak balas sepenuhnya, mengakibatkan resin alkid mengandungi sejumlah kumpulan karboksil dan hidroksil tertentu. Jumlah kumpulan karboksil dan hidroksil biasanya dicirikan oleh nilai asid dan nilai hidroksil. Nilai asid merujuk kepada bilangan miligram KOH yang diperlukan untuk meneutralkan 1g resin pepejal melalui titrasi dengan KOH. Nilai hidroksil merujuk kepada bilangan miligram KOH yang diperlukan untuk meneutralkan sepenuhnya kumpulan OH dalam 1g resin pepejal melalui titrasi dengan KOH. Begitu juga, resin poliester, resin akrilik dan resin amino juga mengandungi sejumlah kumpulan karboksil dan hidroksil tertentu. Perbezaannya terletak pada bahan mentah yang digunakan untuk mensintesis resin; contohnya, kumpulan karboksil dalam resin akrilik berasal daripada asid akrilik dan kumpulan hidroksil berasal daripada asid hidroksiakrilik. Jumlah kumpulan karboksil dan hidroksil dalam resin amino juga berbeza. Nilai asid, nilai hidroksil dan kelikatan semuanya merupakan petunjuk penting resin, yang secara langsung mempengaruhi prestasinya.
Kembali kepada topik resin amino, mari kita lihat strukturnya terlebih dahulu:
Rajah 1:
Rajah 2
Rajah 1 menunjukkan resin amino teralkilasi separa yang mengandungi kumpulan alkoksi, imino dan hidroksimetil. Jika kita menganggap cincin enam anggota yang dibentuk oleh atom karbon dan nitrogen sebagai rangka, cabang atau struktur yang berasal daripadanya boleh digambarkan secara kiasan sebagai mempunyai tiga kepala dan enam lengan. Pelbagai variasi dalam sifat resin amino adalah disebabkan oleh perbezaan dalam enam "lengan" ini dan susunan serta kombinasinya yang rumit.
Rajah 2 menunjukkan struktur HMMM yang sangat simetri, iaitu, resin amino termetilasi sepenuhnya, dengan hanya satu kumpulan berfungsi: kumpulan metoksi, yang diidealkan. Oleh kerana tahap eterifikasi tidak dapat mencapai 1:6 (tertinggi) dalam pengeluaran sebenar, resin amino termetilasi sepenuhnya akan sentiasa mengandungi beberapa kumpulan imino dan hidroksimetil.
Mari kita mulakan dengan memahami prinsip resin amino untuk mengetahui tentang sifat-sifatnya:
Langkah pertama dalam mensintesis resin adalah dengan bertindak balas antara melamin dengan formaldehid dengan kehadiran mangkin untuk membentuk polihidroksimetil melamin. Semua atom hidrogen aktif pada cincin triazina boleh ditukar kepada kumpulan hidroksimetil, tetapi pada hakikatnya, 2 hingga 6 mol formaldehid yang bertindak balas terhadap cincin triazina. Atom hidrogen aktif yang tidak bertindak balas yang tinggal diwakili oleh kumpulan imino. Seperti yang akan kita lihat kemudian, kumpulan ini memainkan peranan penting dalam proses pengawetan melalui pempolimeran pemeluwapan sendiri.
Polihidroksimetil melamina sangat tidak stabil dan mempunyai keterlarutan yang terhad dalam pelarut salutan konvensional. Resin amino berfungsi terutamanya sebagai agen pengikat silang dan pengawetan dalam salutan. Untuk menghasilkan agen pengikat silang yang sesuai untuk salutan, kumpulan hidroksimetil biasanya dieterifikasi dengan alkohol rantai pendek untuk mengurangkan kereaktifannya dan meningkatkan keserasiannya dengan bahan pembentuk filem konvensional dan pelarut alifatik. Metanol dan butanol biasanya digunakan sebagai alkohol rantai pendek. Dengan mengawal jumlah metanol atau butanol yang ditambah dan keadaan lain, resin amino dengan darjah pengeteran yang berbeza boleh diperolehi.
Hanya tapak yang telah bertindak balas dengan formaldehid (kumpulan hidroksimetil) boleh ditutup hujungnya dengan alkohol; atom hidrogen yang tidak bertindak balas (kumpulan imino) tidak bertindak balas dengan alkohol rantai pendek. Tambahan pula, tindak balas ini menunjukkan bahawa keenam-enam kumpulan hidroksimetil bertindak balas dengan alkohol untuk membentuk heksaalkoksimetil melamina, yang bermaksud bahawa tindak balas satu hingga enam kumpulan hidroksimetil dengan alkohol sebenarnya boleh dikawal. Inilah sebabnya mengapa kita mempunyai pelbagai jenis resin amino.
Pempolimeran kendiri resin amino :
Berat molekul resin amino ditentukan oleh tahap pemeluwapan sendiri ataupenghubung silangantara kumpulan berfungsi (imino, hidroksimetil, alkoksimetil) pada cincin triazina dan molekul melamin. Dalam aplikasi akhir, tahap pempolimeran ikatan silang mempengaruhi berat molekul resin amino dan prestasi filem salutan dengan ketara.
Tindak balas pemeluwapan diri resin amino boleh berlaku melalui laluan berikut:
Rajah 3:
Tindak balas di sebelah kiri membentuk jambatan metilena, manakala tindak balas di sebelah kanan membentuk jambatan metilena eter. Tahap penyambungan dalam resin amino biasanya dinyatakan sebagai tahap pempolimeran (DP): DP = berat molekul / berat setiap cincin triazina. Resin amino awal kebanyakannya berpolimer sendiri, dengan DP > 3.0. Kemajuan teknologi telah memungkinkan untuk meminimumkan pemeluwapan sendiri dalam resin amino siap. Pada masa ini, resin melamin yang tersedia secara komersial mempunyai DP serendah 1.1.
Kesan utama berat molekul resin amino tercermin dalam kelikatan salutan. Resin melamin dengan DP > 2.0 mesti dicairkan dengan pelarut kepada pepejal 50%–80% untuk mencapai kelikatan yang sesuai. Resin melamin jenis monomer dengan DP antara 1.1 dan 1.5 biasanya dibekalkan dalam bentuk pepejal berkesan 100%; pelarut tambahan mempunyai kesan yang ketara terhadap VOC salutan siap. Berat molekul resin amino juga mempengaruhi tindak balas pengawetan salutan dan sifat filem. Sistem salutan yang menggunakan resin amino DP tinggi akan mencapai ketumpatan ikatan silang yang ditentukan dalam masa yang lebih singkat daripada sistem salutan yang menggunakan resin amino dengan struktur yang sama tetapi DP yang lebih rendah. Oleh itu, salutan yang mengandungi agen ikatan silang DP tinggi memerlukan kurang mangkin atau mangkin asid yang lebih lemah untuk mencapai keadaan pengawetan yang sama. Kesan berat molekul pada sifat filem terutamanya dalam julat fleksibiliti. Salutan yang diawet dengan resin amino DP tinggi mengandungi peratusan ikatan amino-amino yang lebih tinggi dan lebih sedikit ikatan amino-laker. Struktur rangkaian silang jenis ini membentuk salutan dengan kekerasan yang baik tetapi mungkin rapuh. Ini kadangkala boleh diimbangi dengan memilih resin cat yang lebih fleksibel. Walau bagaimanapun, aplikasi yang memerlukan salutan yang sangat fleksibel biasanya memerlukan resin amino monomerik.
Poliester yang mengandungi kumpulan karboksil boleh bertindak balas dengan melamina-formaldehid untuk menghasilkan salutan permukaan termoset yang berguna dengan pelbagai sifat fizikal.
Banyak resin melamin-formaldehid butilat berdaya maju secara komersial, terutamanya disebabkan oleh perbezaan dalam tahap pempolimeran awal (berat molekul) dan nisbah kumpulan alkoksi kepada yang tidak mempunyai kumpulan hidroksimetil dan hidrogen amino. Perbezaan ini mempengaruhi kelikatan cecair, keserasian melamin dengan poliester, dan kelajuan pengawetan enamel. Resin melamin tradisional, yang bertindak balas dengan kumpulan hidroksil sisi, terutamanya berpaut silang dengan molekul poliester. Oleh kerana tindak balas paut silang dimangkinkan oleh asid, pada suhu pengawetan antara 120°C dan 150°C, asid kuat biasanya mempengaruhi tindak balas paut silang resin poliester; walau bagaimanapun, sesetengah poliester memerlukan pemangkinan asid tambahan dalam asid yang sangat lemah untuk mengawet sistem enamel.
Fenomena berikut wujud: Selain tindak balas pengikatan silang melamin-poliester, resin melamin-formaldehid butilat juga mengalami tindak balas pemeluwapan sendiri. Iaitu, resin amino mengalami pengikatan silang sendiri untuk membentuk struktur rangkaian melamin. Tindak balas ini berlaku serentak dengan tindak balas melamin-poliester dan merupakan tindak balas yang bersaing. Sebab tindak balas ini adalah, selain kumpulan butoksi, resin melamin-formaldehid butilat juga mengandungi kumpulan metil hidrokarbon bebas dan hidrogen daripada kumpulan imino, yang semuanya boleh bertindak balas antara satu sama lain. Sebaik sahaja resin amino mengalami pengikatan silang sendiri, ia akan kehilangan beberapa fungsinya.
Walaupun penyambungan silang sendiri sering memberikan salutan kekerasan dan rintangan kimia yang lebih tinggi, ia mengakibatkan kehilangan keanjalan yang ketara. Untuk mencapai keanjalan yang mencukupi dalam varnis poliester...
Heksametoksisimetil melamina (HMMM) ialah resin amino monomerik yang terhidroksimetilasi sepenuhnya dan termetilasi sepenuhnya. Sama seperti melamina-formaldehid butil, ia mengalami tindak balas ikatan silang dengan kumpulan hidroksil resin poliester semasa pemanasan, membentuk pepejal yang tidak melembutkan. Pada asasnya, tanpa mangkin asid, HMMM tidak akan mengalami ikatan silang kendiri walaupun dengan masa yang lama atau suhu yang meningkat. Walau bagaimanapun, HMMM pukal akan mengalami tindak balas ikatan silang kendiri pada suhu 150°C dengan kehadiran mangkin asid kuat. Sebaliknya, walaupun tanpa asid kuat, resin melamina butil dan urea konvensional akan mengalami tindak balas ikatan silang kendiri yang kuat dengan suhu yang meningkat.
Tindak balas pengawetan resin amino:
Oleh kerana resin amino digunakan untuk menghubungkan silang molekul bahan pembentuk filem utama ke dalam struktur rangkaian, tindak balas pemeluwapan bersama resin amino dengan resin cat adalah sangat menarik. Satu contoh tipikal ialah tindak balas eterifikasi (pertukaran)kumpulan hidroksil pada resin cat dan kumpulan alkoksimetil pada resin amino.
Di bawah keadaan mangkin haba dan asid (biasanya keadaan pengawetan), pengikatan silang berlaku dengan cepat, menghubungkan semua kumpulan hidroksil yang ada pada cat. Malah, apabila struktur rangkaian polimer terbentuk, kebendairan bahan tindak balas berkurangan, menyebabkan beberapa kumpulan hidroksil tidak bertindak balas. Secara amnya, apabila lebihan resin amino terdapat dalam salutan berbanding nisbah ideal, kumpulan alkoksi yang tinggal boleh mengambil bahagian dalam tindak balas lain atau kekal tidak bertindak balas dalam filem salutan. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, resin amino mudah mengikat silang sendiri dan bertindak balas antara satu sama lain, mengakibatkan peningkatan berat molekul semasa pengeluaran. Tindak balas ini juga berlaku semasa pengawetan salutan. Oleh itu, daripada menjadi faktor negatif, tahap pengikatan silang sendiri resin amino tertentu adalah penting untuk mendapatkan matriks polimer yang tahan lama dan padat. Ketiga-tiga kumpulan berfungsi resin amino mengambil bahagian dalam tindak balas pengikatan silang sendiri, dan dalam salutan resin melamin teralkilasi sepenuhnya yang dimangkinkan oleh asid kuat, terdapat bukti bahawa tindak balas ini berlaku selepas pertukaran eter dengan resin salutan. Sekiranya tiada mangkin luaran atau mangkin asid lemah, tindak balas pengikatan silang kendiri ini berlaku pada tahap yang lebih besar dalam sistem resin melamina dengan fungsi imino/atau hidroksimetil yang tinggi. Dalam kedua-dua kes, tindak balas pempolimeran kendiri yang sedikit adalah penting untuk pembentukan struktur rangkaian yang baik.
Semasa pengawetan salutan resin amino yang saling berkaitan, tindak balas lain yang berlaku ialah penyingkiran formaldehid dan hidrolisis. Penyingkiran formaldehid berlaku dengan mudah pada suhu pengawetan biasa, yang hampir merupakan satu-satunya sebab pembebasan formaldehid semasa pengawetan resin amino; formaldehid yang lain ialah formaldehid bebas.
Apabila resin amino bercantum silang untuk membentuk filem dan mengeras, beberapa tindak balas hidrolisis berlaku. Semasa proses ini, beberapa kumpulan alkoksimetil ditukar kepada kumpulan hidroksimetil. Hidrolisis resin melamin dengan kandungan imino atau hidroksimetil yang tinggi boleh dimangkinkan oleh alkali, malah boleh berlaku secara perlahan pada suhu bilik. Ini menjadikan resin amino lebih mudah tercantum silang sendiri, yang membawa kepada peningkatan kelikatan salutan semasa penyimpanan. Untuk mengelakkan perkara ini, resin melamin termetilasi sepenuhnya atau pelarut bersama yang tahan terhadap hidrolisis alkali boleh digunakan dalam salutan berasaskan air. Resin melamin teralkilasi sepenuhnya tahan terhadap hidrolisis termangkin alkali dalam sistem berasaskan air. Resin melamin teralkilasi sepenuhnya dan teralkilasi separa tidak tahan terhadap hidrolisis termangkin asid dalam sistem berasaskan air; oleh itu, pemangkin asid yang disekat mesti digunakan dalam sistem berasaskan air.
Jika anda ingin tahu lebih lanjutejen penghubung silangproduk, sila hubungi kami.
Masa siaran: 19 Dis-2025