Qo'llanilishining umumiy ko'rinishiamino qatronlar o'zaro bog'lovchi moddalar
Termoset qoplamalarida amino qatronlarning (melamin-formaldegid, benzomelamin-formaldegid va karbamid-formaldegid qatronlari) asosiy roli asosiy plyonka hosil qiluvchi material molekulalarini kimyoviy reaksiyalar orqali uch o'lchovli tarmoq tuzilishiga o'zaro bog'lashdan iborat. Ushbu tarmoq tuzilishi amino qatron molekulalarining plyonka hosil qiluvchi material molekulalaridagi funktsional guruhlar bilan reaksiyasi va bir vaqtning o'zida boshqa amino qatron molekulalari bilan kondensatsiya polimerizatsiyasi orqali olinadi. Amino qatronlar birlamchi va ikkilamchi gidroksil guruhlari, karboksil guruhlari va amid guruhlarini o'z ichiga olgan polimerlar bilan osongina reaksiyaga kirishadi; shuning uchun amino qatronlar odatda akril, poliester, alkid yoki epoksi qatronlarga asoslangan bo'yoq tizimlarida qo'llaniladi.
Amino qatronlar, shuningdek, poliuretan tizimlarida ma'lum ilovalar uchun qoplamalarning umumiy ish faoliyatini yaxshilash uchun qoplama qo'shimchalari sifatida ishlatiladi.
Amino qatronlarining ishlash printsipi:
Pishirish laklaridagi amino qatronlarning ahamiyati ularning qoplamalardagi ulushidan ancha yuqori. Qoplama formulalarini loyihalashda amino qatronlarning kimyoviy xususiyatlaridan qanday foydalanishni tushunish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Masalan,Agar qoplama formulatorlari qoplama plyonkasining ayrim xususiyatlaridan norozi bo'lsa, ular quyidagi usullar yordamida ularni sozlashlari mumkin:
1. Plyonka hosil qiluvchi qatronning o'zini takomillashtirish yoki qayta tanlash;
2. Aminokislotalarni tanlash (metil efirifikatsiya yoki butil efirifikatsiyasi va efirifikatsiya darajasini tanlash va boshqalar);
3. Plyonka hosil qiluvchi qatronning amino qatronga nisbati.
4. Katalizatorni tanlash (uni qo'shish kerakmi yoki yo'qmi va qancha qo'shish kerak).
Yuqoridagi to'rtta fikrning barchasi, birinchisidan tashqari,amino qatronlar bilan bog'liq. Amino qatronlarning xususiyatlari ularning funktsional guruhlari va faolligiga bog'liq.; shuning uchun amino qatronlarning tuzilishini tushunish juda muhimdir. Biroq, amino qatronlarni tushunishdan oldin, ular bilan birgalikda ishlatiladigan asosiy qatronlar haqida asosiy tushunchaga ega bo'lish muhimdir.
Avval aytib o'tilganidek, aminokislotalar asosanalkid qatronlari, akril qatronlar, poliester qatronlar va epoksi qatronlar bilan birgalikda ishlatiladiAlkid qatronlari asosan poliollar va poliatsid qatronlaridan esterifikatsiya orqali sintezlanadi. Sintez jarayonida spirtlar odatda ortiqcha bo'ladi; poliatsidlarning ba'zi karboksil guruhlari to'liq reaksiyaga kirishmasligi mumkin, natijada alkid qatronlari ma'lum miqdorda karboksil va gidroksil guruhlarini o'z ichiga oladi. Karboksil va gidroksil guruhlari miqdori odatda kislota qiymati va gidroksil qiymati bilan tavsiflanadi. Kislota qiymati 1 g qattiq qatronni KOH bilan titrlash orqali neytrallashtirish uchun zarur bo'lgan milligramm KOH sonini anglatadi. Gidroksil qiymati 1 g qattiq qatrondagi OH guruhlarini KOH bilan titrlash orqali to'liq neytrallashtirish uchun zarur bo'lgan milligramm KOH sonini anglatadi. Xuddi shunday, poliester qatronlar, akril qatronlar va amino qatronlar ham ma'lum miqdorda karboksil va gidroksil guruhlarini o'z ichiga oladi. Farq qatronlarni sintez qilish uchun ishlatiladigan xom ashyoda; masalan, akril qatronlardagi karboksil guruhlari akril kislotadan, gidroksil guruhlari esa gidroksiakril kislotadan keladi. Aminokislotalar tarkibidagi karboksil va gidroksil guruhlarining miqdori ham farq qiladi. Kislota qiymati, gidroksil qiymati va yopishqoqlik qatronlarning muhim ko'rsatkichlari bo'lib, ularning ishlashiga bevosita ta'sir qiladi.
Aminokislotalar mavzusiga qaytadigan bo'lsak, avval ularning tuzilishini ko'rib chiqaylik:
1-rasm:
2-rasm
1-rasmda alkoksi, imino va gidroksimetil guruhlarini o'z ichiga olgan qisman alkillangan amino qatron ko'rsatilgan. Agar uglerod va azot atomlari tomonidan hosil qilingan olti a'zoli halqani skelet deb hisoblasak, undan hosil bo'lgan shoxlar yoki tuzilmalarni majoziy ma'noda uchta bosh va oltita qo'lga ega deb ta'riflash mumkin. Amino qatronlarining xususiyatlaridagi son-sanoqsiz o'zgarishlar aynan shu oltita "qo'l" va ularning murakkab joylashuvi va kombinatsiyalaridagi farqlarga bog'liq.
2-rasmda juda simmetrik HMMM tuzilishi, ya'ni to'liq metillangan amino qatron, faqat bitta funktsional guruhga ega: idealizatsiya qilingan metoksi guruhi ko'rsatilgan. Haqiqiy ishlab chiqarishda eterifikatsiya darajasi 1:6 ga (eng yuqori) erisha olmaganligi sababli, to'liq metillangan amino qatron deb ataladigan modda har doim ba'zi imino va gidroksimetil guruhlarini o'z ichiga oladi.
Keling, aminokislotalarning xususiyatlarini o'rganish uchun ularning tamoyillarini tushunishdan boshlaylik:
Qatronni sintez qilishning birinchi bosqichi melaminni katalizator ishtirokida formaldegid bilan reaksiyaga kirishib, polihidroksimetil melamin hosil qilishdir. Triazin halqasidagi barcha faol vodorod atomlari gidroksimetil guruhlariga aylanishi mumkin, ammo aslida triazin halqasiga 2 dan 6 molgacha formaldegid reaksiyaga kirishadi. Qolgan reaksiyaga kirishmagan faol vodorod atomlari imino guruhlari bilan ifodalanadi. Keyinchalik ko'rib turganimizdek, bu guruhlar o'z-o'zidan kondensatsiya polimerizatsiyasi orqali qattiqlashish jarayonida muhim rol o'ynaydi.
Polihidroksimetil melamin juda beqaror va an'anaviy qoplama erituvchilarida cheklangan eruvchanlikka ega. Amino qatronlar asosan qoplamalarda o'zaro bog'lovchi va qotiruvchi vositalar sifatida ishlaydi. Qoplamalarga mos keladigan o'zaro bog'lovchi vositani yaratish uchun gidroksimetil guruhi odatda reaktivligini pasaytirish va an'anaviy plyonka hosil qiluvchi materiallar va alifatik erituvchilar bilan mosligini yaxshilash uchun qisqa zanjirli spirt bilan efirlashtiriladi. Metanol va butanol odatda qisqa zanjirli spirtlar sifatida ishlatiladi. Qo'shilgan metanol yoki butanol miqdorini va boshqa sharoitlarni nazorat qilish orqali turli darajadagi efirifikatsiyaga ega amino qatronlar olinishi mumkin.
Faqat formaldegid (gidroksimetil guruhlari) bilan reaksiyaga kirishgan joylar spirtlar bilan qoplanishi mumkin; reaksiyaga kirishmagan vodorod atomlari (imino guruhlari) qisqa zanjirli spirtlar bilan reaksiyaga kirishmaydi. Bundan tashqari, bu reaksiya shuni ko'rsatadiki, oltita gidroksimetil guruhlarining barchasi spirtlar bilan reaksiyaga kirishib, geksaalkoksimetil melamin hosil qiladi, ya'ni birdan oltigacha gidroksimetil guruhlarining spirtlar bilan reaksiyasini aslida boshqarish mumkin. Shuning uchun bizda aminokislotalar juda xilma-xil.
O'z-o'zini polimerizatsiya qilish amino qatronlar :
Aminokislotalarning molekulyar og'irligi o'z-o'zidan kondensatsiyalanish darajasi yokio'zaro bog'lanishtriazin halqasidagi funktsional guruhlar (imino, gidroksimetil, alkoksimetil) va melamin molekulalari o'rtasida. Yakuniy qo'llanmalarda o'zaro bog'lanish polimerizatsiyasi darajasi amino qatronining molekulyar og'irligiga va qoplama plyonkasining ishlashiga sezilarli darajada ta'sir qiladi.
Aminokislotalarning o'z-o'zidan kondensatsiyalanish reaksiyasi quyidagi yo'l bilan sodir bo'lishi mumkin:
3-rasm:
Chapdagi reaksiya metilen ko'prigini, o'ngdagi reaksiya esa metilen efir ko'prigini hosil qiladi. Aminokislotalardagi ko'priklanish darajasi odatda polimerlanish darajasi (DP) sifatida ifodalanadi: DP = har bir triazin halqasining molekulyar og'irligi / og'irligi. Dastlabki aminokislotalar asosan o'z-o'zini polimerizatsiya qiluvchi bo'lib, DP > 3.0 edi. Texnologik yutuqlar tayyor aminokislotalardagi o'z-o'zini kondensatsiyalashni minimallashtirish imkonini berdi. Hozirgi vaqtda tijoratda mavjud bo'lgan melaminokislotalarida DPlar 1,1 gacha.
Aminokislota molekulyar og'irligining asosiy ta'siri qoplama yopishqoqligida aks etadi. DP > 2.0 ga ega melamin qatronlari tegishli yopishqoqlikka erishish uchun erituvchi bilan 50%–80% qattiq moddalargacha suyultirilishi kerak. DP 1.1 dan 1.5 gacha bo'lgan monomer tipidagi melamin qatronlari odatda 100% samarali qattiq moddalar shaklida yetkazib beriladi; qo'shimcha erituvchilar tayyor qoplamaning VOClariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Aminokislotalarning molekulyar og'irligi qoplamaning qattiqlashish reaksiyasiga va plyonka xususiyatlariga ham ta'sir qiladi. Yuqori DP aminokislotalaridan foydalanadigan qoplama tizimi belgilangan o'zaro bog'lanish zichligiga bir xil tuzilishga ega, ammo pastroq DP ga ega aminokislotalardan foydalanadigan qoplama tizimiga qaraganda qisqa vaqt ichida erishadi. Shuning uchun, yuqori DP o'zaro bog'lanish agentlarini o'z ichiga olgan qoplamalar bir xil qattiqlashish holatiga erishish uchun kamroq katalizator yoki kuchsizroq kislota katalizatorini talab qiladi. Molekulyar og'irlikning plyonka xususiyatlariga ta'siri asosan moslashuvchanlik oralig'ida. Yuqori DP aminokislotalari bilan qattiqlashtirilgan qoplamalar aminokislotalarning yuqori foizini va kamroq aminokislotalardan foydalanadi. Ushbu turdagi o'zaro bog'lovchi tarmoq tuzilishi yaxshi qattiqlikka ega qoplama hosil qiladi, ammo mo'rt bo'lishi mumkin. Ba'zan buning o'rnini yanada moslashuvchan bo'yoq qatronini tanlash orqali qoplash mumkin. Biroq, yuqori moslashuvchan qoplamalarni talab qiladigan ilovalar odatda monomer amino qatronlarni talab qiladi.
Karboksil guruhlarini o'z ichiga olgan poliesterlar melamin-formaldegid bilan reaksiyaga kirishib, turli xil fizik xususiyatlarga ega foydali termoset sirt qoplamalarini hosil qilishi mumkin.
Ko'pgina butillangan melamin-formaldegid qatronlari tijorat maqsadlarida foydalanishga yaroqli bo'lib, bu asosan polimerlanishning boshlang'ich darajasi (molekulyar og'irlik) va alkoksi guruhlarining gidroksimetil guruhlari va aminokislotalari bo'lmaganlarga nisbati farqlari bilan bog'liq. Bu farqlar suyuqlikning yopishqoqligiga, melaminning poliester bilan mosligiga va emalning qattiqlashish tezligiga ta'sir qiladi. An'anaviy melamin qatronlari yon gidroksil guruhlari bilan reaksiyaga kirishib, asosan poliester molekulalari bilan o'zaro bog'lanadi. O'zaro bog'lanish reaksiyasi kislota katalizlanganligi sababli, 120°C va 150°C oralig'idagi qattiqlashish haroratida kuchli kislotalar odatda poliester qatronlarining o'zaro bog'lanish reaksiyasiga ta'sir qiladi; ammo, ba'zi poliesterlar emal tizimini qattiqlashtirish uchun juda kuchsiz kislotalarda qo'shimcha kislota katalizini talab qiladi.
Quyidagi hodisa mavjud: Melamin-poliesterning o'zaro bog'lanish reaksiyasidan tashqari, butillangan melamin-formaldegid qatroni ham o'z-o'zidan kondensatsiya reaksiyasiga kiradi. Ya'ni, amino qatroni melamin tarmoq tuzilishini hosil qilish uchun o'z-o'zidan o'zaro bog'lanishga uchraydi. Bu reaksiya melamin-poliester reaksiyasi bilan bir vaqtda sodir bo'ladi va raqobatdosh reaksiya hisoblanadi. Bu reaksiyaning sababi shundaki, butoksi guruhlaridan tashqari, butillangan melamin-formaldegid qatroni tarkibida erkin uglevodorod metil guruhlari va imino guruhlaridan vodorod ham mavjud bo'lib, ularning barchasi bir-biri bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Amino qatroni o'z-o'zidan o'zaro bog'lanishga uchragandan so'ng, u ba'zi funktsiyalarini yo'qotadi.
O'z-o'zidan o'zaro bog'lanish ko'pincha qoplamalarga ko'proq qattiqlik va kimyoviy qarshilik ko'rsatsa-da, bu elastiklikning sezilarli darajada yo'qolishiga olib keladi. Poliester laklarda yetarli elastiklikka erishish uchun...
Geksametoksimetil melamin (HMMM) to'liq gidroksimetillangan va to'liq metillangan monomer amino qatronidir. Butillangan melamin-formaldegidga o'xshash, u qizdirilganda poliester qatronining gidroksil guruhlari bilan o'zaro bog'lanish reaksiyasiga kiradi va yumshatmaydigan qattiq modda hosil qiladi. Asosan, kislota katalizatorisiz HMMM uzoq vaqt yoki harorat oshganda ham o'z-o'zidan o'zaro bog'lanishga uchramaydi. Biroq, ommaviy HMMM kuchli kislota katalizatori ishtirokida 150°C da o'z-o'zidan o'zaro bog'lanish reaksiyasiga kiradi. Aksincha, kuchli kislota bo'lmagan taqdirda ham, an'anaviy butillangan melamin va karbamid qatronlari harorat oshishi bilan kuchli o'z-o'zidan o'zaro bog'lanish reaksiyalariga uchraydi.
Amino qatronlarining qattiqlashish reaksiyasi:
Aminokislotalar asosiy plyonka hosil qiluvchi material molekulalarini tarmoq tuzilishiga o'zaro bog'lash uchun ishlatilganligi sababli, aminokislotalar bilan bo'yoq qatronlarining birgalikdagi kondensatsiya reaksiyasi katta qiziqish uyg'otadi. Bunga odatiy misol efirifikatsiya (almashinuv) reaksiyasidir.bo'yoq qatronlaridagi gidroksil guruhlari va amino qatronlardagi alkoksimetil guruhlari.
Issiqlik va kislota katalizatorlari sharoitida (odatda qattiqlashish sharoitida) o'zaro bog'lanish tez sodir bo'ladi va bo'yoqdagi barcha mavjud gidroksil guruhlarini bog'laydi. Aslida, polimer tarmoq tuzilishi shakllanganda, reaktivlarning suyuqligi pasayadi va ba'zi gidroksil guruhlari reaksiyaga kirishmaydi. Odatda, qoplamada ideal nisbatga nisbatan ortiqcha amino qatron mavjud bo'lganda, qolgan alkoksi guruhlari boshqa reaksiyalarda ishtirok etishi yoki qoplama plyonkasida reaksiyaga kirishmagan holda qolishi mumkin. Avval aytib o'tilganidek, amino qatronlar osongina o'z-o'zidan o'zaro bog'lanadi va bir-biri bilan reaksiyaga kirishadi, natijada ishlab chiqarish jarayonida molekulyar og'irlik oshadi. Bu reaksiyalar qoplama qattiqlashishi paytida ham sodir bo'ladi. Shunday qilib, salbiy omil bo'lish o'rniga, amino qatronlarning ma'lum darajada o'z-o'zidan o'zaro bog'lanishi yaxshi bardoshli, zich joylashgan polimer matritsasini olish uchun juda muhimdir. Amino qatronlarning uchta funktsional guruhi ham o'z-o'zidan o'zaro bog'lanish reaksiyalarida ishtirok etadi va kuchli kislotalar bilan katalizlangan to'liq alkillangan melamin qatron qoplamalarida bu reaksiyalar qoplama qatroni bilan efir almashinuvidan keyin sodir bo'lishiga dalillar mavjud. Tashqi katalizatorlar yoki kuchsiz kislota katalizatorlari bo'lmagan taqdirda, bu o'z-o'zidan o'zaro bog'lanish reaksiyalari yuqori imino/yoki gidroksimetil funksionalligiga ega melamin qatron tizimlarida yanada ko'proq sodir bo'ladi. Ikkala holatda ham yaxshi tarmoq tuzilishini shakllantirish uchun ozgina o'z-o'zidan polimerlanish reaksiyasi juda muhimdir.
Aminokislotali o'zaro bog'langan qoplamalarni qotirish jarayonida boshqa reaksiyalar formaldegidni yo'qotish va gidrolizdir. Formaldegidni yo'qotish normal qotirish haroratida osonlikcha sodir bo'ladi, bu esa aminokislotali qatronlarni qotirish jarayonida formaldegidning ajralib chiqishining deyarli yagona sababidir; boshqa formaldegid erkin formaldegiddir.
Aminokislotalar plyonka hosil qilish va qotib qolish uchun o'zaro bog'langanda, ba'zi gidroliz reaksiyalari sodir bo'ladi. Bu jarayon davomida ba'zi alkoksimetil guruhlari gidroksimetil guruhlariga aylanadi. Yuqori imino yoki gidroksimetil miqdoriga ega melaminokislotalar gidrolizi ishqorlar tomonidan katalizlanishi mumkin va hatto xona haroratida ham sekin sodir bo'lishi mumkin. Bu aminokislotalar o'z-o'zidan o'zaro bog'lanishga moyil bo'lib, saqlash paytida qoplamaning yopishqoqligining oshishiga olib keladi. Buning oldini olish uchun suvga asoslangan qoplamalarda to'liq metillangan melaminokislotalar yoki ishqor gidroliziga chidamli qo'shma erituvchilardan foydalanish mumkin. To'liq alkillangan melaminokislotalar suvga asoslangan tizimlarda ishqor katalizlangan gidrolizga chidamli. To'liq alkillangan va qisman alkillangan melaminokislotalar suvga asoslangan tizimlarda kislota katalizlangan gidrolizga chidamli emas; shuning uchun suvga asoslangan tizimda bloklangan kislota katalizatoridan foydalanish kerak.
Agar ko'proq bilmoqchi bo'lsangizo'zaro bog'lovchi agentmahsulotlar, biz bilan bog'laning.
Nashr vaqti: 2025-yil 19-dekabr