Vo vode rozpustné termosetové akrylové živice: Mechanizmy vytvrdzovania a priemyselné aplikačné stratégie

Vo vode riediteľné termosetové akrylové živice poskytujú vysoko lesklé, chemicky odolné povrchové úpravy a zároveň emisie prchavých organických zlúčenín až o 80 % v porovnaní s alternatívami na báze rozpúšťadla. Ich primárna hodnota spočíva v kombinácii odolnosti zosieťovaných akrylových sietí s vodou ako hlavná nosná tekutina. Na dosiahnutie maximálnych vlastností filmu je presná kontrola nad pomerom korozpúšťadiel, neutralizácia a rozvrhom vytvrdzovania oveľa dôležitejšia ako v tradičných systémoch rozpúšťadiel.

Základné zloženie vo vode rozpustných akrylátových systémov

Na rozdiel od emulzie alebo disperzií, kde sú častice polyméru suspendované vo vode, skutočné vo vode rozpustné živice existujú ako samostatné polymérne reťazce v roztoku. To si vyžaduje starostlivú predložiť hydrofilných a hydrofóbnych monomérov. Typický polymérny hlavný reťazec obsahuje monoméry s hydroxylovými funkčnými skupinami, ako je 2-hydroxyetylakrylát. Rozpustnosť vo vode sa zavádza kopolymerizáciou monomérov kyseliny akrylovej alebo metakrylovej, ktoré vytvárajú aniónové miesta pozdĺž reťazca. Keď sa neutralizujú prchavou zásadou, ako je dimetyletanolamín, tieto karboxylové skupiny sa ionizujú, čím sa živica rozpúšťa vo vode. Bez tohto kroku neutralizácie zostáva nevytvrdená živica hydrofóbna a fázovo oddelená.

Úloha hydroxylových a kyslých hodnôt

Výkon pred a po vyhlásení je určený dvoma analytickými číslami. The Hodnota kyslosti typicky medzi 40 a 80 mg KOH/g, riadi dispergovateľnosť vo vode a zmäkčenie pigmentu. Ak je číslo kyslosti príliš vysoké, vytvrdený film si zachováva citlivosť na vodu. The Hydroxylová hodnota určuje hustotu zosieťovania melamínom alebo blokovanými izokyanátovými vulkanizačnými činidlami. Štandardná formulácia sa zameriava na hydroxylové číslo okolo 100 mg KOH/g, aby zabezpečila tesnú sieť, ktorá odoláva pôsobeniu rozpúšťadla pri zachovaní dostatočnej pružnosti, aby sa zabránilo praskaniu cez ostré hrany.

Kritériá výberu spolurozpúšťadla

Voda je slabým odstránením pre neneutralizovanú živicu a má vysoké latentné teplo odparovania. Aby ste sa stali defektom filmu, ako sú krátery alebo pomarančová kôra, sú opakovane okysličené ko-rozpúšťadlá. Spoločné voľby a ich úlohy sú podrobne uvedené nižšie.

Systematické pokusy skúšajú, že obmedzenie celkového spolurozpúšťadla na pod 15 % prchavého obsahu je potrebné na dodržanie prísnych environmentálnych predpisov pri dosiahnutí bezporuchového súvislého filmu.

Mechanizmy vytvrdzovania tepla a vytváranie sietí

Prechod z vody rozpustného termoplastu na vode odolný termoset zostáva počas pečenia. Proces zahŕňa chemické reakcie, ktoré spotrebúvajú hydrofilné funkčné skupiny. Dve najrozšírenejšie priemyselné cesty sú melamín-formaldehydové zosieťovanie a blokované izokyanátové zosieťovanie. Voľba medzi nimi určuje vytvrdzovacie okno, trvanlivosť exteriéru a profilu chemickej odolnosti povrchovej úpravy.

Melamine Crosslinking Chemistry

Hexametoxymetylmelamín reaguje s hydroxylovými skupinami na akrylovom hlavnom reťazci prostredníctvom kyslo katalyzovaného transeterifikačného mechanizmu. Reakcia uvoľňuje metanol ako vedľajší produkt. Účinné zosieťovanie typicky vyžaduje silný kyslý katalyzátor, ako kyselina para-toluénsulfónová, blokovaný aminom, aby sa často predčasnej reakcie v plechovke. Údaje z dynamickej mechanickej analýzy, že plne vytvrdená analýza, že plne vytvrdená 60 °C , čo vedie k vynikajúcej odolnosti proti blokom pretiahnuté časti aj po skladovaní na seba pri zvýšených nákladoch skladu.

Blokované zosieťovanie izokyanátov

Pre aplikáciu je najskôr vonkajšia odolnosť voči poveternostným vplyvom a chemickej odolnosti sú preferované blokované izokyanáty. Blokovacie činidlo disociuje za tepla, zvyčajne medzi 140 °C a 160 °C, pričom regeneruje voľnú izokyanátovú skupinu, ktorá okamžite reaguje s akrylovým polyolom. To vytvára uretánovú väzbu, ktorá je vo svojej podstate odolnejšia voči hydrolýze ako éterové väzby v melamínových systémoch. Jednovrstvové vrchné nátery používajúce túto chémiu dostatočne vyhovujú 1 000 hodín testovanie neutrálnym soľným postrekom s tečením menším ako 2 mm od ryhy, vďaka čomu sú vhodné pre poľnohospodárske a stavebné zariadenia.

Vyváženie hydrofilnosti a odolnosti voči vode

Ústredná technická podpora pre formulátorov je zachovaná zachovaná karboxylátová skupina, ktorá poskytuje potrebnú podporu vo vode, môže pretrvávať aj po vytvrdzovaní, ak nie sú reakčné podmienky optimálne, a pôsobia ako hydrofilné kanály, ktoré ohrozujú proti korózii. Toto sa často zistí ako sčervenanie, keď je vytvrdený film vystavený kondenzujúcej vlhkosti. Riešenie tohto problému si vyžaduje pozornosť na bázu použitia na neutralizáciu. Prchavý amín sa musí počas odvzdušňovacej zóny úplne odpariť, aby za sebou zanechal čisté skupiny kyseliny akrylovej, ktoré potom reagujú so zosieťovacím činidlom. Ak sa použije vysokovriaci amín, ako je trietylamín, zostane zachytený v sieti, nasáva film a trvalo zmäkčuje.

Medzi účinné prvky stratégie na minimalizáciu citlivosti na vodu patria:

• Výber pracovných síl s vysokou sieťou, najmä nad 4 reaktívnymi miestami na molekuly, aby sa spotrebovali takmer všetky závesné hydroxylové a karboxylové miesta.
• Začlenenie hydrofóbnych monomérov hlavného reťazca, ako je styrén alebo izobornylakrylát, aby sa zvýšil vnútorný kontaktný podiel pevného polyméru.
• Overenie úplného odstránenia neutralizačného amínu pomocou infračervenej spektroskopie s Fourierovou transformáciou počas optimalizácie pečenia.

Praktické aplikačné parametre v priemyselných náteroch

Prechod z rozpúšťadla na vode rozpustný termosetový akrylát si vyžaduje úpravy výrobného a aplikačného prostredia, nielen formulácie. Na rozdiel od lakov na báze rozpúšťadiel, ktoré dokážu tolerovať široký rozsah vlhkosti, tieto vodou riediteľné systémy vyžadujú prísnu kontrolu hladiny v striekacej kabíne. Rýchlosť odparovania vody je priamo viazaná na relatívnu vlhkosť. Striekanie hore 65 % relatívna vlhkosť výrazne spomaľuje odparovanie vody, čo vedie k ochabnutiu a tvorbe kráterov. Naopak, odvetranie pri vysokej rýchlosti vzduchu bez primeranej regulácie vlhkosti môže predčasne vysušiť vlhký povrch filmu, najmä praskanie počas cyklu vytvrdzovania pri vysokej teplote.

Typické aplikačné parametre pre priemyselný vrchný náter nanášaný striekaným sú zhrnuté nižšie.

1. Upravte aplikačnú viskozitu na 25-30 sekúnd v pohári DIN 4 pomocou deionizovanej vody.
2. Naneste mokrý film s hrúbkou 40-50 mikrónov v prostredí udržiavanom pri 20-25°C a 50% relatívnej vlhkosti.
3. Pred vstupom do rúry nechajte 10-15 minút odvetrať, aby ste zabránili varu rozpúšťadla.
4. Pečieme pri maximálnej teplote kovu 150 °C počas 20 minút, aby sa v prípade systémov HMMM zabezpečilo úplné zosieťovanie a aktivácia katalyzátora kyseliny triflicovej.
5. Skontrolujte úplnosť vytvrdenia vykonaním testu dvojitého oteru metyletylketónom; plne vytvrdnutý systém odolá 200 dvojité trenie bez zmäkčenia.

Vyhýbanie sa bežným formulačným nástrahám

Poruchy často pramenia z prehliadania reaktívnej povahy kyslého média. Vo vode rozpustná živica má po neutralizácii typicky medzi 7,5 a 8,5. V tomto alkalickom rozsahu zlyhá mnoho tradičných pigmentových dispergačných činidiel a niektoré organické červené a žlté pigmenty môžu krvácať alebo odfarbovať, ak sa nezvolí vhodný termostabilný pigmentový balík. Okrem toho sa hliníkové vločky používané v kovových základných náteroch musia pasivovať fosfátovaním; inak zmes vody a aminov v živici reaguje s hliníkovým povrchom a vytvára plynný vodík. Táto reakcia vedie k nebezpečnému zvýšeniu tlaku v skladovacích nádobách a úplnej strate kovového efektu v dôsledku oxidácie vločiek.

Ďalším častým problémom je posun viskozity. Pretože živica sa spolieha na dynamickú možnosť použiť medzi ionizovaným a neionizovaným stavom, kolísanie skladovacej teploty môže spôsobiť, že sa neutralizuje akrylová reťaz navíja inak. Udržiavanie skladovacieho modulu, ktorý zostáva konštantný počas 6 mesiacov 40 °C je štandardným meradlom komerčnej životaschopnosti. Toto sa vyhodnocuje prostredníctvom protokolovaného starnutia, kde sa dobre hodnotí posun menší ako 5 sekúnd v čase prietokovej nádoby.

Riešenie reológie tiež vyžaduje špecifické asociatívne zahusťovadlá. Bežná hydroxyetylcelulóza môže dramaticky zvýšiť citlivosť na vodu. Neiónové uretánové asociatívne zahusťovadlá fungujú efektívne bez toho, aby prispievali k hydrofilitu, pretože interagujú s dispergovanou latexovou štruktúrou a polymérnym reťazcom roztoku, čím vytvárajú vysokošmykovú viskozitu potrebnú na reprodukovateľnosť atomizácie.

Porovnateľné výhody oproti konvenčnému systému rozpúšťadiel

Konverzia z rozpúšťadla na termosetové systémy rozpustné vo vode prináša výhody nad rámec súladu s predpismi. Recenzovaná analýza životného cyklu jednovrstvovej povrchovej úpravy pre kovový kancelársky nábytok ukázala, že denie alkydu s vysokým obsahom pevných látok vo vode rozpustným akrylovo-melamínovým systémom znížilo uhlíkovú stopu procesu povrchovej úpravy približne o 35 % . Toto zahŕňa výfukový plyn, ktorý sa týka spaľovania plynov z pece naplnených rozpúšťadlom nie sú potrebné tepelné oxidačné činidlá.

Okrem toho odolnosť zosieťovaného akrylového filmu proti hladeniu prevyšuje bežné laky schnúce na vzduchu. Štruktúra siete spĺňajúca požiadavky povrchu pri opakovanom očistení kvartérnymi amóniovými dezinfekčnými prostriedkami, čo je kľúčová na kryty zdravotníckych zariadení a interiérovú architektúru s vysokou návštevnosťou. Táto odolnosť spolu so zosieťovaním obsahu formaldehydu, ktoré sú k dispozícii prostredníctvom generácií blokov polykyanátov, najnovšie stavia priamo do pozície pre budúce ochranné nátery pre citlivé aplikácie.