Análise dos fatores que afetam o peso molecular do agente de nivelamento de acrilato de polibutila
1. Introdução: A função do agente de nivelamento: Quando o revestimento em pó é derretido e nivelado, há duas interfaces de "fase líquida" e "fase líquido-sólida". A cadeia molecular principal do agente de nivelamento pode formar uma camada monomolecular muito fina na superfície da fusão, o que proporciona uma tensão superficial uniforme na "fase líquida" e ajuda a eliminar doenças da pintura, como furos e furos de encolhimento; ao mesmo tempo, o lado do agente de nivelamento O grupo éster de cadeia pode reduzir de forma controlável a tensão superficial do revestimento fundido, o que é útil para o umedecimento e a adesão entre o revestimento e a superfície da "fase líquido-sólida" da peça revestida e, ao mesmo tempo, proporciona um bom umedecimento e espalhamento do substrato.
O polibutilacrilato é um dos materiais de baixo custo mais comumente usados para revestimentos em pó. Ele apresenta forte atividade de superfície, e o principal motivo é o fato de ter uma cadeia principal "-C-C-" relativamente pura, com propriedades fóbicas à resina, e a cadeia lateral é o "grupo éster de butila", com propriedades favoráveis à resina; essa estrutura permite a livre orientação na interface, a parte da ligação éster que é compatível com a fase líquida fica para dentro, a cadeia principal flutua na interface para formar uma monocamada uniforme, e a tensão superficial pode ser uniforme. O grau de polimerização "n" reflete o tamanho do peso molecular.
2. Qual é o peso molecular mais razoável do fluxo líquido?
De acordo com os relatórios de especialistas nacionais e estrangeiros, a partir da tensão superficial, da flexibilidade da cadeia principal, da molhabilidade do substrato, da molhabilidade e do encapsulamento do enchimento de pigmento, da mobilidade das moléculas e da operabilidade do processo de síntese, a formação de um revestimento de polibutyl acacquil, as conclusões geralmente tendem aos seguintes indicadores: Mn=4000-5000; Mw=7000-10000, polidispersidade de distribuição de peso molecular Mw/Mn=1,5-2,2, esse é o índice de estrutura molecular mais ideal do acrilato de polibutila.
Moléculas acima de 20.000 são difíceis de serem compatíveis com o sistema porque são muito grandes e tendem a perder luz ou extinção; abaixo de 4.000 e acima de 20.000 moléculas de fluxo, quanto menor a proporção, melhor. Um ponto que vale a pena enfatizar: Mn=3000-10000, a distribuição de peso molecular Mw/Mn=1,5-7,0 também está disponível; mas, ocasionalmente, haverá problemas, como: muito conteúdo de moléculas pequenas e supermoléculas, aparecerão buracos e perda de luz, não anti-interferência e assim por diante. Moléculas abaixo de 4000, porque as moléculas são muito pequenas e a compatibilidade é muito boa, isso perderá a propriedade de nivelamento, causando todas as pequenas ondulações ao olhar para a luz, como mostrado abaixo:
3. Materiais sintéticos: Depois que a faixa de peso molecular é determinada, o trabalho restante é encontrar matérias-primas e determinar o processo em torno dessa meta. Os principais materiais são: acrilato de n-butila, solvente de xileno, catalisador azo AIBN, regulador de peso molecular. Para reduzir os custos, o estireno 3%-5% pode ser adicionado para copolimerização; algumas empresas também usam acrilato de 2-etilhexila, modificado com trimeticona vinílica, acrilato de hidroxietila, acrilato de octila ou acrilato de isooctila. Essas são inovações benéficas, principalmente para reduzir a tensão superficial e melhorar o desempenho antibloqueio. Para reduzir os custos, algumas fábricas adicionam diretamente tereftalato de dioctila, tereftalato de isooctila, fumarato de dietila, maleato de dietila, óleo de soja epóxi, etc., e a dosagem geral é de cerca de 20%. Essas práticas não favorecem o nivelamento e a anti-interferência.
A escolha do solvente é variada. No estágio inicial, o tolueno (ponto de ebulição de 110,63 °C) era usado, mas devido aos problemas de toxicidade e baixo ponto de ebulição, o xileno (138,5~141,5 °C) foi gradualmente usado. O éter monometílico de etilenoglicol (ou éter monometílico de etilenoglicol) também é um solvente ideal. Sua toxicidade é menor do que a do xileno, e seu ponto de ebulição é de 124,6 °C. Ele não é muito usado na China, e o método de misturá-lo com xileno como solvente no exterior é muito digno de referência. Se o ponto de ebulição for muito baixo, o peso molecular do agente de nivelamento sintético será muito grande, o que tende a antiespumar, mas a capacidade perde luz e embaça. Os solventes com alto ponto de ebulição não são adequados para uso porque a temperatura de evaporação do solvente é muito alta, o que pode oxidar facilmente o produto acabado, amarelando-o e formando macromoléculas. Atualmente, a tendência na China é usar xileno misto como solvente. As matérias-primas são acessíveis, baratas, pouco tóxicas, fáceis de armazenar, fáceis de operar e seguras.
Por que usar azobisisobutironitrila AIBN como iniciador em vez de peróxido de dibenzoíla BPO? Dois fatores são considerados principalmente: Primeiro, o tipo e a quantidade de iniciador podem afetar o peso molecular relativo e a estrutura molecular do polímero, afetando, assim, as propriedades químicas e físicas da resina. A azobisisobutironitrila (AIBN) e o peróxido de dibenzoíla (BPO) têm cinéticas de decomposição diferentes, respectivamente. A constante de transferência de cadeia do AIBN é pequena, a taxa de decomposição não é muito diferente em diferentes solventes, a atividade dos radicais livres é menor do que a dos radicais de benzeno, a reação de transferência de cadeia é menor e o polímero obtido tem uma distribuição de massa molecular relativa mais estreita. O AIBN é usado como iniciador. O agente pode manter a viscosidade da resina em uma faixa mais adequada. No entanto, após a decomposição do BPO, é fácil gerar radicais de benzeno com maior atividade, e os radicais de benzeno são fáceis de capturar átomos de hidrogênio na monômero A segunda é: o grupo final formado pela polimerização iniciada pelo azo AIBN é (CH3)3C-, que tem melhor durabilidade em ambientes externos; enquanto o grupo final formado pelo polímero iniciado pelo BPO é (CH3)3C-, que tem melhor durabilidade em ambientes externos. A segunda é: o grupo final formado pela polimerização iniciada pelo azo AIBN é (CH3)3C-, que tem melhor durabilidade em ambientes externos; enquanto o grupo final formado pelo polímero iniciado pelo BPO é um anel de benzeno, que tem baixa resistência a intempéries em ambientes externos e resultará em um filme de revestimento após um longo período. Amarelamento e envelhecimento. Em geral, acredita-se que quando a fração de massa do iniciador é maior que 4%, as propriedades mecânicas, as propriedades químicas e a estabilidade térmica do polímero serão afetadas negativamente.
A prática tem demonstrado que, no processo de síntese do agente de nivelamento de acrilato de polibutila, os seguintes pontos importantes precisam ser bem controlados:
1) A proporção do valor total de monômero para solvente ≈ 1: (1,0-1,2): Essa proporção tem grande influência sobre a polidispersão do peso molecular. Embora todo o processo de reação seja uma reação de "inanição", o solvente está em um estado de excesso, mas com o aumento da concentração de cada componente no solvente, a concentração muda muito devido ao aumento da quantidade de monômero gotejamento e a formação de reagentes. A tensão superficial afeta negativamente o nivelamento e a plenitude do revestimento.
2) Velocidade de gotejamento: a adição uniforme e gradual por gotejamento é vantajosa. A reação química é realizada em um instante. Quando as condições de reação são atingidas, a reação pode ser concluída em um décimo de milésimo de segundo. É muito importante, principalmente, não agir com pressa e ser casual. A polidispersidade do peso molecular é muito afetada por isso.
3) Influência do teor de água em monômeros e solventes: tanto os monômeros quanto os solventes conterão ≤5‰ de água, embora não muito, mas como o solvente é reciclado, a água continuará a se acumular. Uma pequena quantidade de água entra na chaleira de reação com o solvente ou o monômero e, após o aquecimento, entra em azeótropo com o xileno, consumindo uma grande quantidade de azo AIBN, aumentando o custo e afetando a distribuição do peso molecular, o que não favorece o uso posterior.
4) Tempo e taxa de adição de azo: O objetivo dessa operação é fazer com que as moléculas pequenas ou os monômeros que não reagiram continuem a reagir, evitando que as moléculas pequenas que não reagiram entrem no solvente quando o solvente for evaporado posteriormente e afetem a próxima reação. A taxa de concentração de monômeros e a distribuição do peso molecular da chaleira. Geralmente, um décimo da quantidade total do iniciador pode ser usado.
5) O tempo de preservação do calor e o tempo de evaporação do solvente têm pouco efeito sobre o peso molecular, mas a temperatura não deve ser muito alta e o tempo não deve ser muito longo. A evaporação do solvente a vácuo em baixa temperatura é benéfica para a cromaticidade do produto final. Quanto mais baixa for a temperatura e mais curto o tempo, mais favorável será. Obviamente, a premissa é que o solvente deve ser totalmente evaporado.
6) Filtragem em três estágios: ou seja, o solvente e o monômero devem ser filtrados ao entrar na chaleira de reação e no tanque de armazenamento de gotejamento; o elemento filtrante ou a tela do filtro deve ser limpo e substituído regularmente, o que favorece a filtragem de partículas gelificadas ou impurezas. Embora essas operações tenham pouco efeito sobre a distribuição do peso molecular, elas são absolutamente essenciais para garantir a alta qualidade.
7) Por meio do controle de operação acima, realizamos o teste de cromatografia em gel GPC nos produtos produzidos e obtivemos os seguintes dados de peso molecular: peso molecular médio numérico 4457; peso molecular médio em massa 7879; distribuição de peso molecular 1,7679; relativamente ideal.
Conclusão: O agente de nivelamento de acrilato de butila é a variedade mais amplamente usada de revestimentos em pó. Com base nisso, outros monômeros são adicionados para modificação, e muitas variedades são derivadas. Seus processos de síntese são semelhantes a esse. Entre eles, o peso molecular e sua distribuição estão relacionados ao tamanho da tensão superficial que afeta o fator mais crítico. Ele não envolve sua modificação e seus derivados aqui, e eu apenas expresso minha opinião pessoal sobre a parte mais básica. É inevitável que haja disputas e até mesmo falácias.
Há dois pontos de vista que este artigo deseja expressar: Primeiro, o peso molecular do agente de nivelamento tem um impacto fundamental sobre a tensão superficial e o nivelamento. O segundo é: há muitos fatores sintéticos que afetam o tamanho do peso molecular. Os detalhes da operação e a digitalização da operação são os fatores fundamentais da garantia de qualidade. Embora o posicionamento de muitos dados possa não estar correto no início, e o erro possa ser corrigido com a prática, esses itens devem estar presentes. A melhoria contínua é a única maneira de controlar a qualidade ao extremo!