Neue Fortschritte in umweltfreundlichen Alkyd-Nanocomposites in Richtung zu „grüneren“ Beschichtungen

Einleitung

Alkydharze sind die vielseitigsten pflanzlichen Samenöl (VSO)-basierte polymere Bindemittel finden Anwendungen Farben und Lacke Industrie. Sie sind Materialien auf Polyesterbasis, die mit Öl oder aus Öl gewonnenen Fettsäuren modifiziert sind. Alkydharze verdanken ihre breiten Anwendungen ihrer Vielseitigkeit und Fähigkeit, eine Vielzahl akzeptabler Eigenschaften in Bezug auf die Verwendung durch die Beschichtungsindustrie zu entwickeln. Alkyde machen heute etwa die Hälfte aller im Bereich der Schutzbeschichtungen verbrauchten Harze aus. Chemisch gesehen wurden Alkydharze als Reaktionsprodukt der Kondensationspolymerisation von mehrwertigem Alkohol, mehrwertiger Säure und einbasiger Fettsäure (gesättigt oder ungesättigt; Abbildung 1) definiert. Sie werden am besten nach der Menge an vorhandener Fettsäure und Phthalsäureanhydrid klassifiziert (Tabelle 1) .

Die Reaktion von Alkyd (Abbildung 1) basiert auf drei grundlegenden Grundbausteinen:

1. VSO oder entsprechende Fettsäuren (in Prozent): leinsamen (Linolensäure / Linolsäure 40/35), Sojabohnen (Linolsäure / Ölsäure 55/28), Tall (Fettsäure / Kolophonium 50/40), Rizinus (Ricinolsäure / Linolsäure 90/4), dehydrierte Rizinus (konjugierte Fettsäure / Ricinolsäure 80/10), Saflor (Linolsäure / Ölsäure 59/37), Tung (Elaeostearin / Ölsäure 79/11), Kokosnuss (gesättigt / einfach ungesättigt fettsäure 91/6), sowie andere nichttraditionelle Samenöle;

2. Mehrwertige Alkohole (Polyole): Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Ethylenglykol, Neopentylglykol, Trimethylolpropan und andere; und

3. Mehrbasische Säuren (oder entsprechendes Anhydrid): phthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Trimellithsäureanhydrid .

Alkydharze haben eine gute Farbretention, Haltbarkeit in Außenverkleidungen, gute Witterungsbeständigkeit und mäßige Beständigkeit gegen korrosive Dämpfe, zeigen jedoch eine schlechte Beständigkeit gegen chemische Spritzer und Verschütten, insbesondere in alkalischem Medium. Die thermische Stabilität dieser Harze reicht bis zu 105 ° C. Die Eigenschaften von Alkydbeschichtungen leiten sich hauptsächlich von den Eigenschaften von trocknenden Ölen ab, die bei der Herstellung der Harze verwendet werden. Das Ausmaß und die Art der Ungesättigtheit in trocknenden Ölfettsäuren haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die Eigenschaften des fertigen Alkyds. Die Trocknungszeit, Härte, Farbe und der spezifische Feuchtigkeitswiderstand des Harzes hängen vom Grad der Ungesättigtheit des verwendeten Öls ab . Diese ungesättigten Stellen sind für die Aushärtung von Alkydharzen durch Autooxidationsprozess verantwortlich (Abbildung 2). Der Prozess erzeugt die aktiven freien Radikale, die zur Bildung eines dreidimensionalen vernetzten Netzwerks führen. .

Die Standardalkyde sind normalerweise Sojabohnen- und Leinölalkyde, die moderate bzw. schnellere Trocknungsraten aufweisen. Ersteres hat eine gute Farbretention, während letzteres den Farbhaltebedarf reduziert. Dehydrierte Alkyde auf Rizinus- und Sojaölbasis werden für gebackene Oberflächen verwendet. Diese Alkyde zeigen in Kombination mit Harnstoffformaldehyd und Melaminformaldehydharz eine kürzere Einbrennzeit und erzeugen einen härteren Film. Für helle Farbe und maximale Farbretention können nicht trocknende Öle wie Kokosnuss, Rizinus und Baumwollsamen verwendet werden. Das Alkyd dieses Typs trocknet wegen des nichtoxidierenden Charakters des Stamm-VSO nicht. Sie müssen mit einigen Vernetzern gemischt und mit Aminharz wie Harnstoff oder Melaminformaldehyd bei hoher Temperatur eingebrannt werden (Abbildung 3).

Nichttrocknende Alkyde auf VSO-Basis werden auch als Harzweichmacher und andere Polymere vom Lacktyp verwendet. Tung und Oiticica zeigen in Kombination mit anderen Alkyden auf VSO-Basis eine schnellere Trocknung und erreichen eine frühere Härte. Distelöl-basiertes Alkyd hat ausgezeichnete Trocknungseigenschaften und Farbretention . Neben diesen, einige nicht-traditionelle VSO-basierte Alkyde, wie Nahar (Mesua ferreaLinn), Kamala (Mallotus phillipinensis), Mahua (Madhuca longifolia), Barbados Nuss (Jatropha curcas), Burra gokharu (Tribulus terrestris), undi (Calophylum inophyllum), Karanja (Pongamia glabra), karinotta (Samera indica), Nigersamen (Guizotia abyssinica) , Babul (Acacia arabica) und Neem (Azardirachta indica) wurden berichtet und als Beschichtungsmaterialien verwendet . Tabaksamenöl wurde Berichten zufolge in der Alkydvorbereitung für faltige Deckfarben verwendet. Die Verwendung von Pentaerythrit als mehrwertigem Alkohol führt zu einer schnelleren Trocknung, einer größeren Härte, einem besseren Glanz und einer besseren Wasserbeständigkeit als Alkyde auf Basis von Glycerin mit gleichem Fettsäuregehalt .

Modifikationen von Alkydharzen werden kontinuierlich durchgeführt, um verbesserte mechanische und chemische Beständigkeitseigenschaften zu erreichen, und diese Systeme finden einen breiten Anwendungsbereich als Korrosionsschutzbeschichtungen. Die Modifikation mit Acrylmonomer wie Styrol, Methylmethacrylat, Vinyltoluol und anderen wurde von Forschern umfassend durch Ungesättigtheit durchgeführt, um die Leistung von Harzen auf das gewünschte Niveau zu verbessern . Butylmethacrylat-Co-Maleinsäureanhydrid-Copolymer modifizierte Leinsamen- und Kautschuksamenölalkyde durch funktionelle Gruppen werden als co-härtende Harze mit Melamin-Formaldehyd-Harz verwendet, um Einbrennlackzusammensetzungen herzustellen, während Albizia Benthmedium-Alkyd auf Ölbasis ein bei Raumtemperatur gehärtetes Harz mit überlegenen Filmeigenschaften ergibt . Die Modifizierung von Alkyd mit Chlorkautschuk führte zu einer verbesserten Haftung sowie einer verbesserten Säure-, Alkali- und Wasserbeständigkeit. Die Chlorierung von Soja- und A. benthoil-basiertem Alkyd verwandelt sich in einen lufttrocknenden, nicht konvertierbaren Filmbildner mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Kettenstoppalkyde aus lösungsmittelfraktioniertem Argemonund Kautschuksamenöl werden für Spezialalkyd verwendet. Beheizte Filme auf Kautschuksamenölbasis zeigen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Säure und Salzlösung. Seine Kombination mit flüssigem Formaldehydharz der Cashewnussschale hat die Trocknungsfähigkeit und die chemische Beständigkeit verbessert. Das phenolmodifizierte Alkydharz verbessert die Glanzbeständigkeit sowie die Wasser- und Alkalibeständigkeit. Wassergebackene und lufttrocknende Alkyde wurden ebenfalls aus verschiedenen VSO entwickelt, die ähnliche Eigenschaften wie ihre lösungsmittelhaltigen Gegenstücke aufweisen und Anwendung in Farben und Beschichtungen gefunden haben. Darüber hinaus können Alkydharze mit Epoxiden und Polyurethanen oder anderen thermoplastischen Harzen modifiziert werden, um Beschichtungen mit verbesserter Leistung zu erhalten. Beispielsweise werden Urethanöle durch Umsetzung von Diglyceriden mit Toluoldiisocynaten hergestellt. Die resultierenden Öle werden in der Alkydharzherstellung oder als Additiv für Beschichtungen verwendet. Daneben werden auch andere Alkyde hergestellt, wie imidmodifiziertes Alkyd, amidmodifiziertes Alkyd, Alkydharz auf Tetrachlorphthalsäureanhydridbasis mit feuerhemmenden Eigenschaften, Keten- und Essigsäureanhydridmodifikation mit endständigen Hydroxylgruppen des Alkyds, Alkydharz enthaltendes Zinkchromat, Alkydharz enthaltendes Triphenylphosphit mit verbesserten Farb- und Trocknungseigenschaften, ölfreie Alkyde, ultraviolett (UV) lichthärtbare pigmentierte Alkydharzlackzubereitung und maleinsäureanhydridhaltige Alkydharze Cyclopentadien-Addukt in Alkydpräparaten .

In den letzten Jahren wurden aufgrund von Bedenken im Zusammenhang mit Energieverbrauch und Umweltverschmutzung, Vorschriften und Gesetzen, die uns auf „nachhaltige Entwicklung“ und Innovationen ausrichten, Anstrengungen unternommen, um (i) „grünere“ umweltfreundliche Materialien (ii) mit verbesserten Leistungsmerkmalen zu entwickeln, um den heutigen Anforderungen gerecht zu werden. Umweltfreundliche Technologien wie High Solids, hyperverzweigte, wasserbasierte und UV-härtende Technologien werden eingesetzt, um die Verwendung und / oder Erzeugung gefährlicher Chemikalien und umweltschädlicher Emissionen zu vermeiden. Zur Verbesserung der Leistung wird die Einbeziehung von nanoskaligen Füllstoffen als Nanoverstärkungen erreicht. In diesem Zusammenhang hat die Welt der Alkyde auch größere Modifikationen erlebt, wie die Umstellung auf feststoffreiche, hyperverzweigte, wasserbasierte und UV-härtbare Alkyde (Abbildung 1). In unseren jüngsten Übersichtsartikeln haben wir Alkyde und ihre Modifikationen sowohl in Bezug auf Eigenschaftsverbesserungen als auch auf umweltfreundliche Ansätze beschrieben, die in den letzten zehn Jahren aufgetreten sind . Dieses Manuskript stellt einen kurzen Überblick über umweltfreundliche neue Fortschritte zur Verfügung, die auf dem Gebiet von Alkyden stattgefunden haben und konzentriert sich auch auf die Eigenschaften und die Leistungsmerkmale von hohen Körpern, hyperverzweigt und durch Wasser übertragene Alkyd-nanocomposites zusammen mit den unerforschten Bereichen auf dem Gebiet und den möglichen zukünftigen Forschungsrichtungen.