viimeaikaiset edistysaskeleet ympäristöystävällisissä Alkydinanokomposiiteissa kohti ”vihreämpiä” pinnoitteita

Johdanto

alkydihartsit ovat monipuolisin kasvisöljy (VSO) – pohjainen polymeerisideaineita löytää sovelluksia maalit ja pinnoitteet teollisuus. Ne ovat polyesteripohjaisia materiaaleja, joita on muokattu öljyllä tai öljystä saaduilla rasvahapoilla. Alkydihartsit ovat velkaa laaja sovelluksia niiden monipuolisuus ja kyky suunnitella monenlaisia hyväksyttäviä ominaisuuksia kannalta käyttöä pinnoitteet teollisuuden. Alkydien osuus on nyt noin puolet kaikista suojapinnoitteiden alalla kulutetuista hartseista . Kemiallisesti alkydihartsit on määritelty moniarvoisen alkoholin, moniemäksisen hapon ja yksiemäksisen rasvahapon kondensaatiopolymeroinnin reaktiotuotteeksi (tyydyttynyt tai tyydyttymätön; Kuva 1). Ne luokitellaan parhaiten rasvahappojen ja ftaalihappoanhydridin määrän mukaan (taulukko 1) .

alkydin reaktio (Kuva 1) perustuu kolmeen perusrakenteeseen:

1. VSO tai vastaavat rasvahapot (prosentteina): pellavansiemenet (linoleeni/linolihappo 40/35), soija (linoli/öljyhappo 55/28), pitkä (rasvahappo/kolofoni 50/40), risiini (risiini/linolihappo 90/4), dehydratoitu risiini (konjugoitu rasvahappo/risiiniöljy 80/10), saflori (linoli/öljyhappo 59/37), tung (elaeosteaari/öljyhappo 79/11), kookos (tyydyttynyt/kertatyydyttymätön rasvahappo 91/6), sekä muut ei-perinteiset siemenöljyt;

2. moniarvoiset Alkoholit (polyolit): glyseroli, pentaerytritoli, sorbitoli, etyleeniglykoli, neopentyyliglykoli, trimetyylipropaani ja muut; ja

3. Moniemäksiset hapot (tai vastaavat anhydridit): ftaali -, isoftaali -, adipiini -, maleiini -, fumaarihappo-ja trimelliittihappoanhydridi .

alkydihartsit ovat hyvä väri säilyttäminen, kestävyys ulkoa päättyy, hyvä säänkestävyys, ja kohtalainen kestävyys syövyttäviä höyryjä, mutta osoittavat huono vastustuskyky kemiallisia roiskeita ja läikkymistä, erityisesti emäksisessä väliaineessa. Näiden hartsien lämpöstabiilisuus nousee 105°C: seen . Alkydipinnoitteiden ominaisuudet ovat peräisin pääasiassa hartsien valmistuksessa käytettyjen kuivatusöljyjen ominaisuuksista. Öljyrasvahappojen kovettumattomuuden laajuus ja laji vaikuttavat voimakkaasti valmiin alkydin ominaisuuksiin. Hartsin kuivumisaika, kovuus, väri ja kosteuden kestävyys riippuvat käytetyn öljyn kestämättömyysasteesta . Nämä kovettumattomat paikat ovat vastuussa alkydihartsien kovettumisesta automaattisella hapettumisprosessilla (kuva 2). Prosessi luo aktiivisia vapaita radikaaleja, jotka johtavat kolmiulotteisen ristiinlinkitetyn verkon muodostumiseen. .

vakioalkydit ovat yleensä soija-ja pellavaöljy-alkydit, joiden kuivausnopeus on vastaavasti kohtalainen ja nopeampi. Edellinen on hyvä väri säilyttäminen, kun taas jälkimmäinen vähentää värin säilyttäminen vaatimus. Paistamiseen käytetään dehydratoituja risiinipohjaisia ja soijaöljypohjaisia alkydejä. Nämä alkydit yhdessä ureaformaldehydin ja melamiiniformaldehydihartsin kanssa ovat lyhyempiä paistoaikoja ja tuottavat kovempaa kalvoa. Jotta väri olisi vaalea ja väri säilyisi mahdollisimman hyvin, voidaan käyttää ohentamisöljyjä, kuten kookospähkinöitä, risiininsiemeniä ja puuvillansiemeniä. Tämän tyyppinen alkydi ei kuivu vanhemman VSO: n hapettumattomuuden vuoksi. Ne on sekoitettava joihinkin ristiinlinkereihin ja paistettava amiinihartsilla, kuten urealla tai melamiiniformaldehydillä, korkeassa lämpötilassa (kuva 3).

VSO-pohjaisia alkydejä käytetään myös hartsimaisina pehmittiminä ja muina lakkatyyppisinä polymeereinä. Tung ja oiticica yhdessä muiden VSO-pohjaisten alkydien kanssa kuivuvat nopeammin ja saavuttavat aikaisemman kovuuden. Safloriöljypohjaisella alkydillä on erinomaiset kuivausominaisuudet ja värien säilyvyys . Näiden lisäksi joitakin ei-perinteisiä VSO-pohjaisia alkydejä, kuten nahar (Mesua ferreaLinn), kamala (Mallotus phillipinensis), mahua (Madhuca longifolia), barbadospähkinä (Jatropha curcas), burra gokharu (Tribulus terrestris), undi (Calophylum inophyllum), karanja (Pongamia glabra), karinotta (Samera indica), nigersied (Guizotia abyssinica), Babul (Acacia arabica), ja neem (azardirachta indica), on raportoitu ja käytetty Päällystemateriaaleina . Tupakan siemenöljyä on tiettävästi käytetty alkydinvalmistuksessa ryppyisissä maaleissa . Pentaerytritolin käyttö moniarvoisena alkoholina tuottaa nopeamman kuivumisen, suuremman kovuuden, paremman kiillon ja paremman vedenkestävyyden kuin alkydit, jotka perustuvat yhtä rasvahappopitoisuuteen sisältyvään glyseroliin .

alkydihartsien modifikaatioita tehdään jatkuvasti mekaanisten ja kemiallisten kestävyysominaisuuksien parantamiseksi, ja näillä järjestelmillä on laaja soveltamisala korroosiosuojapinnoitteina. Muokkaus akryylimonomeerilla, kuten styreenillä, metyylimetakrylaatilla, vinyylitolueenilla ynnä muilla, on tutkijoiden mukaan tehty laajasti kestämättömyyden kautta hartsien suorituskyvyn parantamiseksi halutulle tasolle . Butyylimetakrylaatti-ko-maleiinihappoanhydridi-kopolymeerikopolymeeriä, joka on muunnettu pellavan-ja kuminsiemenöljyalkydeiksi funktionaalisten ryhmien kautta, käytetään co-kovettumishartsina melamiiniformaldehydihartsin kanssa valmistettaessa leivontatyyppisiä päällystekoostumuksia, kun taas Albizia benthmedium-öljypohjaisella alkydillä saadaan huoneenlämpöistä kovettunutta hartsia, jolla on ylivertaiset kalvoominaisuudet . Alkydin muokkaaminen klooratulla kumilla paransi tarttuvuutta sekä paransi happo -, emäs-ja vedenkestävyyttä. Soijapavun ja A. benthoil-pohjaisen alkydin klooraus muuntuu ilmakuivattavaksi, muuntamattomaksi kalvonmuodostajaksi, jolla on paremmat mekaaniset ominaisuudet . Erikoisalkydiin käytetään liuotinfraktioidusta Argemonista ja kuminsiemenöljystä valmistettuja ketjupysäytteisiä alkydejä . Kuumennetut kuminsiemenöljypohjaiset kalvot kestävät erinomaisesti happo-ja suolaliuosta. Sen yhdistelmä cashewpähkinä kuori nestemäistä formaldehydihartsia on parantanutkuivauskykyä ja kemiallinen kestävyys . Fenolimuunneltu alkydihartsi parantaa kiillon säilymistä sekä veden ja emäksen kestävyyttä. Vesikiertoiset ja ilmakuivattavat alkydit on myös kehitetty eri VSO: sta, joilla on samanlaisia ominaisuuksia kuin niiden liuotinohenteisilla vastineilla ja joita käytetään maaleissa ja pinnoitteissa . Lisäksi alkydihartseja voidaan muokata epokseilla ja polyuretaaneilla tai muilla termoplastisilla hartseilla paremman suorituskyvyn pinnoittamiseksi. Esimerkiksi uretaaniöljyjä valmistetaan reagoimalla diglyseridejä tolueenidi-isosynaatin kanssa. Syntyviä öljyjä käytetään alkydihartsin valmistuksessa tai pinnoitteiden lisäaineena. Näiden lisäksi valmistetaan myös muita alkydejä, kuten imidimodifioitu alkydi, amidimodifioitu alkydi, tetraklooriftaalianhydridipohjainen alkydihartsi, jolla on paloa hidastavia ominaisuuksia, keteenin ja etikkahappoanhydridin muunnos alkydin terminaalisilla hydroksyyliryhmillä, alkydihartsia sisältävä sinkkikromaatti, alkydihartsia sisältävä trifenyylifosfiitti, jonka väri-ja kuivausominaisuudet ovat paremmat, öljyttömät alkydit, ultravioletti (UV) kevyt kovettuva pigmentoitu alkydihartsilakerivalmiste ja maleiinihappoanhydridi syklopentadieeniaddukti alkydivalmisteissa .

viime vuosina energiankulutukseen ja ympäristön saastumiseen liittyvien huolenaiheiden, ”kestävään kehitykseen” ja innovaatioihin ohjaavien säädösten ja lainsäädäntöjen vuoksi on keskitytty kehittämään I) ”vihreämpiä” ympäristöä säästäviä materiaaleja ii), joiden suoritusominaisuudet ovat parantuneet vastaamaan nykyajan vaatimuksia. Ympäristöä säästäviä teknologioita, kuten korkeita kiintoaineita, ylijännitettyjä, vesikiertoisia ja UV-säteilyä, käytetään ympäristölle haitallisten vaarallisten kemikaalien ja päästöjen käytön ja/tai tuotannon lopettamiseen. Suorituskyvyn parantamiseksi nanosisoitujen täyteaineiden sisällyttäminen nanoreforjoiksi toteutetaan. Tässä yhteydessä alkydien maailmassa on tapahtunut myös suurempia muutoksia, kuten siirtyminen korkeisiin kiinteisiin alkydeihin, hyperbranched, vesiohenteisiin ja UV parannettavissa alkydeihin (Kuva 1). Meidän viime katsaus artikkeleita, olemme kuvanneet alkyds ja niiden muutokset kannalta sekä kiinteistöjen parannuksia ja ympäristöystävällisiä lähestymistapoja, esiintyy viime vuosikymmenellä . Tämä käsikirjoitus tarjoaa lyhyen katsauksen ympäristöystävällisiä viimeaikaisia edistysaskeleita, jotka ovat tapahtuneet alalla alkydit ja keskittyy myös ominaisuuksia ja suorituskykyä ominaisuuksia korkea kiintoaineiden, hyperbranched, ja vesiliikenteessä alkydin nanokomposiittien sekä tutkimattomia alueita alalla ja mahdollisia tulevia tutkimussuuntia.