Introduzione
Le resine alchidiche sono i più versatili leganti polimerici a base di olio di semi vegetali (VSO) che trovano applicazioni nell’industria delle vernici e dei rivestimenti. Sono materiali a base di poliestere modificati con olio o acidi grassi derivati dall’olio. Le resine alchidiche devono le loro ampie applicazioni alla loro versatilità e capacità di progettare un’ampia varietà di proprietà accettabili in termini di utilizzo da parte dell’industria dei rivestimenti. Gli alchidi rappresentano ora circa la metà di tutte le resine consumate nel campo dei rivestimenti protettivi . Chimicamente, le resine alchidiche sono state definite come prodotto di reazione della polimerizzazione per condensazione di alcol polivalente, acido polibasico e acido grasso monobasico (saturo o insaturo; Figura 1). Sono meglio classificati in base alla quantità di acido grasso e anidride ftalica presenti (Tabella 1) .
| Content | ||||
|---|---|---|---|---|
| Type | ||||
| Short alkyd | Medium alkyd | Long alkyd | Very long alkyd | |
| Fatty acid content | 30–42 | 43–54 | 55–68 | >68 |
| Phthallic anhydride | 37 | 30–37 | 20–30 | <20 |
Table 1
Alkyd classification.
Figura 1.
Sintesi alchidica, dove R=catena degli acidi grassi (saturi o insaturi). Dove PA: Anidride ftalica, Gly: Glicerolo e TMPTMA: Trimetilolpropano trimetacrilato.
La reazione dell’alchide (Figura 1) si basa su tre elementi fondamentali fondamentali:
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VSO o acidi grassi corrispondenti (in percentuale): semi di lino (linolenico/linoleico 40/35), soia (linoleico/acido oleico 55/28), alto (acidi grassi/rosin 50/40), castor (ricinoleico/linoleico 90/4), disidratata di ricino (acidi coniugati dell’acido ricinoleico 80/10), di cartamo (linoleico/acido oleico 59/37), di tung (elaeostearic/acido oleico 79/11), cocco (saturi/acidi grassi monoinsaturi 91/6), così come altri non tradizionali oli di semi;
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polialcoli (polioli): glicerolo, pentaerythritol, sorbitolo, glicole etilenico, neopentil glicole, trimethylol propano, e gli altri;
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acidi Polibasici (o corrispondente anidride acetica): acidi ftalici, isoftalici, adipici, maleici, fumarici e anidride trimellitica .
Le resine alchidiche hanno una buona ritenzione del colore, durata nelle finiture esterne, buona resistenza agli agenti atmosferici e moderata resistenza ai fumi corrosivi, ma mostrano una scarsa resistenza agli spruzzi e alle fuoriuscite chimiche, specialmente nel mezzo alcalino. La stabilità termica di queste resine arriva fino a 105°C. Le proprietà dei rivestimenti alchidici derivano principalmente dalle proprietà degli oli essiccanti utilizzati nella fabbricazione delle resine. L’estensione e il tipo di insaturazione negli acidi grassi dell’olio essiccante hanno un profondo effetto sulle proprietà dell’alchide finito. Il tempo di asciugatura, la durezza, il colore e la resistività all’umidità della resina dipendono dal grado di insaturazione dell’olio utilizzato . Questi siti di insaturazione sono responsabili della polimerizzazione delle resine alchidiche attraverso il processo di auto-ossidazione (Figura 2). Il processo crea i radicali liberi attivi che portano alla formazione di una rete reticolata tridimensionale. .
Figura 2.
Autossidazione di alchidica.
Gli alchidi standard sono di solito alchidi di soia e olio di lino, che mostrano tassi di essiccazione moderati e più veloci, rispettivamente. Il primo ha una buona ritenzione del colore, mentre il secondo riduce il requisito di ritenzione del colore. La ricino disidratata e gli alchidi a base di olio di soia vengono utilizzati per le finiture cotte. Questi alchidi in combinazione con la formaldeide urea e la resina di formaldeide melamminica presentano tempi di cottura più brevi e producono film più duri. Per il colore chiaro e la massima ritenzione del colore, possono essere utilizzati oli non essiccati, come cocco, ricino e semi di cotone. L’alchide di questo tipo non si asciuga a causa del carattere non ossidante del genitore VSO. Devono essere miscelati con alcuni cross-linker e cotti con resina amminica, come urea o melammina formaldeide, ad alta temperatura (Figura 3).
Figura 3.
Reazioni di polimerizzazione di resine alchidiche con resine amminiche.
Gli alchidi a base di VSO non essiccati sono anche usati come plastificanti resinosi e altri polimeri di tipo laccato. Tung e oiticica in combinazione con altri alchidi a base di VSO mostrano un’essiccazione più rapida e raggiungono una durezza precedente. L’alchide a base di olio di cartamo ha eccellenti proprietà di essiccazione e ritenzione del colore . Oltre a questi, alcuni non tradizionale, VSO-a base di alkyds, come nahar (Mesut ferreaLinn), kamala (Mallotus phillipinensis), mahua (Madhuca longifolia), barbados dado (Jatropha curcas), burra gokharu (Tribulus terrestris), undi (Calophylum inophyllum), karanja (Pongamia glabra), karinotta (Samera indica), nigerseed (Guizotia abyssinica), babul (Acacia arabica), e neem (Azardirachta indica), sono stati segnalati e utilizzato come materiale di rivestimento . L’olio di semi di tabacco è stato riferito utilizzato nella preparazione alchidica per vernici di finitura rugosa . L’uso di pentaerythritol come alcool polyhydric produce l’essiccazione più veloce, la maggior durezza, la migliore lucentezza e la migliore resistenza all’acqua che gli alchidi basati sul glicerolo del contenuto uguale dell’acido grasso .
Le modifiche delle resine alchidiche vengono continuamente eseguite per ottenere migliori proprietà di resistenza meccanica e chimica e questi sistemi trovano un ampio campo di applicazione come rivestimenti protettivi contro la corrosione. La modifica con monomero acrilico, come stirene, metacrilato di metile, toluene vinilico e altri, è stata ampiamente eseguita dai ricercatori attraverso l’insaturazione per migliorare le prestazioni delle resine fino al livello desiderato . Butilmetacrilato-co-maleico anidride copolimero modificato semi di lino e olio di semi di gomma alchidi attraverso gruppi funzionali sono utilizzati come resine co-polimerizzazione con resina melamminica formaldeide per preparare composizioni di rivestimento di tipo cottura, mentre Albizia benthmedium alchidico a base di olio dà temperatura ambiente resina curata, con proprietà superiori del film . La modifica dell’alchide con gomma clorurata ha comportato una migliore adesione e una migliore resistenza agli acidi, agli alcali e all’acqua. La clorazione della soia e dell’alchide a base di A. benthoil si trasforma in un film essiccante all’aria e non convertibile con proprietà meccaniche migliorate . Alchidi a catena da argemone frazionato solvente e olio di semi di gomma sono utilizzati per alchidici speciali . I film a base di olio di semi di gomma riscaldati mostrano un’eccellente resistenza alla soluzione acida e salina. La sua combinazione con la resina liquida della formaldeide delle coperture dell’anacardio ha migliorato la capacità di secchezza e la resistenza chimica . La resina alchidica fenolo-modificata migliora la ritenzione della lucentezza e la resistenza all’acqua e agli alcali. Gli alchidi a base acquosa e ad asciugatura ad aria sono stati sviluppati anche da diversi VSO con proprietà simili alle loro controparti a base solvente e hanno trovato applicazione in vernici e rivestimenti . Inoltre, le resine alchidiche possono essere modificate con resine epossidiche e poliuretaniche o altre resine termoplastiche per dare rivestimenti di prestazioni migliorate. Ad esempio, gli oli di uretano vengono preparati facendo reagire i digliceridi con il diisocinato di toluene. Gli oli risultanti sono utilizzati nella preparazione di resine alchidiche o come additivo per rivestimenti. Oltre a questi, altri alkyds sono anche preparati, come imide-alchidica modificata, ammide-alchidica modificata, tetrachlorophthalic anidride acetica a base di resine alchidiche con il fuoco-ritardante di proprietà, ketene e anidride acetica modifica con terminale gruppi ossidrilici di resine alchidiche, di cromato di zinco contenenti resine alchidiche, fino fosfito contenenti resine alchidiche con il miglioramento del colore e le proprietà di asciugatura, dell’olio-di meno alkyds, luce ultravioletta (UV) temprabile pigmentato a base di resine alchidiche lacca preparazione e anidride maleica-ciclopentadiene addotto in alchidiche preparazioni .
Negli ultimi anni, a causa delle preoccupazioni legate al consumo energetico e alla contaminazione ambientale, alle normative e alle legislazioni che ci indirizzano verso lo “sviluppo sostenibile” e le innovazioni, gli sforzi sono stati concentrati verso lo sviluppo di (i) materiali “più ecologici” ecocompatibili (ii) con caratteristiche prestazionali migliorate per soddisfare le esigenze attuali. Tecnologie rispettose dell’ambiente come solidi elevati, iperraminati, a base acquosa e curabili UV, vengono utilizzate per eliminare l’uso e/o la generazione di sostanze chimiche pericolose e le emissioni nocive per l’ambiente. Per migliorare le prestazioni, l’inclusione di filler nanosizzati come nanoreinforcements è in fase di realizzazione. In questo contesto, il mondo degli alchidi ha anche assistito a modifiche maggiori come il passaggio a solidi elevati, alchidi iper-ramificati, a base acquosa e curabili UV (Figura 1). Nei nostri recenti articoli di revisione, abbiamo descritto alchidi e le loro modifiche in termini di entrambi i miglioramenti di proprietà e approcci rispettosi dell’ambiente, che si verificano nell’ultimo decennio . Questo manoscritto fornisce una breve panoramica dei recenti progressi rispettosi dell’ambiente che hanno avuto luogo nel campo degli alchidi e si concentra anche sulle proprietà e le caratteristiche prestazionali dei nanocompositi alchidici ad alto contenuto di solidi, iper-ramificati e a base acquosa insieme alle aree inesplorate nel campo e alle possibili direzioni di ricerca future.