nya framsteg i miljövänliga Alkydnanokompositer mot ”grönare” beläggningar

introduktion

alkydhartser är de mest mångsidiga vegetabiliska fröolja (VSO)-baserade polymera bindemedel hitta applikationer färger och beläggningar industrin. De är polyesterbaserade material modifierade med olja eller oljebaserade fettsyror. Alkydhartser är skyldiga sina breda applikationer till deras mångsidighet och förmåga att konstruera ett brett utbud av acceptabla egenskaper när det gäller användning av beläggningsindustrin. Alkyder står nu för ungefär hälften av alla hartser som konsumeras inom skyddsbeläggningar . Kemiskt har alkydhartser definierats som reaktionsprodukt av kondenspolymerisation av flervärd alkohol, polybasisk syra och monobasisk fettsyra (mättad eller omättad; Figur 1). De klassificeras bäst enligt mängden fettsyra och ftalsyraanhydrid närvarande (Tabell 1) .

reaktionen av alkyd (Figur 1) är baserad på tre grundläggande grundläggande byggstenar:

1. VSO eller motsvarande fettsyror (i procent): linfrö (linolensyra/linolsyra 40/35), sojabönor (linolsyra/oljesyra 55/28), tall (fettsyra/kolofonium 50/40), ricinolja (ricinolsyra/linolsyra 90/4), dehydratiserad ricinolja (konjugerad fettsyra/ricinolsyra 80/10), safflor (linolsyra/oljesyra 59/37), tung (elaeostearisk/oljesyra 79/11), kokosnöt (mättad/enkelomättad fettsyra 91/6), som liksom andra icke-traditionella fröoljor;

2. flervärda alkoholer (polyoler): glycerol, pentaerytritol, sorbitol, etylenglykol, neopentylglykol, trimetylolpropan och andra; och

3. Polybasiska syror (eller motsvarande anhydrid): ftalsyra, isoftalsyra, adipinsyra, maleinsyra, fumarsyra och trimellitanhydrid .

alkydhartser har god färghållning, hållbarhet i yttre ytor, god väderbeständighet och måttlig motståndskraft mot frätande rök men visar dålig motståndskraft mot kemisk stänk och spill, särskilt i alkaliskt medium. Den termiska stabiliteten hos dessa hartser går upp till 105 kcal C . Egenskaperna hos alkydbeläggningar härrör huvudsakligen från egenskaperna hos torkoljor som används vid framställning av hartserna. Omfattningen och typen av omättnad vid torkning av oljefettsyror har en djupgående effekt på egenskaperna hos färdig alkyd. Torktiden, hårdheten, färgen och fuktresistiviteten hos hartset beror på graden av omättnad av den använda oljan . Dessa omättningsställen är ansvariga för härdning av alkydhartser genom autooxidationsprocess (Figur 2). Processen skapar de aktiva fria radikalerna som leder till bildandet av ett tredimensionellt tvärbundet nätverk. .

standard alkyderna är vanligtvis sojabönor och linolja alkyder, som visar måttliga respektive snabbare torkningshastigheter. Den förstnämnda har god färghållning, medan den senare minskar färghållningskravet. Dehydratiserad ricinus och sojabönoljebaserade alkyder används för bakade ytor. Dessa alkyder i kombination med ureaformaldehyd och melaminformaldehydharts uppvisar kortare bakningstid och producerar hårdare film. För ljus färg och maximal färgretention kan icke-torkande oljor, såsom kokosnöt, ricinus och bomullsfrön, användas. Alkyd av denna typ torkar inte på grund av den icke-oxiderande karaktären hos föräldern VSO. De måste blandas med några tvärbindare och bakas med aminharts, såsom urea eller melaminformaldehyd, vid hög temperatur (Figur 3).

Nondrying VSO-baserade alkyder används också som hartsartade mjukningsmedel och andra polymerer av lacktyp. Tung och oiticica i kombination med andra VSO-baserade alkyder visar snabbare torkning och uppnår tidigare hårdhet. Saffloroljebaserad alkyd har utmärkta torkningsegenskaper och färgretention . Förutom dessa, några icke-traditionella VSO-baserade alkyder, såsom nahar (Mesua ferreaLinn), kamala (Mallotus phillipinensis), mahua (Madhuca longifolia), Barbados mutter (Jatropha curcas), burra gokharu (Tribulus terrestris), undi (Calophylum inophyllum), karanja (Pongamia glabra), karinotta (Samera indica), nigerseed (Guizotia abyssinica), Babul (Acacia Arabica) och neem (azardirachta indica) har rapporterats och använts som beläggningsmaterial . Tobaksfröolja har enligt uppgift använts i alkydberedning för skrynkliga ytfärger . Användningen av pentaerytritol som en flervärd alkohol ger snabbare torkning, större hårdhet, bättre glans och bättre vattenbeständighet än alkyder baserade på glycerol med lika fettsyrahalt .

modifieringar av alkydhartser utförs kontinuerligt för att uppnå förbättrade mekaniska och kemiska beständighetsegenskaper och dessa system hittar ett brett tillämpningsområde som korrosionsskyddande beläggningar. Modifieringen med akrylmonomer, såsom styren, metylmetakrylat, vinyl toluen och andra, har i stor utsträckning gjorts av forskare genom omättnad för att förbättra hartsens prestanda upp till önskad nivå . Butylmetakrylat-sammaleinsyraanhydrid sampolymer modifierad linfrö och gummifröolja alkyder genom funktionella grupper används som samhärdande hartser med melaminformaldehydharts för att förbereda beläggningskompositioner av bakningstyp, medan Albizia benthmedium oljebaserad alkyd ger rumstemperaturhärdat harts med överlägsna filmegenskaper . Modifieringen av alkyd med klorerat gummi resulterade i förbättrad vidhäftning samt förbättrad syra -, alkali-och vattenbeständighet. Kloreringen av sojabönor och A. benthoil-baserad alkyd omvandlas till en lufttorkande, icke-konvertibel filmformare med förbättrade mekaniska egenskaper . Chain-stop alkyds från lösningsmedel fraktionerad Argemoneand gummifröolja används för specialitet alkyd . Uppvärmda gummifröoljebaserade filmer visar utmärkt motståndskraft mot syra och saltlösning. Dess kombination med cashewnötskal flytande formaldehydharts har förbättrat torkförmågan och kemisk beständighet . Det fenolmodifierade alkydhartset förbättrar glansretentionen såväl som vatten-och alkalibeständighet. Vattenburen-bakade och lufttorkande alkyder har också utvecklats från olika VSO har egenskaper som liknar deras lösningsmedelsburna motsvarigheter och funnit tillämpning i färg och beläggningar . Dessutom kan alkydhartser modifieras med epoxier och polyuretaner eller andra termoplastiska hartser för att ge beläggningar med förbättrad prestanda. Till exempel framställs uretanoljor genom att reagera diglycerider med toluendiisocynat. De resulterande oljorna används i alkydhartsberedning eller som tillsats för beläggningar. Förutom dessa framställs också andra alkyder, såsom imidmodifierad alkyd, amidmodifierad alkyd, tetrakloroftalanhydridbaserad alkydharts med brandhämmande egenskaper, keten-och ättiksyraanhydridmodifiering med terminala hydroxylgrupper av alkyd, zinkkromat innehållande alkydharts, trifenylfosfit innehållande alkydharts med förbättrade färg-och torkningsegenskaper, oljelösa alkyder, ultraviolett (UV) lätt härdbar Pigmenterad alkydhartslackberedning och maleinsyraanhydrid-cyklopentadienaddukt i alkydpreparat .

under de senaste åren, på grund av oro för energiförbrukning och miljöförorening, förordningar och lagstiftningar som riktar oss mot ”hållbar utveckling” och innovationer, fokuseras insatserna mot utveckling av (i) ”grönare” miljövänliga material (ii) med förbättrade prestandaegenskaper för att möta dagens krav. Miljövänliga tekniker som höga fasta ämnen, hypergrenade, vattenburna och UV-härdbara används för att eliminera användning och/eller generering av farliga kemikalier och utsläpp som är skadliga för miljön. För förbättring av prestanda uppnås införandet av nanosiserade fyllmedel som nanoreförstärkningar. I detta sammanhang har världen av alkyder också bevittnat större modifieringar som att byta till höga fasta ämnen, hypergrenade, vattenburna och UV-härdbara alkyder (Figur 1). I våra senaste granskningsartiklar har vi beskrivit alkyder och deras modifieringar både när det gäller fastighetsförbättringar och miljövänliga tillvägagångssätt, som inträffade under det senaste decenniet . Detta manuskript ger en kort översikt av miljövänliga senaste framsteg som har ägt rum inom alkydsområdet och fokuserar också på Egenskaper och prestandaegenskaper hos höga fasta ämnen, hypergrenade och vattenburna alkydnanokompositer tillsammans med de outforskade områdena i fältet och möjliga framtida forskningsriktningar.