Gli esteri acrilati in generale, che includono l’acrilato di butile (BA), il 2-etilesilacrilato (2-EHA), il metacrilato di metile (MMA), il metacrilato di butile (BMA) e altri, rappresentano una famiglia versatile di blocchi di costruzione per migliaia di composizioni di copolimeri. Le resine acriliche basate su questi monomeri mostrano un’eccellente resistenza alle intemperie, un’elevata lucentezza e ritenzione del colore e una lunga durata. Per queste ragioni, sono le composizioni preferite per rivestimenti architettonici e industriali, finiture automobilistiche e un’ampia varietà di altre applicazioni.
L’importanza della copolimerizzazione degli esteri acrilici
La copolimerizzazione degli esteri acrilici è una tecnica importante per ottenere un adattamento sistematico delle proprietà richieste in una vasta gamma di applicazioni finali. L’acido acrilico glaciale (GAA) e l’acido metacrilico glaciale (GMMA) sono monomeri acrilati usati per funzionalizzare i copolimeri acrilici.
I monomeri acrilici a catena corta come il metil metacrilato e altri monomeri come lo stirene producono polimeri più duri e fragili, con elevate caratteristiche di coesione e resistenza. I monomeri a catena lunga come l’acrilato di butile e il 2-etilesilacrilato permettono di ottenere polimeri morbidi, flessibili e appiccicosi con caratteristiche di resistenza inferiori. Monomeri come l’acrilato di etile, il metacrilato di butile e l’acetato di vinile contribuiscono a valori di transizione vetrosa e di durezza più intermedi. I co-monomeri come l’acrilonitrile e la (metacrilammide) possono migliorare la resistenza ai solventi e all’olio.
Gestendo i rapporti dei comonomeri e le temperature di transizione vetrosa, i chimici possono bilanciare durezza e morbidezza, adesività e resistenza al blocco, proprietà adesive e coesive, flessibilità a basse temperature, forza e durata e altre proprietà chiave per facilitare gli obiettivi di utilizzo finale.
I progressi nelle proprietà meccaniche del film, nella resistenza chimica, all’acqua e all’abrasione, nella durata, nelle proprietà adesive e nella resistenza ai solventi hanno guidato la crescita dei copolimeri acrilici, specialmente nelle tecnologie a base d’acqua. Un importante contributo a questi miglioramenti delle prestazioni è stato dato dai nuovi prodotti chimici di reticolazione dei polimeri. Esemplare di questa tendenza è l’uso del monomero funzionale diacetone acrilamide, che può essere incorporato nei sistemi acrilici per permettere una reticolabilità controllata.
Diamo uno sguardo ad alcuni fatti chiave sui monomeri acrilati usati nelle applicazioni CASE.
Categorie di copolimeri acrilici
I rivestimenti e gli adesivi a base acrilica possono essere classificati in formulazioni interamente acriliche in cui i blocchi di costruzione sono esclusivamente di tipo estere acrilico e metacrilico; formulazioni acrilico-stireniche, che contengono anche stirene; e formulazioni vinil-acriliche che contengono anche monomero acetato di vinile (VAM). I vari monomeri usati nei copolimeri possono differire ampiamente nella temperatura di transizione vetrosa (Tg); l’equilibrio idrofobico-idrofilo del copolimero; durezza e flessibilità; e resistenza alle intemperie/alla luce del sole. Anche con una Tg fissa, i copolimeri con diverse combinazioni di monomeri variano significativamente nelle proprietà della vernice e dei rivestimenti finali. Le formulazioni più comuni sono copolimeri di MMA, BA, 2-EHA e GAA, e anche VAM in polimeri vinilacrilici.
Funzionalizzazione dei polimeri acrilici
Il monomero dell’acido acrilico glaciale (GAA) e l’acido metacrilico glaciale (GMMA) sono co-monomeri di acido carbossilico insaturo usati per produrre copolimeri acrilici e poliacrilici funzionali e reticolati. GAA e GMMA copolimerizzano facilmente con esteri acrilici e metacrilici, etilene, acetato di vinile, stirene, butadiene, acrilonitrile, esteri maleici, cloruro di vinile e cloruro di vinilidene. I copolimeri che contengono GAA o GMMA possono essere solubilizzati o mostrare una migliore dispersione in acqua; la parte di acido carbossilico può essere usata per reazioni di accoppiamento o reticolazione e una migliore adesione. I chimici usano i copolimeri GAA e GMMA sotto forma di acido libero, sali di ammonio o sali alcalini. La copolimerizzazione rappresenta circa il 45% del consumo di monomero acido (la fabbricazione di esteri acrilici è l’altro uso principale).
Stima della temperatura di transizione vetrosa dei copolimeri acrilici
Le formulazioni di copolimeri acrilici spesso contengono quattro o più monomeri diversi. Possiamo stimare la temperatura di transizione vetrosa di un copolimero casuale usando la frazione di peso dei diversi monomeri e i loro valori Tg per l’omopolimero. Questo metodo presuppone che l’unità di ripetizione del copolimero possa essere divisa in contributi additivi ponderati alla Tg che sono indipendenti dai loro vicini. I valori Tg di riferimento per diversi monomeri chiave sono riportati di seguito.
Temperature di transizione vetrosa, Tg (◦C), di vari monomeri usati nei copolimeri acrilici:
| Monomero | Tg (◦C) | |
| MMA | 105 | |
| Stirene | 100 | |
| Butil metacrilato | 20 | |
| Vinil Acetato Monomero | 30 | |
| Acido metacrilico glaciale | 228 | |
| Acido acrilico glaciale | 87 | |
| Acrilato butilico | -45 | |
| 2-etilesil acrilato | -65 |
Tecnologia avanzata di reticolazione
Chimica di reticolazione basata su diacetone acrilamide (DAAM) e acido adipico diidrazide (ADH), nota come reticolazione cheto-idrazide, rappresenta la tecnologia più avanzata per la reticolazione controllata dei polimeri di lattice acrilico. Coinvolge la reazione diretta della moiety chetonica pendente sul segmento DAAM con la moiety idrazide dell’ADH.
La chimica di auto-reticolazione tra diacetone acrilamide e diidrazide dell’acido adipico inizia con la copolimerizzazione di DAAM in un copolimero acrilico, utilizzando la concentrazione di DAAM a ~1-5 wt. % della miscela di monomeri. Questo rende il copolimero dell’emulsione reticolabile attraverso una moiety carbonilica chetonica pendente. In seguito, i seguenti passaggi completano il processo:
- L’emulsione viene neutralizzata con ammoniaca, e l’acido adipico diidrazide (ADH) viene poi aggiunto all’emulsione come soluzione acquosa. Il rapporto tra DAAM e ADH è ~ 2,1 a 1,0.
- All’essiccazione dell’acqua e all’evaporazione dell’ammoniaca, si verifica la coalescenza del film e il pH diventa acido. Man mano che il pH diminuisce, la velocità di reazione di reticolazione comincia ad aumentare.
- Il processo di reticolazione avviene quindi (catalizzato dall’acido) con la formazione di un legame chimico tra il DAAM e l’ADH.
Vedi l’articolo di Gantrade sulla tecnologia di reticolazione DAAM e ADH nei polimeri acrilici.
Applicazioni dei copolimeri acrilici
Le applicazioni primarie che sfruttano le caratteristiche offerte dai copolimeri acrilici includono adesivi multipli, specialmente adesivi sensibili alla pressione (PSA); vernici & rivestimenti; calafatare & sigillanti; finiture di carta & tessili; e inchiostri da stampa. Poiché i monomeri acrilici contribuiscono alla chiarezza, alla tenacità, alla resistenza alla luce e all’umidità, i produttori usano i copolimeri acrilici in formulazioni di rivestimento per interni, esterni, basi e finiture. Vernici &, adesivi & sigillanti, lastre estruse e vetrate fuse & e inchiostri da stampa sono tra le applicazioni globali più grandi e in maggiore crescita per i monomeri acrilici e di estere metacrilico.
I trasformatori usano sistemi acrilici idrossifunzionali (HEA, HEMA) e carbossifunzionali (GAA, GMAA) in applicazioni come le vernici in polvere, dove la reticolazione è realizzata attraverso isocianati o agenti reticolanti melaminici.
Manipolazione sicura dei monomeri acrilici
Oltre ad essere infiammabili, il contatto diretto con i monomeri acrilici può causare irritazione agli occhi, alla pelle, al naso e alla gola, e sono spesso considerati sensibilizzatori della pelle.
I monomeri acrilici si auto-polimerizzano facilmente se non vengono inibiti, conservati e manipolati correttamente. La polimerizzazione può essere rapida e violenta, generando grandi quantità di calore e pressione. Un comitato interaziendale ha preparato un’eccellente guida di riferimento con informazioni essenziali sulla manipolazione e lo stoccaggio sicuro dei monomeri acrilici inibiti (solitamente MEHQ). Affinché l’inibitore funzioni efficacemente, è importante conservare i monomeri acrilici stabilizzati all’aria e reintegrare l’ossigeno disciolto nel tempo. Vedere questo opuscolo per maggiori informazioni: http://www2.basf.us/acrylicmonomers/pdfs/AE_Brochure_3rd.pdf
L’acido acrilico glaciale richiede un’attenzione speciale. Il punto di congelamento del GAA è di 13°C (55°F); le temperature di stoccaggio dovrebbero essere mantenute sempre tra 15 e 25°C (59 e 77°F). Gli utenti dovrebbero evitare il congelamento (o il congelamento parziale) di GAA, perché la GAA cristallizzata esclude il MEHQ e la GAA solida conterrà una carenza di inibitore e di ossigeno. La temperatura del mezzo usato per scongelare l’acido acrilico non dovrebbe mai essere superiore a 35-45°C (95-113°F). Durante lo scongelamento, i trasformatori dovrebbero mescolare il GAA per ridistribuire l’inibitore e rifornire l’ossigeno disciolto. Inoltre, la GAA si dimerizza lentamente a riposo per formare acido diacrilico. Mentre questa reazione di formazione dei dimeri ha un tasso lento e non è pericolosa, l’acido diacrilico può influenzare le prestazioni della GAA ad alte concentrazioni interferendo con il processo di polimerizzazione dei radicali liberi.
A Gantrade, incoraggiamo i nostri clienti ad avere una comprensione completa delle informazioni EH&S e delle procedure di manipolazione sicura del prodotto quando lavorano con i monomeri acrilati.
Come acquistare acido acrilico di elevata purezza e monomeri esteri
Se stai cercando di acquistare acido acrilico di elevata purezza e monomeri esteri, Gantrade Corporation fornisce acrilato di butile, acrilato 2-etile, metacrilato di metile, acido metacrilico glaciale, metacrilato di butile e altri monomeri acrilici speciali per uso industriale. Le nostre dimensioni di imballaggio possono essere autocisterne da 20 MT (44.080 lbs.), vagoni ferroviari e fusti, a seconda del monomero specifico e dell’ubicazione.
Per lo stoccaggio e il trasporto, abbiamo aggiunto un inibitore, di solito MEHQ, ma anche 15-18 ppm di Topanol A nel caso dell’MMA, dove sono richieste la conformità FDA e caratteristiche non macchianti. Si prega di contattare Gantrade per ulteriori informazioni, comprese le nostre specifiche di vendita.
