Akrylaattiesterit yleensä, joihin kuuluvat butyyliakrylaatti (BA), 2-etyyliheksyyliakrylaatti (2-EHA), metyylimetakrylaatti (MMA), butyylimetakrylaatti (BMA) ja muut, edustavat monipuolista rakennusaineita tuhansien kopolymeerikoostumusten rakennusaineiksi. Näihin monomeereihin perustuvilla akryylihartseilla on erinomainen säänkestävyys, korkea kiillon ja värin säilyminen sekä kestävyys. Näistä syistä ne ovat suosittuja koostumuksia arkkitehtuuri- ja teollisuuspinnoitteissa, autojen maalipinnoitteissa ja monissa muissa sovelluksissa.
Akryyliesterikopolymerisaation merkitys
Akryyliesterikopolymerisaatio on tärkeä tekniikka, jonka avulla voidaan systemaattisesti räätälöidä ominaisuuksia, joita tarvitaan monenlaisissa erilaisissa loppukäyttösovelluksissa. Jäähappoakryylihappo (GAA) ja jäähappometakryylihappo (GMMA) ovat akrylaattimonomeerejä, joita käytetään akryylikopolymeerien funktionalisointiin.
Lyhytketjuiset akryylimonomeerit, kuten metyylimetakrylaatti, ja muut monomeerit, kuten styreeni, tuottavat kovempia ja hauraampia polymeerejä, joilla on korkeat koheesio- ja lujuusominaisuudet. Pitkäketjuiset monomeerit, kuten butyyliakrylaatti ja 2-etyyliheksyyliakrylaatti, mahdollistavat pehmeät, joustavat, tahmeat polymeerit, joilla on heikommat lujuusominaisuudet. Monomeerit, kuten etyyliakrylaatti, butyylimetakrylaatti ja vinyyliasetaatti, tuovat mukanaan keskimmäisiä lasisiirtymä- ja kovuusarvoja. Komomeerit, kuten akryylinitriili ja (met)akryyliamidi, voivat parantaa liuottimien ja öljynkestävyyttä.
Hallitsemalla komonomerisuhteita ja lasittumislämpötiloja kemistit voivat tasapainottaa kovuutta ja pehmeyttä, tahmeutta ja lohkeilunkestävyyttä, liimaus- ja koossapysyvyysominaisuuksia, joustavuutta matalissa lämpötiloissa, lujuutta ja kestävyyttä sekä muita keskeisiä ominaisuuksia loppukäyttötarkoitusten helpottamiseksi.
Kalvojen mekaanisissa ominaisuuksissa, kemiallisessa, vesi- ja hankauskestävyydessä, kestävyydessä, liimaominaisuuksissa ja liuottimien kestävyydessä tapahtuneet edistysaskeleet ovat vauhdittaneet akryylikopolymeerien kasvua erityisesti vesiohenteisissa teknologioissa. Merkittävä tekijä näissä suorituskyvyn parannuksissa ovat olleet uudet polymeerien ristisilloituskemiat. Esimerkkinä tästä suuntauksesta on diasetoniakryyliamidifunktionaalisen monomeerin käyttö, jota voidaan sisällyttää akryylijärjestelmiin hallitun silloitettavuuden aikaansaamiseksi.
Katsotaanpa joitakin CASE-sovelluksissa käytettävien akrylaattimonomeerien keskeisiä tietoja.
Akryylikopolymeerien luokat
Akryylipohjaiset pinnoitteet ja liimat voidaan luokitella täysakryyliformulaatioihin, joissa rakennuspalikat ovat yksinomaan akryyli- ja metakryyliesterityyppejä; akryyli-styreeniformulaatioihin, jotka sisältävät myös styreeniä; ja vinyyli-akryyliformulaatioihin, jotka sisältävät myös vinyyliasetaattimonomeeria (VAM). Kopolymeereissä käytetyt eri monomeerit voivat poiketa toisistaan huomattavasti lasittumislämpötilan (Tg), kopolymeerin hydrofobisen ja hydrofiilisen tasapainon, kovuuden ja joustavuuden sekä sään ja auringonvalon kestävyyden suhteen. Vaikka Tg olisi kiinteä, eri monomeeriyhdistelmiä sisältävien kopolymeerien ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi lopullisen maalin ja pinnoitteen ominaisuuksissa. Yleisimpiä koostumuksia ovat MMA:n, BA:n, 2-EHA:n ja GAA:n kopolymeerit sekä vinyyliakryylipolymeerien VAM.
Akryylipolymeerien funktionalisointi
Jäähappoakryylihappomonomeeri (GAA) ja jäähappometakryylihappo (GMMA) ovat tyydyttymättömiä karboksyylihappojen komonomeerejä, joita käytetään happofunktionaalisten ja ristisilloitettujen akryylikopolymeerien ja polyakryylihappojen valmistukseen. GAA ja GMMA kopolymerisoituvat helposti akryyli- ja metakryyliesterien, eteenin, vinyyliasetaatin, styreenin, butadieenin, akryylinitriilin, maleiinihappoesterien, vinyylikloridin ja vinyylideenikloridin kanssa. GAA:ta tai GMMA:ta sisältäviä kopolymeerejä voidaan liuottaa tai niiden dispergoituminen veteen on parantunut; karboksyylihappo-osaa voidaan käyttää kytkentä- tai ristisilloitusreaktioissa ja parantaa tarttuvuutta. Kemistit käyttävät GAA- ja GMMA-kopolymeerejä niiden vapaana happona, ammoniumsuoloina tai alkalisuoloina. Kopolymeroinnin osuus happomonomeerin kulutuksesta on noin 45 prosenttia (akrylaattiesterien valmistus on toinen pääkäyttökohde).
Akryylikopolymeerien lasittumislämpötilan arviointi
Akryylikopolymeeriformulaatiot sisältävät usein neljää tai useampaa eri monomeeria. Voimme arvioida satunnaisen kopolymeerin lasittumislämpötilan käyttämällä eri monomeerien paino-osuuksia ja niiden Tg-arvoja homopolymeerille. Tässä menetelmässä oletetaan, että kopolymeerin toistoyksikkö voidaan jakaa painotettuihin additiivisiin Tg-osuuksiin, jotka ovat riippumattomia naapureistaan. Seuraavassa esitetään useiden keskeisten monomeerien Tg-viitearvot.
Akryylikopolymeereissä käytettyjen eri monomeerien lasisiirtymälämpötilat, Tg (◦C):
| Monomeri | Tg (◦C) | |
| MMA | 105 | |
| Styreeni | 100 | |
| Butyylimetakrylaatti | 20 | |
| Vinyyliasetaattimonomeeri | 30 | |
| Metakryylihappo | 228 | |
| Metakryylihappo | 87 | |
| Butyyliakrylaatti | -45 | |
| 2-Etyyliheksyyliakrylaatti | -65 |
Edistynyt ristisilloitustekniikka
Diasetoniakryyliamidiin (DAAM) ja adipiinihappodihydrazidiin (ADH) perustuva ristisilloituskemia, joka tunnetaan nimellä keto-hydratsidiristisilloitus, edustaa edistyneintä teknologiaa akryylilateksin polymeerien hallitussa ristisilloituksessa. Siihen kuuluu DAAM-segmentin riippuvan ketoniosan suora reaktio ADH:n hydratsiidiosan kanssa.
Diasetoniakryyliamidin ja adipiinihappodihydratsidin välinen itsestään tapahtuva ristisilloituskemia alkaa DAAM:n kopolymerisoinnilla akryylikopolymeeriin käyttämällä DAAM:n konsentraatiota ~1-5 painoprosenttia monomeeriseoksesta. Tämä tekee emulsiokopolymeeristä ristisilloitettavan riippuvan ketonikarbonyyliosan kautta. Tämän jälkeen seuraavat vaiheet viimeistelevät prosessin:
- Emulsio neutraloidaan ammoniakilla, minkä jälkeen emulsioon lisätään adipiinihappodihydrazidi (ADH) vesiliuoksena. DAAM:n ja ADH:n suhde on ~ 2,1:1,0.
- Kuivattaessa vesi pois ja haihdutettaessa ammoniakki tapahtuu kalvon koaleksoituminen ja pH muuttuu happamaksi. Kun pH laskee, ristisilloitusreaktionopeus alkaa kasvaa.
- Tällöin tapahtuu (hapon katalysoima) ristisilloitusprosessi, jossa DAAM:n ja ADH:n välille muodostuu kemiallinen sidos.
Katso Gantraden artikkeli DAAM:n ja ADH:n ristisilloitustekniikasta akryylipolymeereissä.
Akryylikopolymeerien käyttökohteet
Akryylikopolymeerien ominaisuuksia hyödyntäviä ensisijaisia käyttökohteita ovat mm. useat liimat, erityisesti painesensitiiviset liimat (PSA); maalit & pinnoitteet; tiivistemassat & tiivistysaineet; tekstiilien & paperin viimeistelyt; ja painovärit. Koska akryylimonomeerit lisäävät kirkkautta, sitkeyttä, valon & säänkestävyyttä ja kemiallista & kosteudenkestävyyttä, valmistajat käyttävät akryylikopolymeerejä sisä-, ulko-, pohja- & ja pintamaalien & pinnoitteissa. Maali- & pinnoitteet, liimat & tiivistysaineet, valetut & suulakepuristetut levyt ja lasitukset sekä painovärit kuuluvat akryyli- ja metakryyliesterimonomeerien suurimpiin ja nopeimmin kasvaviin globaaleihin käyttökohteisiin.
Valmistajat käyttävät hydroksifunktioisia (HEA, HEMA) ja karboksifunktioisia (GAA, GMAA) akryylimonomeerausjärjestelmiä sovelluksissa, kuten jauhemaaleissa, joissa ristisilloittaminen tapahtuu isosyanaattien tai melamiinin ristisilloitusaineita käyttäen.
Akryylimonomeerien turvallinen käsittely
Suora kosketus akryylimonomeereihin voi sen lisäksi, että ne ovat syttyviä, aiheuttaa silmien, ihon, nenän ja kurkun ärsytystä, ja niitä pidetään usein ihon herkistävinä aineina.
Akrylaattimonomeerit polymerisoituvat helposti itsestään, jos niitä ei ole estetty, varastoitu ja käsitelty asianmukaisesti. Polymeroituminen voi olla nopeaa ja väkivaltaista, jolloin syntyy suuria määriä lämpöä ja painetta. Yritysten välinen komitea on laatinut erinomaisen viiteoppaan, joka sisältää olennaisia tietoja inhiboitujen (yleensä MEHQ) akryylimonomeerien turvallisesta käsittelystä ja varastoinnista. Jotta inhibiittori toimisi tehokkaasti, on tärkeää säilyttää stabiloidut akrylaattimonomeerit ilmassa ja täydentää liuennutta happea ajan mittaan. Katso lisätietoja tästä esitteestä: http://www2.basf.us/acrylicmonomers/pdfs/AE_Brochure_3rd.pdf
Jääakryylihappo vaatii erityistä huomiota. GAA:n jäätymispiste on 13 °C (55 °F); varastointilämpötila on pidettävä aina 15-25 °C:ssa (59-77 °F). Käyttäjien on vältettävä GAA:n jäädyttämistä (tai osittaista jäädyttämistä), koska kiteytynyt GAA sulkee pois MEHQ:n ja kiinteässä GAA:ssa on puutetta inhibiittorista ja hapesta. Akryylihapon sulattamiseen käytettävän väliaineen lämpötila ei saisi koskaan olla yli 35-45 °C (95-113 °F). Sulatuksen aikana jalostajien olisi sekoitettava GAA:ta inhibiittorin uudelleen jakamiseksi ja liuenneen hapen lisäämiseksi. Lisäksi GAA dimeroituu hitaasti seistessään muodostaen diakryylihappoa. Vaikka tämä dimeerin muodostumisreaktio on hidas eikä se ole vaarallinen, diakryylihappo voi vaikuttaa GAA:n suorituskykyyn suurina pitoisuuksina häiritsemällä vapaiden radikaalien polymerisaatioprosessia.
Me Gantradessa kannustamme asiakkaitamme ymmärtämään kattavasti EH&S-tiedot ja turvalliset tuotekäsittelymenetelmät työskennellessään akrylaattimonomeerien kanssa.
How to Purchase High-Purity Acrylic Acid Acrylic Acid and Ester Monomers
Jos haluat ostaa erittäin puhtaita akrylaattihappo- ja esterimonomeerejä, Gantrade Corporation tarjoaa butyyliakrylaattia, 2-etyylietyyliakrylaattia, metyylimetakrylaattia, jäämetakryylihappoa, butyylimetakrylaattia ja muita erikoisvalmisteisia akryylimonomeereja teollisuuskäyttöön. Pakkauskokomme voivat olla 20 MT (44 080 lbs.) säiliöautoja, rautatievaunuja ja tynnyreitä, riippuen erityisestä monomeeristä ja sijainnista.
Varastointia ja kuljetusta varten olemme lisänneet inhibiittorin, tavallisesti MEHQ:n, mutta myös 15-18 ppm Topanol A:ta MMA:n tapauksessa, kun vaaditaan FDA:n vaatimustenmukaisuutta ja värjäytymättömiä ominaisuuksia. Ota yhteyttä Gantradeen saadaksesi lisätietoja, mukaan lukien myyntispesifikaatiomme.
