Полиолгидроксиакриловая смола на основе растворителя для двухкомпонентных красок

1. Введение в гидроксиакриловую смолу на основе растворителя

1.1 Определение и структура

Гидроксилакриловая смола на основе растворителя, также известная как гидроксилфункциональная акриловая смола на основе растворителя, относится к семейству акриловых смол. Её молекулярная структура содержит гидроксильные группы (-ОН). Эти гидроксильные группы играют ключевую роль в определении свойств и областей применения смолы. Общая химическая формула акриловой смолы основана на полимеризации акриловых или метакриловых мономеров. В случае гидроксилакриловой смолы в процессе полимеризации в неё включаются такие мономеры, как гидроксиэтилакрилат (ГЭА) или гидроксипропилметакрилат (ГПМА). Например, реакцию полимеризации можно представить следующим образом:

nCH2​=ЧКУЧ2​CH2​OHИнициатор​[−CH2​−CH(КООЧ2​CH2​OH)−]n​

В результате образуется полимерная цепь с боковыми гидроксильными группами, которые отвечают за уникальную реакционную способность и совместимость смолы.

1.2 Процесс синтеза

Синтез гидроксиакриловой смолы на основе масла обычно включает полимеризацию в растворе. В этом процессе смесь акриловых мономеров, в том числе с гидроксильными группами, растворителей, инициаторов и иногда агентов передачи цепи, реагирует в определённых условиях. Растворители, такие как ксилол, толуол или сложные эфиры, например, бутилацетат, используются для растворения мономеров и регулирования скорости реакции и вязкости. Инициатор, часто пероксид или азосоединение, разлагается с образованием свободных радикалов, которые инициируют реакцию полимеризации. Например, азобисизобутиронитрил (AIBN) разлагается при определённой температуре с образованием двух свободных радикалов:

АИБННагревать​2(Ч3​)2​C⋅CN+N2​

Эти свободные радикалы затем реагируют с двойными связями акриловых мономеров, запуская рост цепи. Для контроля молекулярной массы полимера можно добавлять агенты передачи цепи. Тщательно регулируя соотношение мономеров, температуру реакции, время реакции, а также количество инициатора и агента передачи цепи, производители могут производить гидроксиакриловые смолы с определённой молекулярной массой, молекулярно-массовым распределением и содержанием гидроксильных групп, что, в свою очередь, определяет эксплуатационные характеристики смолы.

2. Характеристики гидроксиакриловой смолы на масляной основе

2.1 Реакционная способность

2.1.1 Сшивание изоцианатами

Одной из важнейших особенностей гидроксиакриловой смолы является её высокая реакционная способность с изоцианатами в двухкомпонентных системах. Гидроксильные группы акриловой смолы реагируют с изоцианатными группами (-NCO) изоцианатного отвердителя с образованием уретановых связей. Химическая реакция может быть выражена следующим образом:

​−OH+−сержант⟶−NHглавный операционный директор−

Эта реакция сшивания приводит к образованию трёхмерной сетчатой ​​структуры, что значительно улучшает эксплуатационные характеристики покрытия. Например, в автомобильной ремонтной окраске реакция между гидроксиакриловой смолой и алифатическими изоцианатами приводит к образованию покрытий с превосходной твёрдостью, устойчивостью к царапинам и химической стойкостью. Скорость этой реакции можно регулировать такими факторами, как тип и количество добавляемых катализаторов, температура и влажность во время отверждения, а также соотношение гидроксильных и изоцианатных групп.

2.1.2 Отверждение с другими сшивающими агентами

Помимо изоцианатов, гидроксильные акриловые смолы также могут отверждаться другими сшивающими агентами, такими как аминосмолы, особенно в условиях высокотемпературной сушки. При взаимодействии с аминосмолами, такими как меламиноформальдегидная смола, гидроксильные группы акриловой смолы реагируют с метилольными группами (-CH₂OH) аминосмолы. Эта реакция происходит при повышенных температурах, обычно в диапазоне 120–180 °C. Образующаяся сшитая структура обеспечивает покрытиям высокую твердость, хорошую адгезию и отличную долговечность. Процесс отверждения с аминосмолами часто используется в промышленных покрытиях, где требуются высокие эксплуатационные характеристики и длительный срок службы, например, для покрытия металлической мебели и бытовой техники.

2.2 Пленкообразующие свойства

2.2.1 Глянец и выравнивание

Гидроксилакриловые смолы на масляной основе известны своей способностью создавать покрытия с высоким глянцем. Гладкая поверхность отвержденной пленки способствует ее высокому глянцу. Это достигается благодаря хорошей текучести и выравнивающим свойствам смолы в процессе сушки и отверждения. По мере испарения растворителя молекулы смолы перестраиваются, образуя гладкую и сплошную пленку. Молекулярная структура гидроксилакриловой смолы и ее совместимость с растворителями и добавками играют решающую роль в этом процессе. Например, смолы с более низкой молекулярной массой и узким молекулярно-массовым распределением, как правило, обладают лучшей текучестью, что приводит к образованию более ровной и глянцевой пленки. В автомобильных прозрачных лаках высокий глянец весьма желателен, поскольку он улучшает эстетическую привлекательность автомобиля. Выравнивающие свойства также помогают скрыть любые дефекты поверхности, обеспечивая однородное и привлекательное покрытие.

2.2.2 Твердость и гибкость

Правильно подобранная гидроксиакриловая смола в двухкомпонентной системе покрытия позволяет достичь превосходного баланса между твердостью и гибкостью. При сшивании образующаяся трехмерная сетчатая структура придает покрытию твердость, делая его устойчивым к царапинам и истиранию. В то же время, благодаря тщательному подбору состава мономера и степени сшивания, смола может сохранять определенную степень гибкости. Это важно, поскольку покрытия должны выдерживать нормальное расширение и сжатие подложки, вызванное изменениями температуры и влажности, без растрескивания и отслаивания. Например, в покрытиях для металлических подложек, подверженных воздействию различных условий окружающей среды, способность покрытия на основе гидроксиакриловой смолы сохранять твердость и гибкость обеспечивает длительную защиту и эксплуатационные характеристики.

2.3 Долговечность

2.3.1 Химическая стойкость

Покрытия на основе гидроксиакриловых смол обладают хорошей химической стойкостью. Сшитая структура, образующаяся после отверждения, обеспечивает барьер против различных химических веществ. Например, они могут в определённой степени противостоять воздействию кислот, щелочей и растворителей. В промышленных условиях, где оборудование может контактировать с едкими химическими веществами, покрытия на основе гидроксиакриловых смол могут защитить подложку. Химическая стойкость зависит от типа мономеров, используемых при синтезе смолы, степени сшивания и наличия дополнительных защитных добавок. Мономеры с более гидрофобными группами могут повышать стойкость смолы к полярным растворителям, в то время как более высокая степень сшивания, как правило, улучшает общую химическую стойкость.

2.3.2 Устойчивость к атмосферным воздействиям

Другим важным аспектом долговечности является атмосферостойкость. Гидроксилакриловые смолы на масляной основе, особенно сшитые алифатическими изоцианатами, обладают высокой устойчивостью к УФ-излучению, влаге и перепадам температур. Химическая структура смолы и сшитая сеть стабильны в условиях окружающей среды, предотвращая выцветание, пожелтение и растрескивание покрытия с течением времени. В таких областях применения, как автомобильные покрытия, фасады зданий и покрытия для уличной мебели, атмосферостойкость имеет решающее значение для сохранения внешнего вида и защитных свойств покрытия. Стойкость к УФ-излучению часто повышается добавлением УФ-стабилизаторов и антиоксидантов в состав покрытия, которые в сочетании с собственными свойствами гидроксилакриловой смолы обеспечивают длительную долговечность покрытия при использовании вне помещений.

3. Применение в подложках

3.1 Автомобильные покрытия

3.1.1 Грунтовочные покрытия

В автомобильной промышленности гидроксильные акриловые смолы широко используются в грунтовочных покрытиях. Грунтовка служит первым слоем защиты на металлической основе кузова автомобиля. Грунтовки на основе гидроксильных акриловых смол обеспечивают отличную адгезию к металлическим поверхностям, что крайне важно для обеспечения долговечности всей системы покрытия. Гидроксильные группы смолы могут образовывать химические связи с металлической поверхностью посредством таких процессов, как хелатирование или образование водородных связей. Эта прочная адгезия помогает предотвратить отслоение покрытия из-за механического воздействия или воздействия окружающей среды. Кроме того, способность грунтовки заполнять дефекты поверхности и обеспечивать гладкую основу для последующих слоев покрытия усиливается хорошей текучестью и выравнивающими свойствами гидроксильных акриловых смол. В современном автомобилестроении грунтовки на основе гидроксильных акриловых смол разрабатываются с учетом строгих экологических и эксплуатационных стандартов, таких как низкий уровень выбросов летучих органических соединений (ЛОС) и высокая коррозионная стойкость.

3.1.2 Верхний слой и прозрачный лак

Гидроксиакриловая смола также является основным компонентом автомобильных верхних покрытий и прозрачных лаков. Верхние покрытия отвечают за обеспечение цвета и эстетичного внешнего вида автомобиля, в то время как прозрачные лаки наносятся поверх верхнего покрытия для усиления блеска, защиты цветного слоя от повреждения УФ-излучением и повышения устойчивости к царапинам. Высокий блеск, отличное выравнивание и хорошие свойства твердости гидроксиакриловой смолы делают ее идеальной для этих применений. В верхних покрытиях смола может эффективно диспергировать пигменты, обеспечивая равномерное распределение цвета и яркость. В прозрачных лаках сшитая гидроксиакриловая смола образует твердую и прозрачную пленку, которая не только обеспечивает блестящее покрытие, но и действует как барьер от загрязняющих веществ из окружающей среды. Например, в отделке автомобилей класса люкс использование высококачественных прозрачных лаков на основе гидроксиакриловой смолы может создать глубокий и сияющий блеск, который повышает общую стоимость автомобиля.

3.2 Промышленные покрытия

3.2.1 Покрытия для машин и оборудования

Промышленные машины и оборудование часто подвергаются воздействию тяжелых условий эксплуатации, включая механическое напряжение, истирание, воздействие химикатов и переменных температур. Покрытия на основе гидроксильных акриловых смол используются для защиты этих активов. Высокая твердость и стойкость к истиранию отвержденной пленки смолы позволяют выдерживать постоянное трение и удары, которым может подвергаться оборудование во время работы. Например, при покрытии конвейерных лент, зубчатых передач и поверхностей станков покрытия на основе гидроксильных акриловых смол могут предотвращать износ, продлевая срок службы оборудования. Химическая стойкость смолы также защищает от коррозии, вызываемой смазочными материалами, охлаждающими жидкостями и другими промышленными химикатами. Кроме того, способность смолы отверждаться при комнатной температуре или при ускоренной сушке делает ее пригодной для нанесения на месте и обслуживания крупногабаритного промышленного оборудования.

3.2.2 Покрытия для металлической мебели

Металлическая мебель, такая как офисные столы, стулья и садовая мебель, требует покрытий, обеспечивающих как защиту, так и привлекательный внешний вид. Покрытия на основе гидроксиакриловой смолы хорошо подходят для этой цели. Они могут быть разработаны для широкого спектра цветов и вариантов отделки, от высокоглянцевых до матовых. Хорошая адгезия смолы к металлическим поверхностям гарантирует сохранность покрытия даже при нормальном использовании и обращении. Долговечность покрытия, включая устойчивость к царапинам, пятнам и выцветанию, делает его пригодным для длительного использования как внутри, так и снаружи помещений. Например, покрытия для уличной металлической мебели должны выдерживать УФ-излучение и влагу, а покрытия на основе гидроксиакриловой смолы с добавлением УФ-стабилизаторов могут эффективно защитить мебель от этих факторов окружающей среды.

3.3 Покрытия на пластиковых подложках

3.3.1 Адгезия к пластику

Хотя пластики имеют иные поверхностные свойства по сравнению с металлами, гидроксильную акриловую смолу также можно использовать для покрытия пластиковых подложек. Были разработаны специальные составы гидроксильных акриловых смол для улучшения адгезии к различным типам пластиков, таким как полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ) и акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС). Адгезия достигается за счет сочетания физических и химических взаимодействий. Физическая адгезия возникает за счет механического сцепления между смолой и шероховатой поверхностью пластика. Химическую адгезию можно усилить с помощью грунтовок или добавок, реагирующих с поверхностью пластика. Например, некоторые покрытия на основе гидроксильных акриловых смол могут содержать функциональные группы, способные реагировать с полярными группами на поверхности определенных пластиков, образуя ковалентные связи и улучшая адгезию.

3.3.2 Улучшение свойств поверхности пластика

Покрытие пластика гидроксиакриловой смолой может значительно улучшить его поверхностные свойства. В естественном состоянии пластик может обладать низкой устойчивостью к царапинам, низкой твёрдостью и ограниченной химической стойкостью. Покрытия на основе гидроксиакриловой смолы могут создать твёрдый защитный слой на поверхности пластика, повышая его устойчивость к царапинам. Химическая стойкость смолы также защищает пластик от воздействия химических веществ окружающей среды. Кроме того, покрытие может улучшить эстетический вид пластика, например, придав ему глянцевый блеск или изменив цвет. Это особенно важно в таких областях применения, как производство пластиковых автомобильных деталей, корпусов бытовой электроники и пластиковых игрушек, где как функциональность, так и внешний вид имеют решающее значение.

4. Причины применения в этих областях и выдающиеся характеристики

4.1 Превосходные характеристики при выполнении полевых требований

4.1.1 Требования автомобильной промышленности

В автомобильной промышленности покрытия должны соответствовать строгим стандартам эксплуатационных характеристик. Использование гидроксильно-акриловой смолы в автомобильных покрытиях обусловлено ее способностью обеспечивать отличную адгезию, высокий блеск, хорошую твердость и исключительную атмосферостойкость. Адгезия критически важна для обеспечения сохранности покрытия на кузове автомобиля в течение всего срока службы, особенно учитывая вибрации, перепады температур и механические нагрузки, которым может подвергаться автомобиль. Высокий блеск необходим не только из эстетических соображений, но и в маркетинговых целях, поскольку блестящее покрытие часто ассоциируется с качеством и роскошью. Хорошая твердость защищает автомобиль от мелких царапин при нормальной эксплуатации, а атмосферостойкость важна, поскольку автомобили подвергаются воздействию различных условий окружающей среды, включая УФ-излучение, дождь и снег. Способность гидроксильно-акриловой смолы к сшиванию с изоцианатами позволяет настраивать свойства покрытия в соответствии с конкретными требованиями автомобильной промышленности.

4.1.2 Требования к промышленному применению

Промышленное применение требует покрытий, способных выдерживать суровые условия эксплуатации. Покрытия на основе гидроксиакриловой смолы обладают высокой твердостью, износостойкостью и химической стойкостью, что крайне важно для защиты промышленных машин и оборудования. Способность отверждаться при комнатной температуре или при ускоренной сушке делает их удобными для нанесения и обслуживания на промышленных объектах. В покрытиях для металлической мебели смола обеспечивает как защиту, так и привлекательный внешний вид, что важно как для функциональности, так и для товарного вида. Долговечность покрытия гарантирует, что мебель сохранит свой внешний вид и структурную целостность в течение длительного времени даже при регулярном использовании.

4.1.3 Требования к пластиковому покрытию

К покрытиям для пластиковых подложек ключевыми требованиями являются улучшение адгезии и улучшение свойств поверхности. Гидроксиакриловая смола может быть разработана для обеспечения хорошей адгезии к различным типам пластика, а отвержденное покрытие может повысить устойчивость к царапинам, твердость и химическую стойкость пластиковой поверхности. Это важно, поскольку пластики широко используются в различных отраслях промышленности, а нанесение покрытий на них может расширить сферу их применения и улучшить эксплуатационные характеристики. Например, в производстве бытовой электроники покрытие пластиковых корпусов гидроксиакриловой смолой может защитить устройство от царапин и улучшить его внешний вид, делая его более привлекательным для потребителей.

4.2. Соображения экологии и экономической эффективности

4.2.1 Экологичность

По сравнению с некоторыми другими смоляными системами, гидроксиакриловая смола на масляной основе может быть разработана с учётом её относительной экологической безопасности. Несмотря на то, что это масляная смола, с развитием технологий производители могут снизить содержание ЛОС в составе покрытия. Тщательный выбор растворителей и оптимизация процесса отверждения позволяют минимизировать количество вредных летучих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Кроме того, долговечность покрытий на основе гидроксиакриловой смолы позволяет сократить частоту повторного нанесения, что также способствует защите окружающей среды за счёт снижения общего расхода материалов и образования отходов.

4.2.2 Экономическая эффективность

Полиолакриловая смола обеспечивает хорошую экономическую эффективность во многих областях применения. Её сырье относительно распространено и конкурентоспособно по цене по сравнению с некоторыми высокоэффективными специальными смолами. Простота процесса синтеза и способность к отверждению при различных условиях (комнатной температуре или при высокой температуре) делают её адаптируемой к различным производственным процессам, снижая производственные затраты. Кроме того, долгосрочные эксплуатационные характеристики покрытий на основе гидроксиакриловой смолы, такие как их прочность и стойкость к износу и коррозии, снижают потребность в частом обслуживании и замене, что приводит к снижению общих затрат для конечных пользователей. Например, в области покрытий промышленного оборудования длительная защита, обеспечиваемая покрытиями на основе гидроксиакриловой смолы, может сэкономить компаниям значительные суммы денег в долгосрочной перспективе за счёт сокращения простоев оборудования и затрат на замену.

4.3 Простота приготовления и применения

4.3.1 Гибкость формулирования

Гидроксиакриловая смола обладает большой гибкостью в разработке рецептур. Производители могут регулировать свойства смолы, изменяя состав мономера, молекулярную массу и содержание гидроксильных групп в процессе синтеза. При разработке покрытий смолу можно легко комбинировать с различными типами сшивающих агентов, пигментов, наполнителей и добавок для достижения желаемых эксплуатационных характеристик. Например, добавляя различные типы изоцианатов, можно регулировать скорость отверждения, твёрдость и эластичность покрытия. Для получения различных цветов можно добавлять пигменты, а для улучшения механических свойств покрытия – наполнители. Эта гибкость позволяет создавать покрытия, отвечающие специфическим требованиям различных областей применения.

4.3.2 Методы применения

Покрытия на основе гидроксиакриловой смолы можно наносить различными способами, включая распыление, нанесение кистью и валиком. Распыление широко применяется в автомобильной и промышленной промышленности, поскольку обеспечивает равномерное и гладкое покрытие. Высокая текучесть и выравнивающая способность смолы обеспечивают равномерное высыхание напыленного покрытия, что обеспечивает высокое качество поверхности. Нанесение кистью и валиком подходит для небольших объемов работ или для обслуживания на месте. Возможность нанесения различными способами позволяет адаптировать покрытия на основе гидроксиакриловой смолы к различным производственным условиям и требованиям к применению.

В заключение следует отметить, что гидроксильно-акриловая смола на масляной основе, благодаря своей уникальной химической структуре и превосходным эксплуатационным характеристикам, нашла широкое применение в различных покрытиях, особенно в автомобильной, промышленной и пластиковой промышленности. Её реакционная способность, пленкообразующие свойства, долговечность и другие выдающиеся характеристики, а также экологичность и экономичность делают её предпочтительным выбором для создания высокоэффективных двухкомпонентных покрытий. По мере развития технологий ожидается дальнейшее развитие гидроксильно-акриловой смолы, которая будет играть ещё более важную роль в лакокрасочной промышленности, удовлетворяя растущий спрос на более качественные, экологичные и экономичные покрытия.

Заключение