Come gli agenti reticolanti aziridinici migliorano le prestazioni del film di rivestimento

Una vernice acrilica o poliuretanica a base d'acqua può formare una pellicola liscia e asciutta, ma ammorbidirsi comunque se esposta ad acqua, alcol o detergenti chimici. Può anche perdere lucentezza, sbiancarsi o usurarsi rapidamente in seguito a sfregamenti ripetuti.

Il problema non risiede sempre nella formazione del film. Le particelle di polimero possono essersi unite a formare un film continuo, ma le catene polimeriche all'interno di tale film sono ancora tenute insieme principalmente da intrecci fisici e da forze intermolecolari più deboli.

Gli agenti reticolanti aziridinici modificano questa struttura interna. Collegano le catene polimeriche funzionalizzate con gruppi carbossilici attraverso legami covalenti, trasformando una pellicola composta da catene mobili in una rete più compatta.

Punti chiave

Gli agenti reticolanti aziridinici aumentano la densità di reticolazione dei film di rivestimento collegando le catene polimeriche funzionalizzate con gruppi carbossilici. Di conseguenza, le catene polimeriche diventano molto più difficili da spostare, separare o allontanare a causa dei liquidi, rendendo il film molto meno soggetto a rigonfiamento, rammollimento e usura. I miglioramenti in termini di resistenza all'acqua, resistenza chimica e prestazioni meccaniche sono tutti risultati strutturali diretti di questa singola trasformazione.

Una pellicola asciutta non è necessariamente una pellicola reticolata

Quando l'acqua evapora da un'emulsione acrilica o da una dispersione poliuretanica, le particelle di polimero si avvicinano tra loro e formano un rivestimento continuo. Questo processo conferisce alla pellicola la sua forma, ma non crea automaticamente forti legami chimici tra le catene polimeriche.

Le catene possono ancora separarsi quando acqua o solventi penetrano nella pellicola. Il rivestimento si gonfia, si ammorbidisce e perde parte della sua resistenza. Sottoposto a sfregamenti ripetuti, la superficie ammorbidita è più facile da graffiare o usurare.

Questo spiega perché un rivestimento può sembrare asciutto al tatto, ma comunque dare scarsi risultati in un test di immersione in acqua, resistenza allo sfregamento con alcol, resistenza ai detergenti o resistenza all'abrasione in ambiente umido.

Gli agenti reticolanti aziridinici collegano le catene polimeriche

Un multifunzionale agente reticolante aziridinico Contiene diversi gruppi aziridinici reattivi. Questi gruppi reagiscono con i gruppi carbossilici presenti in resine acriliche e dispersioni poliuretaniche adatte.

Durante la reazione, l'anello aziridinico si apre e forma un legame stabile con il gruppo carbossilico. Poiché una molecola di reticolante possiede diversi siti reattivi, può collegare diverse sezioni del polimero.

Il risultato è una rete tridimensionale:

catene polimeriche separate o debolmente associate → rete polimerica connessa covalentemente

Questa è la principale modifica strutturale alla base del miglioramento delle prestazioni. La ricerca sui film acrilici funzionalizzati con gruppi carbossilici ha confermato che i reticolanti aziridinici formano reti covalenti con una densità di reticolazione sostanzialmente maggiore rispetto ai film non reticolati. I film reticolati mostrano inoltre una riduzione dello scorrimento viscoso e una minore solubilità nei liquidi.

La rete rende più difficile che il film si gonfi e si ammorbidisca

L'acqua e le sostanze chimiche non danneggiano un rivestimento semplicemente toccandone la superficie. Devono penetrare nella pellicola e separare o allentare le catene polimeriche.

La reticolazione rende più difficile tale separazione. Le catene non possono muoversi indipendentemente perché sono collegate in più punti. Il film, pertanto, si gonfia meno e conserva maggiormente la sua resistenza se esposto ad acqua, alcol, detergenti, oli o altri liquidi.

Questa singola modifica strutturale produce diversi risultati che vengono spesso descritti separatamente:

• Una maggiore resistenza all'acqua significa che la pellicola ha meno probabilità di ammorbidirsi, sbiancarsi o perdere aderenza dopo l'esposizione all'umidità.
• Una maggiore resistenza chimica significa che solventi e detergenti hanno più difficoltà a gonfiare o sciogliere il legante.
• Una maggiore durezza significa che le catene polimeriche resistono al movimento quando la superficie viene premuta o graffiata.
• Una maggiore resistenza all'abrasione e ai graffi significa che lo sfregamento ha meno probabilità di deformare o rimuovere il rivestimento.

Non si tratta di quattro funzioni non correlate dell'agente reticolante. Si tratta di risultati di test differenti, ottenuti dalla stessa rete polimerica.

Ad esempio, la rete più fitta che aiuta una vernice per legno a resistere ai detergenti chimici contribuisce anche a rendere la superficie più resistente ai graffi. In un rivestimento per pavimenti, riduce sia l'ammorbidimento chimico che l'usura causata dal calpestio ripetuto. Covestro riporta la stessa correlazione tra la reticolazione con aziridina e il miglioramento della resistenza all'acqua, agli agenti chimici, ai graffi, alle abrasioni e all'abrasione nei film a base d'acqua polimerizzati.

Le prestazioni dipendono dalla creazione della rete giusta

L'agente reticolante produce questo effetto solo quando raggiunge un numero sufficiente di gruppi carbossilici e si distribuisce uniformemente nel rivestimento. Una resina con un numero insufficiente di gruppi reattivi non è in grado di formare una rete densa. Una scarsa compatibilità può inoltre lasciare aree altamente reticolate accanto ad aree che rimangono deboli.

L'aggiunta di ulteriore agente reticolante non migliora il film indefinitamente. Una volta esauriti i siti carbossilici utili, l'eccesso di agente reticolante contribuisce in minima parte alla formazione della rete. Un'eccessiva densità di reticolazione può inoltre rendere il rivestimento troppo rigido per applicazioni che richiedono flessibilità.

L'obiettivo non è quindi il dosaggio più elevato possibile. È sufficiente un grado di reticolazione tale da limitare i movimenti indesiderati delle catene, mantenendo al contempo la flessibilità, l'adesione e l'aspetto del film richiesti dal rivestimento.

Gli agenti reticolanti aziridinici migliorano le prestazioni del rivestimento perché modificano il comportamento del legante dopo l'essiccazione. Invece di permettere alle catene polimeriche di separarsi se esposte a liquidi o sollecitazioni meccaniche, la rete reticolata le mantiene connesse. Il film conserva una struttura più vicina a quella originale, motivo per cui rimane più duro, resiste al rigonfiamento e sopporta più a lungo lo sfregamento.

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