Лако-красочные материалы — производство

Ингредиенты рецептуры, описанные в предыдущем разделе, также могут быть ис­пользованы в составах материалов, рассматриваемых в данном разделе. Однако описываемые ниже материалы представляют собой композиции на основе, в пер­вую очередь, синтетически, а не рецептурно регулируемых материалов. Другими словами, исходный полимер представляет собой по существу весь клей и (за ис­ключением антиоксидантов) в него могут быть введены некоторые другие ингреди­енты. Свойства клея определяются выбором мономеров, используем 1.1 х для синтеза конечного полимера.

Двумя основными типами клеев-расплавов с синтетически регулируемыми свой­ствами являются полиамиды и полиэфиры. Полиуретаны также синтезируют в таком виде, что они могут быть использованы в клеях-расплавах, однако эти ма­териалы используют редко. Химизм образования уретанов был рассмотрен в гл. 8. Принципиальные схемы синтеза, используемые для получения полиэфиров и по­лиамидов, показаны на рис. 10.4. Полиамиды получают в результате реакции диа­мина с какой-либо дикарбононой кислотой или в результате гомополимеризации какой-либо аминокислоты. Кислоты используют в качестве катализаторов; побоч­ным щюдуктом реакции является вода. Кроме того (что не показано на рис. 10.4) существует реакция полимеризации капролактама с раскрытием кольца, которая приводит к образованию полиамида. На рис. 10.4 показаны также реакции получе­ния полиэфиров. По аналогии с реакциями получения полиамидов дикарбоновая кислота реагирует с двухатомным спиртом или кислым спиртом и самополнмери — зуется с образованием полиэфира. Аналогично реакциям образования полиамидов полиэфиры могут быть получены в результате реакции полимеризации капролак — тона с раскрытием кольца. В качестве катализаторов реакций получения полиэфи­ров могут быть использованы кислоты, трехокись сурьмы или безводный хлорид цинка. Обе реакции обычно проходят при высокой температуре с выделением воды. Степень полимеризации регулируется соотношением мономеров и тем. насколько тщательно достигается равновесие при удалении воды из реакционной смеси.

Как показано в предыдущем разделе, необходимо, чтобы рецептуры клеев- расплавов были оптимизированы таким образом, чтобы они обладали наибольшим интервалом между температурами стеклования Г и Тк. Для сополимеров полукри­сталлических полиэфиров и полиамидов температура ‘Г может быть приблизитель­но определена по уравнению Флори:

где R — газовая постоянная; АИп — теплота плавления структурных единиц гомопо­лимера; X мольная доля кристаллического полимера; Tmh — температура плавле­ния гомонолимера; Тш — температура плавления сополимера [4].

В случае полиэфиров отношение температуры А к температуре ‘А лежит в интер­вале 0,5 0,7 в зависимости от симметрии полимера. При использовании этих двух соотношений определяют максимальный интервал, в пределах которого полиэфир может применяться в клее-расплаве. Как правило, температура плавления соноли-

мера уменьшается в зависимости от длины алкильной цепи двухатомного спирта, использованного для получения полиэфира. Процентное содержание кристалли­ческого материала в полнэ<}шрс зависит от длины ал кантон цепи в двухатомном спирте. Величина кристаллического участка уменьшается при увеличении длины цепи двухатомного спирта, но скорость кристаллизации возрастает при увеличении длины алкильной цепи. Скорость кристаллизации может иметь важное значение в тех случаях, когда необходимо, чтобы собранный узел имел определенный уровень |||№чности в течение заданною времени. Рассматривая кривые, приведенные на рис. 10.1. можно видеть, что для клеев-расплавов необходима высокая степень кристал­лизации, гак как это приводит к получению высокого модуля упругости в области плато. Такая ситуация является несколько проблематичной, поскольку процесс кристаллизации сопровождается молекулярной объемной усадкой полимера. Если усадка слишком большая, на поверхности раздела между клееевым слоем и субстра­том появляются напряжения сдвига, которые могут вызывать расслаивание клеєво-
го соединения. Таким образом, сочетание требований, которые следует выполнять при синтезе клея-расплава, включает следующие критерии:

• наиболее большой интервал между температурами Г и ІГ;

• температура Тт, которая должна быть максимально высокой, но ниже темпе­ратуры деструкции полимера, и нс слишком высокой, чтобы приводить к по­вреждениям оборудования и субстратов;

• температура 7^ должна быть ниже температуры эксплуатации;

• максимально возможный уровень кристаллизации, но в пределах допуска на усадку склеенного элемента;

• скорость кристаллизации должна быть соразмерна с продолжительностью опе­рации сборки узла.

Для полиамидов характерны те же тенденции, что и для полиэфиров. Однако полиамидам помогает и в то же время мешает их способность к образованию во­дородной связи. Полиамиды обладают более высокой когезионной прочностью и более высокими температурами плавления, чем полиэфиры аналогичной структу­ры. Однако полиамиды значительно более подвержены влагопроницаемости. чем полиэфиры, так как водородные связи могут разрушаться, когда полимер поглоща­ет волу. Перечень мономеров, используемых обычно в клеях-расплавах на основе полиэфиров и полиамидов, представлен в табл. 10.3.

Одним из основных типов дикарбоновой кислоты, используемой для получения клеев-расплавов на основе полиамидов, является димерная кислота. Этот термин относится к серии кислот, которые получают в результате реакции димеризации природных ненасыщенных жирных кислот. Предполагаемые кислоты жирного ряда (группы С18) являются вдвойне ненасыщенными, но несодержащими сопряженных связей продуктами. Примерами таких кислот являются линоленая, олеиновая и со­свая масляная кислоты. Многие процессы, включая высокотемпературную димери­зацию но механизму Дильса-Альдсрса и свободнорадикальную реакцию, приводят к образованию димера (См) этих кислот. Предполагаемая структура и схема темпе­ратурной димеризации линолевой кислоты представлены на рис. 10.5 (6|. Полиа­миды, образующиеся в результате полимеризации димерной кислоты с диамином, являются эластичными материалами из-за количества степеней вращения, присут­ствующих в этих молекулах благодаря их высоко алифатической природе.

Клен-расплавы на основе полиэфиров и полиамидов находят применение в раз­личных отраслях промышленности. Эти клеи, как и рецептурные клеи со специаль­но подобранной рецептурой, находят спрос па рынке сбыта при использовании руч­ных аппликаторов. Кроме того, их широко используют в обувной промышленности. Как правило, эксплуатационные характеристики клеев-расплавов с синтетически регулируемым составом выше, чем характеристики регулируемых рецептурным со­ставом клеев.