Análisis de los factores que afectan al peso molecular del agente nivelador de polibutil acrilato

1. Introducción: La función del agente nivelador: Cuando el recubrimiento en polvo se funde y se nivela, se producen dos interfaces de «fase líquida» y «fase líquido-sólida». La cadena molecular principal del agente nivelador puede formar una capa monomolecular muy fina en la superficie del fundido, lo que proporciona una tensión superficial uniforme en la «fase líquida» y ayuda a eliminar defectos de la pintura, como poros y agujeros por contracción; al mismo tiempo, el grupo éster de la cadena lateral del agente nivelador puede reducir de forma controlada la tensión superficial del recubrimiento fundido, lo que favorece la humectación y la adhesión entre el recubrimiento y la superficie de la «fase líquido-sólida» de la pieza recubierta y, al mismo tiempo, proporciona una buena humectación y extensión del sustrato.

El polibutilacrilato es uno de los materiales de bajo coste más utilizados para recubrimientos en polvo. Muestra una fuerte actividad superficial, principalmente porque tiene una cadena principal «—C—C—» relativamente ordenada con propiedades repelentes a la resina, y la cadena lateral es un «grupo éster butílico» con propiedades favorables a la resina; esta estructura le permite orientarse libremente en la interfaz, la parte del enlace éster que es compatible con la fase líquida queda hacia dentro, la cadena principal flota en la interfaz para formar una monocapa uniforme y la tensión superficial puede ser uniforme. El grado de polimerización «n» refleja el tamaño del peso molecular.

2. ¿Cuál es el peso molecular más razonable para el flujo de líquido?

Según los informes de expertos nacionales y extranjeros, a partir de la tensión superficial, la flexibilidad de la cadena principal, la humectabilidad del sustrato, la humectabilidad y encapsulación del relleno de pigmento, la movilidad de las moléculas y la operatividad del proceso de síntesis, la formación de Desde el punto de vista del brillo, la redondez y la distinción del recubrimiento, las conclusiones tienden generalmente a los siguientes indicadores: Mn=4000-5000; Mw=7000-10000, distribución de la polidispersidad del peso molecular Mw/Mn=1,5-2,2. Este es el índice de estructura molecular más ideal del polibutilacrilato.

Las moléculas por encima de 20 000 son difíciles de compatibilizar con el sistema porque son demasiado grandes y tienden a perder luz o a extinguirse; por debajo de 4000 y por encima de 20 000 moléculas de flujo, cuanto menor sea la proporción, mejor. Un punto que vale la pena destacar: Mn = 3000-10000, distribución del peso molecular Mw/Mn = 1,5-7,0 también está disponible; pero ocasionalmente habrá problemas, tales como: demasiado contenido de moléculas pequeñas y supermoléculas, aparecerán poros y pérdida de luz, no será antiinterferente, etc. Las moléculas por debajo de 4000, debido a que son demasiado pequeñas y la compatibilidad es demasiado buena, pierden la propiedad de nivelación, lo que provoca pequeñas ondulaciones cuando se mira a la luz, como se muestra a continuación:

3. Materiales sintéticos: Una vez determinado el rango de peso molecular, el trabajo restante consiste en encontrar las materias primas y determinar el proceso en torno a este objetivo. Los principales materiales son: acrilato de n-butilo, disolvente xileno, catalizador azo AIBN y regulador del peso molecular. Para reducir los costes, se puede añadir un 3-5 % de estireno para la copolimerización; algunas empresas también utilizan acrilato de 2-etilhexilo, modificado con trimeticona de vinilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de octilo o acrilato de isooctilo. Estas innovaciones son beneficiosas, principalmente para reducir la tensión superficial y mejorar el rendimiento anti-atascamiento. Para reducir los costes, algunas fábricas añaden directamente tereftalato de dioctilo, tereftalato de isooctilo, fumarato de dietilo, maleato de dietilo, aceite de soja epoxi, etc., con una dosis general de alrededor del 20 %. Estas prácticas no favorecen la nivelación y la antiinterferencia.

La elección del disolvente es variada. En la etapa más temprana se utilizaba tolueno (punto de ebullición 110,63 °C), pero debido a los problemas de toxicidad y bajo punto de ebullición, se fue utilizando gradualmente el xileno (138,5~141,5 °C). El etilenglicol monometil éter (o etilenglicol monometil éter) también es un disolvente muy ideal. Su toxicidad es menor que la del xileno y su punto de ebullición es de 124,6 °C. No se utiliza mucho en China, y el método de mezclarlo con xileno como disolvente en el extranjero es muy recomendable. Si el punto de ebullición es demasiado bajo, el peso molecular del agente nivelador sintético es demasiado grande, lo que tiende a formar espuma, pero la capacidad pierde luminosidad y se empaña. Los disolventes con un punto de ebullición alto no son adecuados para su uso porque la temperatura de evaporación del disolvente es demasiado alta, lo que facilita la oxidación del producto acabado, provocando su amarilleamiento y la formación de macromoléculas. En la actualidad, en China se utiliza principalmente xileno mixto como disolvente. Las materias primas son asequibles, baratas, de baja toxicidad, fáciles de almacenar, fáciles de manejar y seguras.

¿Por qué utilizar azobisisobutironitrilo AIBN como iniciador en lugar de peróxido de dibenzoilo BPO? Se tienen en cuenta principalmente dos factores: En primer lugar, el tipo y la cantidad de iniciador pueden afectar al peso molecular relativo y a la estructura molecular del polímero, lo que a su vez afecta a las propiedades químicas y físicas de la resina. El azobisisobutironitrilo (AIBN) y el peróxido de dibenzoilo (BPO) tienen cinéticas de descomposición diferentes. La constante de transferencia de cadena del AIBN es pequeña, la velocidad de descomposición no varía mucho en diferentes disolventes, la actividad de los radicales libres es menor que la de los radicales bencénicos, la reacción de transferencia de cadena es menor y el polímero obtenido tiene una distribución de masa molecular relativa más estrecha. El AIBN se utiliza como iniciador. El agente puede mantener la viscosidad de la resina en un rango más adecuado. Sin embargo, después de la descomposición del BPO, es fácil que se generen radicales bencénicos con mayor actividad, y los radicales bencénicos capturan fácilmente átomos de hidrógeno en la cadena molecular del monómero o del polímero, lo que da lugar a ramificaciones y enlaces cruzados, ampliando la distribución de la masa molecular relativa y reduciendo la viscosidad del polímero de forma significativa. El segundo es: el grupo terminal formado por la polimerización iniciada por azo AIBN es (CH3)3C–, que tiene una mejor durabilidad al aire libre; mientras que el grupo terminal formado por el polímero iniciado por BPO es un anillo de benceno, que tiene una mala resistencia a la intemperie y provocará la formación de una película de recubrimiento después de mucho tiempo. En general, se cree que cuando la fracción másica del iniciador es superior al 4 %, las propiedades mecánicas, químicas y la estabilidad térmica del polímero se ven afectadas negativamente.

La práctica ha demostrado que en el proceso de síntesis del agente nivelador de polibutilacrilato es necesario controlar bien los siguientes puntos importantes:

1) La proporción entre la cantidad total de monómero y el disolvente ≈ 1: (1,0—1,2): esta proporción tiene una gran influencia en la polidispersidad del peso molecular. Aunque todo el proceso de reacción es una reacción de «inanición», el disolvente se encuentra en un estado de exceso, pero con la concentración de cada componente en el disolvente cambia mucho debido al aumento de la cantidad de monómero que gotea y a la formación de reactivos. La tensión superficial afecta negativamente a la nivelación y la plenitud del recubrimiento.
2) Velocidad de goteo: es ventajosa una adición uniforme y gradual en forma de gotas. La reacción química se lleva a cabo en un instante. Una vez alcanzadas las condiciones de reacción, esta puede completarse en una diezmilésima de segundo. Es muy importante, sobre todo, no actuar con prisas ni de forma descuidada. La polidispersidad del peso molecular se ve muy afectada por ello.
3) Influencia del contenido de agua en los monómeros y los disolventes: tanto los monómeros como los disolventes contienen ≤5‰ de agua, aunque no es mucho, pero como el disolvente se recicla, el agua sigue acumulándose. Una pequeña cantidad de agua entra en el recipiente de reacción con el disolvente o el monómero y, tras calentarse, forma un azeótropo con el xileno, lo que consume una gran cantidad de azo AIBN, aumenta el coste y afecta a la distribución del peso molecular, lo que no es conveniente para su uso posterior.
4) Momento y velocidad de adición del azo: El objetivo de esta operación es hacer que las moléculas pequeñas o monómeros que no han reaccionado continúen reaccionando, evitando que las moléculas pequeñas que no han reaccionado entren en el disolvente cuando este se evapore posteriormente y afecten a la siguiente reacción. La proporción de concentración de monómeros y la distribución del peso molecular de la caldera. Por lo general, se puede utilizar una décima parte de la cantidad total del iniciador.
5) El tiempo de conservación del calor y el tiempo de evaporación del disolvente tienen poco efecto sobre el peso molecular, pero la temperatura no debe ser demasiado alta y el tiempo no debe ser demasiado largo. La evaporación al vacío a baja temperatura del disolvente es beneficiosa para la cromaticidad del producto final. Cuanto más baja sea la temperatura y más corto sea el tiempo, más favorable será, por supuesto, siempre y cuando el disolvente se haya evaporado por completo.
6) Filtración en tres etapas: es decir, el disolvente y el monómero deben filtrarse al entrar en el recipiente de reacción y en el tanque de almacenamiento por goteo; el elemento filtrante o la pantalla del filtro deben limpiarse y sustituirse periódicamente, lo que favorece la filtración de partículas gelificadas o impurezas. Aunque estas operaciones tienen poco efecto sobre la distribución del peso molecular, son absolutamente esenciales para garantizar una alta calidad.
7) Mediante el control de las operaciones anteriores, realizamos una prueba de cromatografía en gel GPC en los productos fabricados y obtuvimos los siguientes datos de peso molecular: peso molecular medio numérico 4457; peso molecular medio en masa 7879; distribución del peso molecular 1,7679; relativamente ideal.

Conclusión: El agente nivelador de acrilato de butilo es la variedad más utilizada de recubrimientos en polvo. Sobre esta base, se añaden otros monómeros para su modificación, y se obtienen muchas variedades. Sus procesos de síntesis son similares a este. Entre ellos, el peso molecular y su distribución están relacionados con el tamaño de la tensión superficial, que es el factor más crítico. Aquí no se trata de su modificación ni de sus derivados, y solo expreso mi opinión personal sobre la parte más básica. Es inevitable que haya disputas e incluso falacias.

Hay dos puntos de vista que este artículo quiere expresar: en primer lugar, el peso molecular del agente nivelador tiene un impacto fundamental en la tensión superficial y la nivelación. El segundo es: hay muchos factores sintéticos que afectan al tamaño del peso molecular. Los detalles de la operación y la digitalización de la misma son los factores fundamentales para garantizar la calidad. Aunque la posición de muchos datos puede no ser correcta al principio, y lo incorrecto se puede corregir con la práctica, estos elementos deben estar presentes. ¡La mejora continua es la única forma de controlar la calidad al máximo!