Electrostatic Interaction for High Performance Waterborne Coatings

Abstract

Garapen iraunkorra XXI. mendeko erronka handietako bat da. Zalantzarik gabe, gai konplexu hau hainbat mailatan jorratu behar da, besteak beste, ingurumena errespetatzen duten uretan oinarritutako filmak sintetizatuz. Tradizionalki, disolbatzailetan oinarritutako filmak merkatua menperatu dute, era berean konposatu organiko hegazkorren (KOH) emisioak areagotuz, eta ondorioz ingurumena kaltetuz. Ingurumen-kezkarekin batera, KOH-en isurketa ekiditeko ingurumen-arau zorrotzak direla eta, uretan oinarritutako filmak merkatuan lerratzen hasi dira. Hala ere, hauek aurkezten dituzten propietateak ahulagoak dira orokorrean. Disolbatzaileetan oinarritutako estalduren kasuan, disolbatzailea lurruntzean kohesio handiko filmak lortzen diren bitartean, uretan oinarritutako dispertsioetatik (latexak) filma eratzeko prozesua askoz konplexuagoa da. Polimero-kateek nanopartikulak osatzen dituzte, eta ura lurruntzean, partikula desberdinetan dauden kateek elkarren artean interdifunditzen dute, katramilatuz eta azkenik film koherente bat lortuz. Orokorrean, uretan oinarritutako filmen propietate mekanikoak baxuagoak eta uraren sentikortasun handia, filmaren eraketa-prozesuarekin erlazionatuta dago. Guzti honek, merkatuan disolbatzaileetan oinarritatuko estalduren ordezkatzea moteltzen duelarik.Uretan oinarritutako estalduren propietateak hobetzeko aukeretako bat partikulen arteko lotura fisikoen bidez filmak indartzea izan da. Interakzio fisikoen artean, lotura ionikoen bidez sortutako konplexuakoso interesgarriak ziruditen, lotura bakar bat hausteko behar den energia nahiko altua delako. Beraz, lan honen helburu nagusia uretan oinarritutako estaldurak eratzea da dispertsio partikulen arteko eta partikula osatzen duten kateen arteko konplexazio ionikoa sortuz, eta konplexazio honek filmaren propietateetan duen eragina sakonki ikertzea.Konplexazio ionikoaren prozesua eta ondorioz, filmen lotura ionikoen efektua ikertzeko, lan honetan, positiboki eta negatiboki kargatutako polimero-partikulak sintetizatu ziren emultsio polimerizazioz, prozesu ez-jarraitu edo erdi-jarraituen bitartez. Lan honetan, BA/MMA monomeroak erabili dira 50/50 pisuan latexen formulazio orokor bezala. Karga ionikoak monomero funtzionalak erabiliz inkorporatu ziren, alde batetik karga anionikoak NaSS eta IA monomeroekin, eta DMAEMA eta DABCO estireniko gatza (DABCO) bestetik karga kationikoak sortzeko.Lehenik, NaSS eta DMAEMA inkorporatuta dituzten dispertsioekin eratutako filmen arteko konplexazio ionikoa aztertu zen. Nahasketa hauek burutzeko bi parametro hartu ziren kontuan, alde batetik gainazaleko karga-dentsitatea eta bestetik, partikula kopurua. Konplexatutako materialetan kateen arteko difusio-maila (FRET teknikaren bidez analizatuta) erreferentziazko materialetan baino txikiagoa izan arren, propietate mekanikoetan hobekuntza xumea sumatu zen. Materialen urarekiko erresistentziari dagokionez, joera orokor gisa, erreferentziazko nahasteek, konplexatutako materialak baino ur-xurgapen handiagoa erakutsi zuten, espezie ionikoen neutralizazioaren ondorioz.Tamaina ezberdineko polimero partikulak nahastean, partikulen egitura trinkoagoa lortzen da eta joera hau are eta gehiago hobetzen da kontrako karga duten partikulak nahasteagatik, konplexazio ionikoaren probabilitatea areagotu eta filmaren propietateak hobetzea lortu baitzen. Gainera, filmaren propietateak haratago hobetu ziren, molekula bakoitzeko bi karga dituzten monomero funtzionalak (IA eta DABCO) BA/MMA polimero kateen barnean inkorporatuz. Partikula handien/txikien arteko kontaktua handiagotzeak, lotura ionikoen puntuak areagotzea eragin zuen, egitura trinkoagoa sortuz eta konplexu ionikoa indartuz, trakzio-probetan eta ur testetan ikusi bezala. Gainera, molekula bakoitzeko bi karga dituzten monomero funtzionalak inkorporatzeak, lotura ioniko puntuak handitzea eragin zuen partikulen arteko konplexuak haratago indartuz.Emultsionatzailerik gabeko ur-dispertsio kationikoak sintetizatzeko eta konplexatzeko aukera ikertu zen, molekula bakoitzeko bi karga dituen DABCO monomero kationiko bat erabiliz. Emultsionatzailearen ezean, DABCO monomero kationikoz egonkortutako ur dispertsioak sintetizatu ziren emultsio polimerizazio prozesu erdi-jarraituaren bitartez, DABCO kontzentrazio ezberdinak erabiliz eta solido-eduki handia lortuz. Material zurrunagoak, baina urarekiko erresistentzia gutxiagokoak lortu ziren, DABCO kontzentrazioarekin txikitzen zihoan heinean. Ondoren, emultsionatzailerik gabeko DABCO dispertsioen konplexazio ionikoa emultsionatzailerik gabeko NaSS partikulekin ikertu zen, non ez ziren desberdintasun nabarmenak detektatu propietate mekanikoei dagokionez nahaste ez-dializatuen eta dializatuen artean. Urarekiko erresistentziari dagokionez, berriz, desberdintasunak nabariagoak izan ziren. Bestalde, konplexatutako zenbait materialetan hobekuntza nabarmenak ikusi ziren propietate mekanikoei eta urarekiko erresistentziari begira, ziurrenik sortutako konplexu ionikoaren ondorioz.Azkenik, konplexu ionikoaren eragina formulaturiko pinturetan aztertu zen. Lan honen lehen zatian, bi emultsifikatzaile polimerizagarri (Latemul PD-104 eta Hitenol AR-10) eta MAA monomero funtzionala gehituta eta gehitu gabe sintetizatutako latex anionikoak aglutinatzaile gisa erabiltzeko aukera aztertu zen. Bigarren zatian, konplexazio ionikoaren efektua pinturaren propietateetan ikertu zen, formulazioan aglutinatzaile gisa sintetizatutako erretxina anionikoa eta erretxina kationiko komertzialaren nahastea erabiltzean. Erreferentziarekin alderatuta hobekuntza txikia lortu zen gogortasunari dagokionez, gainerako propietateetan hobekuntzarik detektatu ez zen bitartean.