Akrilati su skupina svestranih i široko korištenih monomera u kemijskoj industriji, koji nalaze primjenu u premazima, ljepilima, tekstilu i mnogim drugim područjima. Reakcije akrilata često su katalizirane različitim tvarima kako bi se pokrenuo i kontrolirao proces polimerizacije. Kao dobavljač akrilata, imam duboko znanje o katalizatorima koji igraju ključnu ulogu u reakcijama akrilata. U ovom blogu istražit ću različite vrste katalizatora za reakcije akrilata i njihov značaj.
Slobodni - radikalni inicijatori
Slobodno-radikalski inicijatori su najčešće korišteni katalizatori za polimerizaciju akrilata. Djeluju tako da stvaraju slobodne radikale, koji su vrlo reaktivne vrste s nesparenim elektronom. Ovi slobodni radikali mogu reagirati s akrilatnim monomerima, pokrećući proces polimerizacije.
Peroksidi
Peroksidi su dobro poznata klasa inicijatora slobodnih radikala. Organski peroksidi, kao što je benzoil peroksid (BPO), naširoko se koriste u reakcijama akrilata. BPO se razgrađuje zagrijavanjem ili u prisutnosti redukcijskog sredstva, stvarajući dva benzoiloksi radikala. Ti radikali tada mogu reagirati s akrilatnim monomerima kako bi započeli lančanu reakciju.
Dekompozicija BPO može se predstaviti na sljedeći način:
[C_6H_5CO - O - O - COC_6H_5\rightarrow 2C_6H_5COO^{\cdot}]
Benzoiloksi radikali mogu reagirati s akrilatnim monomerom, na primjer,Butil akrilat (BA) 141 - 32 - 2, kako bi se stvorila nova radikalna vrsta, koja može dalje reagirati s drugim monomerima za širenje polimernog lanca.
Hidroperoksidi, poput tert-butil hidroperoksida, također se koriste kao inicijatori. Često se koriste u kombinaciji s redukcijskim sredstvima u redoks inicijacijskim sustavima, koji omogućuju odvijanje reakcije na nižim temperaturama.
Azo spojevi
Azo spojevi su još jedna važna vrsta inicijatora slobodnih radikala. Azobisisobutironitril (AIBN) je često korišten azo inicijator. Kada se zagrije, AIBN se raspada na dva izobutironitrilna radikala i plin dušik.
Reakcija razgradnje AIBN-a je:
[(CH_3)_2C(CN) - N = N - C(CN)(CH_3)_2\rightarrow 2(CH_3)_2C(CN)^{\cdot}+N_2]
Ovi radikali mogu inicirati polimerizaciju akrilata. Azo inicijatori se često preferiraju u nekim primjenama jer stvaraju relativno stabilne radikale i ne uvode skupine koje sadrže kisik u polimer, što može biti važno u primjenama gdje su svojstva polimera osjetljiva na nečistoće koje sadrže kisik.
Redoks inicijacijski sustavi
Redoks inicijacijski sustavi temelje se na reakciji između oksidirajućeg i redukcijskog sredstva. Ovi sustavi mogu pokrenuti polimerizaciju akrilata na nižim temperaturama u usporedbi s toplinskim inicijatorima, što je korisno u nekim primjenama gdje visoke temperature mogu uzrokovati oštećenje podloge ili samog polimera.
Uobičajeni redoks sustav sastoji se od peroksida (oksidacijskog sredstva) i redukcijskog sredstva kao što je amin. Na primjer, kombinacija kumol hidroperoksida i dimetilanilina može se koristiti za iniciranje polimerizacije akrilata. Reakcija između peroksida i amina stvara slobodne radikale koji započinju proces polimerizacije.
Prednost redoks inicijacijskih sustava je u tome što omogućuju bolju kontrolu brzine reakcije i mogu se koristiti u primjenama gdje je potreban brzi proces stvrdnjavanja na sobnoj temperaturi ili blago povišenim temperaturama.
Fotoinicijatori
Fotoinicijatori su katalizatori koji se aktiviraju svjetlom, obično ultraljubičastim (UV) svjetlom. Kada su izloženi UV svjetlu, fotoinicijatori apsorbiraju svjetlosnu energiju i stvaraju slobodne radikale ili katione, ovisno o vrsti fotoinicijatora.
Besplatni - radikalni fotoinicijatori
Fotoinicijatori slobodnih radikala naširoko se koriste u akrilatnim sustavima stvrdnjavajućim UV zračenjem. Benzoin eteri, kao što je benzoin metil eter, klasični su fotoinicijatori slobodnih radikala. Kada je ozračen UV svjetlom, benzoin metil eter prolazi kroz homolitičko cijepanje da bi se stvorili slobodni radikali.
Ovi slobodni radikali tada mogu inicirati polimerizaciju akrilata. UV-stvrdnjavajući akrilatni sustavi koriste se u primjenama kao što su premazi za drvo, plastiku i metale, kao i u proizvodnji tiskanih pločica. Brzo vrijeme stvrdnjavanja i mogućnost kontroliranog stvrdnjavanja čine UV-stvrdnjavajuće akrilatne sustave vrlo atraktivnim u ovim primjenama.
Kationski fotoinicijatori
Kationski fotoinicijatori koriste se za pokretanje polimerizacije određenih vrsta akrilata kroz kationski mehanizam. Onijeve soli, kao što su diariljodonijeve soli i triarilsulfonijeve soli, često su korišteni kationski fotoinicijatori. Kada su izložene UV svjetlu, ove soli stvaraju jake Lewisove kiseline, koje mogu inicirati polimerizaciju epoksidno funkcionaliziranih akrilata ili drugih kationski polimerizirajućih monomera.
Prednost kationskih fotoinicijatora je u tome što reakcija polimerizacije nije inhibirana kisikom, što je čest problem u polimerizaciji slobodnih radikala. To čini kationske fotoinicijatore prikladnima za primjene u kojima se proces stvrdnjavanja treba odvijati u okruženju koje sadrži kisik.
Lewisove kiseline i baze
Lewisove kiseline i baze također mogu djelovati kao katalizatori u reakcijama akrilata. Lewisove kiseline, kao što je bor trifluorid eterat ((BF_3\cdot OEt_2)), mogu koordinirati s karbonilnom skupinom akrilatnog monomera, povećavajući njegovu reaktivnost. Ova koordinacija može olakšati dodavanje nukleofila ili drugog monomera akrilatu, što dovodi do stvaranja nove kemijske veze.
Lewisove baze, s druge strane, mogu djelovati kao katalizatori u nekim reakcijama akrilata oduzimanjem protona ili koordiniranjem s monomerom na drugačiji način. Na primjer, tercijarni amini mogu djelovati kao Lewisove baze i sudjelovati u reakcijskom mehanizmu polimerizacije akrilata, posebno u nekim procesima anionske polimerizacije.
Značenje katalizatora u reakcijama akrilata
Odabir katalizatora u akrilatnim reakcijama ključan je jer utječe na brzinu reakcije, molekularnu težinu polimera, stupanj unakrsnog povezivanja i ukupna svojstva konačnog proizvoda.
Brzodjelujući katalizator može dovesti do brzog procesa polimerizacije, što je poželjno u primjenama gdje je potreban kratak proizvodni ciklus. Međutim, ako je brzina reakcije previsoka, to može dovesti do problema kao što je prekomjerno stvaranje topline, što može uzrokovati toplinsku degradaciju polimera ili supstrata.
Katalizator također utječe na molekulsku masu polimera. Kontroliranjem inicijacije i brzine širenja, moguće je dobiti polimere s različitim molekulskim težinama, koje zauzvrat utječu na fizikalna i mehanička svojstva polimera, kao što su viskoznost, čvrstoća i fleksibilnost.
Zaključak
Kao dobavljač akrilata, razumijem važnost katalizatora u reakcijama akrilata. Izbor katalizatora ovisi o različitim čimbenicima, uključujući vrstu akrilatnog monomera, željene reakcijske uvjete (temperatura, tlak, prisutnost svjetla) i svojstva konačnog proizvoda. Bilo da se radi o inicijatoru slobodnih radikala za proces toplinske polimerizacije, redoks inicijatoru za sustav stvrdnjavanja na niskim temperaturama, fotoinicijatoru za UV stvrdnjavajuće primjene ili Lewisovoj kiselini/bazi za specifičan reakcijski mehanizam, svaki katalizator igra jedinstvenu ulogu u reakciji akrilata.
Ako ste zainteresirani za kupnju akrilata za svoju specifičnu primjenu, kao što jeButil akrilat (BA) 141 - 32 - 2,2 - Etil heksil akrilat (2 - EHA) 103 - 11 - 7, iliI 96 - 33 - 3, i trebate savjet o odgovarajućim katalizatorima, ovdje sam da vam pomognem. Kontaktirajte me kako bismo razgovarali o vašim zahtjevima i započeli uspješno poslovno partnerstvo.
Reference
- Odian, G. Principi polimerizacije. Wiley - Interscience, 2004. (monografija).
- Koleske, JV i sur. Temeljni premaz za industriju boja i premaza. Savez društava za tehnologiju premaza, 2003.
- Allen, G., & Bevington, JC Sveobuhvatna znanost o polimerima. Pergamon Press, 1989.