Crosslinking of Polyesters in Emulsion Droplets
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2785407Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for kjemi [1405]
Sammendrag
Fremskritt innen alkydemulsjoner er nødvendig for å forbedre svakheter som lange tørketiderog myke filmer assosiert med alkydmaling. Å øke molekylvekten kan redusere herdetiden ogforbedre hardheten til filmene.
En fullstendig studie på et forenklet base-system for en alkydmaling som involverte alkydenfør emulgering ble utført. Målet var å identifisere gjennomførbare reaksjonsforhold, basert påDiels-Alder reaksjonsmekanisme, som direkte kan være anvendelige ved den industrielleproduksjonslinjen ved Jotun AS. Et forenklet system ble undersøkt som involverte alkyden føremulgering. Det ble funnet at valg av kryssbinder, konsentrasjon og reaksjonstid spilleravgjørende roller i molekylvekten i sluttproduktet. Den største økningen i molekylvekt bleoppnådd med økte temperaturer, forlengede reaksjonstider og kryssbinder pentaerytritoltetraakrylat. Dette ble ekstrapolert til det emulgerte systemet. Imidlertid visteemulsjonssystemet seg til å være mer komplekst og sidereaksjoner ble observert. Denviktigste sidereaksjonen antas å være forårsaket av hydrolyse av esterbindingen i alkyden.
Studien viste også at kryssbinderen kunne tilsettes alkyden før emulgering uten at dettebegrenset muligheten for emulgeringsprosessen. Dette var fordelaktig for noen avutfordringene som oppsto ved å tilsette kryssbinderen etter emulgering. Gjennom dette settetav eksperimenter ble den største økningen i molekylvekt oppnådd med kryssbinder1,1’(metylendi-4,1-fenylen)bimaleimid (MPB).
En mekanisk studie ble utført med den konjugerte fettsyren. Det var ingen indikasjoner på atDiels-Alder reaksjonen skjedde. I stedet ble en autoksidativ reaksjon mellom fettsyren ogoksygen fra atmosfæren bekreftet. En annen reaksjon som ble påvist var transesterifisering avesterbindingen i fettsyren av en alkohol. Kryssbindingens rolle i alkyd- ogalkydemulsjonsreaksjonene ble ikke bestemt selv om det ble funnet til å ha en avgjørendeeffekt på den endelige molekylvekten. Advances in the alkyd emulsions are required to improve shortcomings such as long dryingtimes and softness associated with alkyd paints. Increasing the molecular weight can reducethe curing time and improve the hardness of the films.
A complete study on a simplified base system for an alkyd paint, involving the crosslinker ofthe alkyd prior to emulsification was carried out. The goal was to identify viable reactionconditions, based on the Diels-Alder reaction mechanism, that can be directly applicable tothe industrial production line at Jotun AS. It was found that the choice of crosslinker,concentration and reaction times play crucial roles in the molecular weight of the finalproduct. The largest increase in molecular weight was achieved with increased temperatures,prolonged reaction times and crosslinker pentaerythritol tetraacrylate (PT). This wasextrapolated to the emulsified system. However, the emulsion system proved to be much morecomplex and side-reactions were observed. The main side-reaction is believed to be caused byhydrolysis of the ester backbone in the alkyd.
The study also showed that the crosslinker could be added to the alkyd prior to emulsificationwithout restricting the emulsification process. This bypassed some of the challengesencountered by adding the crosslinker post-emulsification. During this series of experiments,the largest molecular weight was obtained with crosslinker 1,1’(methylenedi-4,1-phenylene)bismaleimide (MPB).
A mechanical study was conducted with the conjugated fatty acid. There were no indicationsthat the Diels-Alder reaction occurred. Instead, an autoxidative reaction between the fatty acidand oxygen from the atmosphere was confirmed. Another reaction detected was thetransesterification of the ester bond in the fatty acid by an alcohol species. The role of thecrosslinker in the alkyd and alkyd emulsion reactions was not determined although it wasfound to have a crucial effect on the resulting molecular weight.