Akrilati su grupa svestranih i široko korištenih monomera u kemijskoj industriji, koji nalaze primjenu u premazima, ljepilima, tekstilu i mnogim drugim poljima. Reakcije akrilata često kataliziraju različite tvari 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 ću istražiti različite vrste katalizatora za reakcije akrilata i njihov značaj.
Slobodni - radikalni inicijatori
Inicijatori slobodnih radikala su najčešće korišćeni katalizatori za polimerizaciju akrilata. Oni rade tako što 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 pokretača slobodnih radikala. Organski peroksidi, kao što je benzoil peroksid (BPO), se široko koriste u reakcijama akrilata. BPO se razgrađuje zagrevanjem ili u prisustvu redukcionog sredstva, stvarajući dva benzoiloksi radikala. Ovi radikali tada mogu reagirati s akrilatnim monomerima kako bi započeli lančanu reakciju.
Dekompozicija BPO se može 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 formirala nova radikalna vrsta, koja može dalje reagirati s drugim monomerima kako bi propagirala polimerni lanac.
Hidroperoksidi, poput terc-butil hidroperoksida, također se koriste kao inicijatori. Često se koriste u kombinaciji sa redukcijskim agensima u redoks inicijacijskim sistemima, koji omogućavaju da se reakcija odvija na nižim temperaturama.
Azo spojevi
Azo jedinjenja su još jedan važan tip pokretača slobodnih radikala. Azobisisobutironitril (AIBN) je često korišćeni azo inicijator. Kada se zagrije, AIBN se razgrađuje u dva izobutironitrilna radikala i plinoviti 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 pokrenuti polimerizaciju akrilata. Azo inicijatori se često preferiraju u nekim aplikacijama jer stvaraju relativno stabilne radikale i ne unose grupe koje sadrže kisik u polimer, što može biti važno u aplikacijama gdje su svojstva polimera osjetljiva na nečistoće koje sadrže kisik.
Redox inicijacijski sistemi
Sistemi za iniciranje redoks-a se zasnivaju na reakciji između oksidacionog agensa i redukcionog agensa. Ovi sistemi mogu pokrenuti polimerizaciju akrilata na nižim temperaturama u odnosu na termičke inicijatore, što je korisno u nekim aplikacijama gdje visoke temperature mogu uzrokovati oštećenje podloge ili samog polimera.
Uobičajeni redoks sistem se sastoji od peroksida (oksidacijskog agensa) i redukcionog agensa kao što je amin. Na primjer, kombinacija kumen hidroperoksida i dimetilanilina može se koristiti za iniciranje polimerizacije akrilata. Reakcija između peroksida i amina stvara slobodne radikale, koji započinju proces polimerizacije.
Prednost redoks sistema za iniciranje je u tome što omogućavaju bolju kontrolu brzine reakcije i mogu se koristiti u aplikacijama gdje je potreban brzi proces očvršćavanja na sobnoj temperaturi ili blago povišenim temperaturama.
Fotoinicijatori
Fotoinicijatori su katalizatori koji se aktiviraju svjetlošću, tipično ultraljubičastom (UV) svjetlošću. Kada su izloženi UV svjetlu, fotoinicijatori apsorbiraju svjetlosnu energiju i stvaraju slobodne radikale ili katjone, ovisno o vrsti fotoinicijatora.
Slobodni - radikalni fotoinicijatori
Slobodno-radikalni fotoinicijatori se široko koriste u UV-otvrdljivim akrilatnim sistemima. Benzoin eteri, kao što je benzoin metil eter, klasični su fotoinicijatori slobodnih radikala. Kada je ozračen UV svjetlom, benzoin metil eter podliježe homolitičkom cijepanju kako bi se generirali slobodni radikali.
Ovi slobodni radikali tada mogu pokrenuti polimerizaciju akrilata. UV-otvrdljivi akrilatni sistemi se koriste u aplikacijama kao što su premazi za drvo, plastiku i metale, kao i u proizvodnji štampanih ploča. Brzo vreme očvršćavanja i sposobnost očvršćavanja na kontrolisan način čine UV-otvrdljivi akrilatni sistemi veoma atraktivnim u ovim primenama.
Kationski fotoinicijatori
Kationski fotoinicijatori se koriste za iniciranje polimerizacije određenih vrsta akrilata kroz kationski mehanizam. Onijumove soli, kao što su diariljodonijumove i triarilsulfonijumove soli, obično se koriste kationski fotoinicijatori. Kada su izložene UV svjetlu, ove soli stvaraju jake Lewisove kiseline, koje mogu pokrenuti polimerizaciju epoksidno funkcionaliziranih akrilata ili drugih monomera koji se mogu kationski polimerizati.
Prednost kationskih fotoinicijatora je u tome što reakciju polimerizacije ne inhibira kisik, što je čest problem u slobodno-radikalnoj polimerizaciji. Ovo čini kationske fotoinicijatore pogodnim za primjene gdje proces očvršćavanja treba da se odvija 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 sa karbonilnom grupom 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 apstrahujući proton ili koordinirajući s monomerom na drugačiji način. Na primjer, tercijarni amini mogu djelovati kao Lewisove baze i sudjelovati u reakcionom mehanizmu polimerizacije akrilata, posebno u nekim procesima anjonske polimerizacije.
Značaj katalizatora u reakcijama akrilata
Izbor katalizatora u reakcijama akrilata je ključan jer utiče na brzinu reakcije, molekularnu težinu polimera, stepen umrežavanja i ukupna svojstva konačnog proizvoda.
Katalizator brzog djelovanja može dovesti do brzog procesa polimerizacije, što je poželjno u aplikacijama 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 termičku degradaciju polimera ili supstrata.
Katalizator također utiče na molekularnu težinu polimera. Kontrolom brzine inicijacije i širenja moguće je dobiti polimere različite molekularne težine, što zauzvrat utiče na fizička i mehanička svojstva polimera, kao što su viskoznost, čvrstoća i fleksibilnost.
Zaključak
Kao dobavljač akrilata, razumijem važnost katalizatora u reakcijama akrilata. Izbor katalizatora zavisi od različitih faktora, uključujući tip akrilatnog monomera, željene reakcione uslove (temperatura, pritisak, prisustvo svetlosti) i svojstva konačnog proizvoda. Bilo da se radi o inicijatoru slobodnih radikala za proces termičke polimerizacije, redoks inicijatoru za sistem očvršćavanja na niskim temperaturama, fotoinicijatoru za UV-očvrsnute aplikacije ili Lewis-ovoj kiselini/bazi za specifični reakcioni mehanizam, svaki katalizator igra jedinstvenu ulogu u reakciji akrilata.
Ako ste zainteresirani za kupovinu akrilata za vašu specifičnu primjenu, kao nprButil akrilat (BA) 141 - 32 - 2,2 - Etil heksil akrilat (2 - EHA) 103 - 11 - 7, iliI 96 - 33 - 3, i trebam savjet o odgovarajućim katalizatorima, tu 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.
- Koleske, JV i dr. Prajmer za industriju boja i premaza. Savez društava za tehnologiju premaza, 2003.
- Allen, G. i Bevington, JC Comprehensive Polymer Science. Pergamon Press, 1989.