Was ist der Unterschied zwischen carboxyliert und nicht carboxyliert?

Carboxylierte Latices sind die am häufigsten verwendeten aller kommerziellen Latices. Warum sollten Sie jedoch bei der Auswahl des besten Emulsionspolymers für Ihr Projekt ein carboxyliertes Polymer einem nicht-carboxylierten Polymer vorziehen? Es kommt auf eine Eigenschaft an: Haftung.

Farbe ist ein gutes Beispiel für eine Anwendung, die eine Beschichtung erfordert, die gut auf dem Untergrund haftet und die voraussichtlich jahrelang haften bleibt. Abziehbare Schutzfolien und Aufkleber wie Namensschilder sollen sich dagegen leicht lösen lassen.

Bei der Emulsionspolymerisation mischen Chemiker Monomere, Initiatoren und Tenside in Wasser. Tensidmoleküle aggregieren, bilden Nanomizellen und tragen zur Stabilisierung von Mikromonomertröpfchen bei. Wenn Initiatoren zugegeben werden, beginnt die Polymerbildung, und Micellen wachsen, wenn Monomere in sie einwandern.

Dieses grundlegende Verfahren wurde in den 1920er Jahren entwickelt und verfeinert. Nach dieser Ära erforschten Chemiker, wie man Emulsionspolymere noch weiter modifizieren kann. Carboxylierte Latices wurden in den 1940er Jahren erfunden, um einige der negativen Auswirkungen von Tensiden auszugleichen, insbesondere bei vielen Beschichtungsanwendungen. Insbesondere freies Tensid – der Teil des Tensids, der nicht an die Polymerketten bindet – neigt dazu, zwischen Polymerketten zu agglomerieren und an Oberflächen zu aggregieren, was die Feuchtigkeitsempfindlichkeit verschlechtert.

Die Carboxylierung beinhaltet die Zugabe eines starken Säuremonomers wie Acrylsäure (AA), Methylmethacrylatsäure (MMA), Itaconsäure (IA) oder Fumarsäure (FA) in der Polymerisationsreaktion. Dies stabilisiert die Micellenbildung und reduziert die benötigte Tensidmenge.

Viele verschiedene Faktoren beeinflussen die Carboxylierung, und Chemiker können diese Faktoren manipulieren, um eine Vielzahl von Produkten zu formulieren, um die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu erfüllen, indem sie:

• Auswahl aus einer Vielzahl von Carboxylmonomeren, die einen unterschiedlichen Grad an Hydrophilie (Anziehung zu Wasser) bereitstellen. Zum Beispiel bietet MMA den niedrigsten Grad an Hydrophilie, während AA, IA und FA einen höheren Grad an Hydrophilie bereitstellen.
• Kontrolle des Neutralisationsgrades oder Ionisationsgrades, der während des Polymerisationsverfahrens verwendet wird.
• Steuerung, wann und wie die Carbonsäuremonomere während des Prozesses zugegeben werden – zum Beispiel früh, spät, kontinuierlich oder als „Single-Shot“-Zugabe.
• Verwendung von wasserlöslicheren Comonomeren wie MMA oder Acrylamid als Kupplungsmittel.
• Kontrolle der Latexpartikelgröße, die sich auf die Menge der Carboxylgruppen auf der Partikeloberfläche auswirkt – je kleiner die Partikelgröße, desto mehr Carboxylgruppen bilden sich auf der Partikeloberfläche.

Die Carboxylierung verleiht dem Polymer auch die Vernetzungsfähigkeit – den Grad, in dem die Polymerketten miteinander verbunden sind –, der durch die „Säurezahl“ gemessen werden kann. Eine hohe Säurezahl weist auf mehr Carbonsäuregruppen hin und quantifiziert die vorhandene Säuremenge.

Wenn Sie sich ein Polymer als Einzelstrang oder Kette vorstellen, werden diese Stränge durch die Vernetzung miteinander verwoben, wodurch die Festigkeit und Zähigkeit erhöht werden. Die gehärtete Beschichtung weist mehr Härte und Glanz auf als eine nicht vernetzte Beschichtung auf Basis eines Emulsionspolymers.

Eine carboxylierte Polymeremulsion bietet eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Fett, Lösungsmitteln, Abrieb, Hitze und UV, und die Carboxylierung verbessert ihre Pigmentbindefähigkeit. Am wichtigsten ist vielleicht, dass ein carboxyliertes Polymer eine gute Haftung an einem Substrat bietet, und diese Haftung wird mit der Zeit an der Formel zunehmen.

Seit ihrer Entwicklung werden carboxylierte Latices für verschiedene Anwendungen immer beliebter – sie machen mehr als 90 Prozent aller kommerziellen Latices aus. Mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit, guter Haftung und hoher Festigkeit und Elastizität eignen sich carboxylierte Latices am besten für Beschichtungen für Metalle, Kunststoffe und Glas sowie für Anwendungen in Papier- und Vliesbeschichtungen.

Dennoch haben nicht-carboxylierte Latices ihren Platz als kommerziell brauchbare Produkte und bieten mehrere Vorteile. Nicht-carboxylierte Latices sind beispielsweise ideal für:

• Bestimmte Anwendungen auf Zementbasis, die das Fehlen einer Carboxylgruppe erfordern.
• Sprühklebstoffe und Rührerzugabeverfahren, die in der Papierherstellung verwendet werden, wo die geringere Stabilität des Emulsionspolymers es ermöglicht, sich schnell auf Substraten abzuscheiden.
• Temporäre Schutzbeschichtungen, wie z. B. folienartige Produkte und ablösbare Klebstoffe, die in Aufklebern oder Abziehbildern verwendet werden, die eine stabile Haftung erfordern, die im Laufe der Zeit nicht zunimmt.3