Für Anwendungen oder Umgebungen mit besonderen Anforderungen sind die intrinsischen Eigenschaften des Materials oft unzureichend - z. B. die Wärmebeständigkeit bei hohen Temperaturen oder die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen -, so dass eine Modifizierung des Materials erforderlich ist. Zu den aktuellen Modifizierungsmethoden für Polyaspartic gehören Harzmodifikation, Nanomodifikation und andere Techniken.
Modifizierung des Harzes
Bei der Harzmodifikation werden Harzmoleküle durch chemische Mittel wie Block- oder Pfropfcopolymerisation in die Polyaspartic-Molekularstruktur eingebracht. Dieser Ansatz ist relativ einfach und bietet eine hohe Ausbeute. Sie wird häufig eingesetzt, um die Wärmebeständigkeit von Polyaspartic zu erhöhen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu regulieren und die physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Ein häufig verwendetes Harz zur Modifizierung ist Silikonharz. Polysiloxan besitzt eine niedrige Oberflächenenergie, einen niedrigen Elastizitätsmodul, eine ausgezeichnete thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit. Sein Grundgerüst besteht aus alternierenden Si-O-Si-Bindungen, die ihm eine hohe Flexibilität verleihen. Nach der Modifizierung des Silikons nimmt die sterische Hinderung innerhalb des Materials zu, wodurch die Reaktion zwischen dem modifizierten Material und den -NCO-Gruppen eingeschränkt wird. Dadurch wird die Bindungszeit der Beschichtung verlängert und die Haftung zwischen Beschichtung und Substrat deutlich verbessert.
Es gibt zwei Hauptmethoden der Silikonmodifikation: Blockmodifikation und Pfropfmodifikation. Studien haben gezeigt, dass die Kombination von Polyaspartic und Polysiloxan durch Blockmodifikation die mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit und Haftung der Beschichtung verbessert. Modifizierte Harze, die aus 4,4′-Diaminodicyclohexylmethan (H12MDA) und Methoxysilan mit endständigen Aminogruppen (KH-540) synthetisiert werden, ergeben Beschichtungen mit verbesserter Härte, Flexibilität, Zugfestigkeit und Alterungsbeständigkeit; die Flexibilität verbessert sich deutlich bei Temperaturen unter 5 °C. Eine andere Methode verwendet Epoxy-terminierte Silikonverbindungen, wobei Silikon durch eine Ringöffnungsreaktion in die Polyharnstoffkette eingebracht wird. Das daraus resultierende silikonmodifizierte Polyaspartic weist nach der Aushärtung mit Isocyanathärter sowohl bei Raumtemperatur als auch bei niedrigen Temperaturen eine ausgezeichnete Härte und Schlagfestigkeit auf.
Epoxidharz wird wegen seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit und elektrischen Isolierung auch zur Modifizierung verwendet. Die Epoxidmolekülketten können sich in den Polyharnstoffketten verteilen und diese durchdringen, so dass ein vernetztes Netzwerk entsteht. Amino-terminierte Polyaspartic-Polyharnstoffe (PUA), die aus Polyaspartic-Estern (PAEs) und Isophoron-Diisocyanat (IPDI) synthetisiert werden, können mit Epoxidharz zäh gemacht werden. Die flexiblen PUA-Ketten verflechten sich mit dem ausgehärteten Epoxidharznetzwerk, was eine duktile Verformung unter Belastung ermöglicht und die Scherfestigkeit verbessert. Wenn das Verhältnis von PUA zu Epoxidharz optimiert wird, steigen Bruchdehnung und Schlagzähigkeit deutlich an.
Nanomodifizierung
Die Nanomodifizierung ist eine wirksame Methode zur Einführung von Nanopartikeln in Polyaspartic-Systeme durch die Wechselwirkung zwischen funktionellen Polyharnstoffgruppen und aktiven Stellen auf der Oberfläche der Nanopartikel. Da Nanomaterialien einzigartige Oberflächen- und Quantengrößeneffekte aufweisen, kann ihre Zugabe die Festigkeit von Polyaspartic-Materialien erhöhen.
Eine Reihe von aliphatischen Polyharnstoffen, die in einem zweistufigen Lösungspolymerisationsverfahren synthetisiert wurden, wurden mit nano-TiO₂ und aminofunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren modifiziert. Die aminofunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren gingen eine kovalente Bindung mit den Polyharnstoffketten ein, wodurch die Vernetzungsdichte und die thermische Stabilität sowie die Grenzflächenhaftung zwischen den Nanoröhren und dem Polyharnstoffelastomer erhöht wurden. Durch die Kombination von Ultraschalldispergierung und mechanischem Hochgeschwindigkeitsrühren mit Silankopplungschemie können auch Polyaspartic-Nanokomposite hergestellt werden. Diese modifizierten Materialien weisen eine verbesserte Gefrierbeständigkeit, Karbonisierungsbeständigkeit und Abriebfestigkeit auf.
Andere Modifizierungsmethoden
Neben der Harz- und Nanomodifizierung wurden auch andere Ansätze - wie die Fluorierung und die Modifizierung mit epoxidiertem Sojabohnenöl (ESO) - untersucht, um die Hydrophobie und die Wärmebeständigkeit weiter zu verbessern.
Fluorhaltige Materialien haben starke C-F-Bindungen und eine hohe Elektronegativität, die die Hauptmolekülkette schützen und den Materialien hervorragende Oberflächen- und elektrische Eigenschaften sowie eine starke Hydrophobie verleihen. Fluorierte Polyasparaginsäure kann durch Reaktion von Maleinsäureanhydrid und fluoriertem Alkohol mit HDI-Trimer in Gegenwart eines Katalysators unter Verwendung von Toluol als Dehydratisierungsmittel synthetisiert werden. Während der Umwandlung von primären zu sekundären Aminen nimmt die -NH-Dichte ab, während zahlreiche fluorierte Gruppen, die entlang der Polyetherketten verteilt sind, den Kontakt zwischen -NH- und -NCO-Gruppen verringern, wodurch sich die Reaktionszeit verlängert. Das resultierende fluorierte Polyaspartic weist im Vergleich zur unmodifizierten Version eine bessere Hydrophobie, Abriebfestigkeit und chemische Stabilität auf.
Epoxidiertes Sojabohnenöl (ESO) enthält 3-4 Epoxidgruppen pro Molekül, die unter geeigneten Bedingungen Ringöffnungsreaktionen mit Aminen eingehen können. ESO ist preiswert, reichlich vorhanden, thermisch stabil und erneuerbar. ESO kann mit primären Aminen reagieren und ein leicht vernetztes Netzwerk bilden, das die thermische Stabilität von Polyaspartic verbessert. Es wurde festgestellt, dass die Reaktionstemperatur die Umwandlung von primären Aminen beeinflusst: Da benachbarte Epoxidgruppen in der ESO-Kette sterische Hindernisse bilden, beschleunigen höhere Temperaturen die Ringöffnungsreaktion und erhöhen die Umwandlung. Diese Erkenntnis bietet eine theoretische Grundlage für die Entwicklung von ESO-modifiziertem Polyaspartic.
Feiyang Protech ist seit 30 Jahren auf die Herstellung von Rohstoffen für Polyaspartic-Beschichtungen spezialisiert und kann Polyaspartic-Harze, Härter und Beschichtungsformulierungen liefern. Bitte kontaktieren Sie uns: [email protected]
Unsere Produkte Liste:
Wenden Sie sich noch heute an unser technisches Team, um zu erfahren, wie die fortschrittlichen Polyaspartic-Lösungen von Feiyang Protech Ihre Beschichtungsstrategie verändern können. Kontakt zu unserem Tech-Team