Jakie są potencjalne przyszłe zastosowania kopolimeru żywicy węglowodorowej C5 i C9?

Wstęp

Żywice węglowodorowe kopolimerowe C5/C9to termoplastyczne żywice węglowodorowe o niskiej masie cząsteczkowej produkowane ze strumieni surowców zawierających zarówno składniki alifatyczne, jak i aromatyczne. Można je stosować jako żywice klejące lub modyfikujące w wybranych klejach, gumach, farbach drukarskich i powłokach.

Ich wartość nie wynika po prostu z połączenia dwóch kategorii surowców. Zmieniając równowagę charakteru alifatycznego i aromatycznego, kopolimeryzacja C5/C9 może dać gatunki o kompatybilności i właściwościach materiałowych różniących się od żywic węglowodorowych typu C5 lub C9. Praktyczny wynik pozostaje jednak zależny od preparatu.

Dlatego też dla formulatorów istotną kwestią nie jest to, czy żywica C5/C9 jest powszechnie „lepsza”, ale to, czy konkretny gatunek zapewnia odpowiednią kompatybilność, zachowanie zmiękczające, charakterystykę płynięcia i reakcję preparatu dla zamierzonego systemu.

Co to jest żywica węglowodorowa z kopolimerem C5/C9?

Komercyjne żywice węglowodorowe można wytwarzać z kilku rodzin surowców petrochemicznych.Żywice typu C5opierają się głównie na alifatycznych składnikach surowców, natomiastŻywice typu C9opierają się głównie na aromatycznych frakcjach surowców. Kopolimerowe żywice węglowodorowe C5/C9 zawierają podczas polimeryzacji składniki z obu rodzin surowców.

Terminy C5 i C9 opisują rodziny żywic pochodzących z surowców przemysłowych, a nie chemicznie czyste związki pięcio- lub dziewięciowęglowe. Gatunki handlowe w obrębie każdej rodziny mogą różnić się składem monomerów, właściwościami molekularnymi, temperaturą mięknienia, kolorem i innymi specyfikacjami.

Ta różnica jest ważna, ponieważ sama nazwa rodziny produktów nie określa zgodności ani działania gotowego preparatu.

Żywica kopolimerowa C5/C9 w porównaniu z żywicami typu C5 i C9

Rozróżnienie między typem C5, typem C9 iŻywice kopolimerowe C5/C9jest przydatna podczas wstępnej oceny jakości, ale nie powinna być traktowana jako substytut badania receptury.

Mieszany skład żywicy C5/C9 nie gwarantuje, że będzie ona kompatybilna z każdym polimerem, który akceptuje żywicę C5 lub C9. Zgodność zależy od właściwości molekularnych konkretnej żywicy i od kompletnej receptury.

Na przykład badania nad systemami klejów samoprzylepnych na bazie SIS wykazały, że żywice naftowe C5 i C5/C9 mogą wykazywać różną kompatybilność i zachowanie fazowe. To ilustruje, dlaczego skład żywicy może wpływać na reakcję lepkosprężystą systemu klejącego, ale nie ustanawia uniwersalnego rankingu wydajności pomiędzy dwiema rodzinami żywic.

Dlaczego równowaga składu C5/C9 ma znaczenie

W rodzinie kopolimerów C5/C9 względny udział alifatycznych i aromatycznych składników surowca jest jednym z czynników, które mogą wpływać na zachowanie żywicy.

Zmiana tej równowagi może zmienić interakcje molekularne z polimerami, elastomerami, spoiwami i rozpuszczalnikami. W praktyce dwa gatunki C5/C9 o podobnych temperaturach mięknienia mogą nadal zachowywać się odmiennie, jeśli ich skład, charakterystyka masy cząsteczkowej lub historia produkcji różnią się.

Z tego powodu proporcji C5/C9 nie należy traktować jako izolowanej zmiennej preparatu. Wyższy udział aromatów nie oznacza automatycznie lepszej przyczepności, większej spójności lub lepszej kompatybilności. Wyniki te zależą od układu żywica-polimer i innych obecnych składników.

Bardziej użytecznym podejściem inżynierskim jest ocena gatunku C5/C9 wraz z:

• chemia polimeru podstawowego lub spoiwa;
• ładowanie żywicy;
• temperatura mięknienia;
• charakterystyka masy cząsteczkowej;
• lepkość stopu lub roztworu, jeśli ma to zastosowanie;
• zgodność rozpuszczalników;
• temperatura przetwarzania;
• podłoże;
• inne plastyfikatory, oleje, wypełniacze lub modyfikatory w preparacie.

Temperatura mięknienia jako parametr doboru gatunku

Temperatura mięknienia jest jedną z najczęściej zgłaszanych specyfikacji żywic węglowodorowych, ale należy ją poprawnie interpretować.

Temperatura mięknięcia żywicy to nie to samo, co jej temperatura topnienia, temperatura zeszklenia, graniczna temperatura robocza lub ocena stabilności termicznej. Jest to parametr charakteryzujący klasę, mierzony w ramach określonej metody badawczej.

Zmiana temperatury mięknienia lepiszcza może wpływać na reologię preparatu i zachowanie lepkosprężyste, ale wpływu na kleistość, odrywanie, spójność lub przetwarzanie nie można przewidzieć na podstawie samej temperatury mięknienia.

Na przykład opublikowane prace dotyczące klejów samoprzylepnych z lateksu naturalnego wykazały, że zmiana temperatury mięknienia dyspersji lepiszcza węglowodorów alifatycznych wpływa na reakcję kleju w tym konkretnym preparacie. Wynik jest użyteczny jako dowód, że temperatura mięknienia ma znaczenie, ale nie należy go uogólniać na regułę, że żywica o wyższej temperaturze mięknienia zawsze zapewnia lepszą przyczepność.

Co powinni wziąć pod uwagę formulatorzy

Porównując gatunki C5/C9 o różnych temperaturach mięknienia, należy ocenić specyfikację wraz z zamierzonym składem:

Odpowiednia temperatura mięknienia jest zatem zależna od zastosowania, a nie ogólnie wysoka lub niska.

Preparaty klejące

Kopolimerowe żywice węglowodorowe C5/C9 można stosować jako żywice klejące lub modyfikujące w wybranych kompozycjach klejów topliwych, przylepcowych i na bazie rozpuszczalników.

Podstawowym kryterium selekcji jest kompatybilność z polimerem bazowym. Na przykład w układach styrenowych kopolimerów blokowych umiejscowienie lepiszcza w różnych fazach polimeru może wpływać na lepkosprężyste zachowanie kleju. Skład C5/C9 może zatem mieć znaczenie, ponieważ jego równowaga alifatyczno-aromatyczna wpływa na jego interakcję z układem polimerowym.

Równie ważne jest obciążenie żywicą. Dodanie większej ilości lepiszcza nie powoduje proporcjonalnego wzrostu kleistości lub odrywania. Zmiana stężenia lepiszcza zmienia również ogólną reakcję lepkosprężystą kleju i może wpływać na równowagę pomiędzy kleistością, przyczepnością przy odrywaniu i zachowaniem spójności.

W przypadku klejów topliwych formulatorzy powinni ocenić wybraną żywicę wraz z lepkością stopu, temperaturą przetwarzania, zachowaniem przy otwarciu lub stwardnieniu, jeśli to konieczne, oraz kompatybilnością z polimerami, woskami, olejami i innymi składnikami preparatu.

W przypadku klejów wrażliwych na nacisk kleistość, odrywanie i ścinanie należy oceniać jako właściwości kompletnej receptury kleju, a nie jako nieodłączne właściwości samej żywicy C5/C9.

Mieszanka gumowa

W wybranych mieszankach gumowych kopolimerowe żywice węglowodorowe C5/C9 mogą działać jako żywice klejące lub modyfikujące.

Podczas przetwarzania nieutwardzonego wybór żywicy może wpływać na przyczepność i zachowanie reologiczne. Właściwości te mogą mieć znaczenie w przypadku operacji, w których nieutwardzone elementy gumowe wymagają wystarczającej tymczasowej przyczepności podczas montażu lub przetwarzania.

Jednakże końcowych właściwości mechanicznych po utwardzeniu nie można przypisać samej żywicy węglowodorowej. Zależą one od systemu elastomerowego, obciążenia żywicą, wypełniaczy, olejów, pakietu utwardzającego, historii przetwarzania i innych zmiennych receptury.

Dlatego też należy ocenić kompatybilność z rzeczywistym systemem elastomerowym. Nie można zakładać, że gatunek, który zachowuje się odpowiednio w jednej mieszance gumy, będzie zachowywał się identycznie w innej tylko dlatego, że oba składy zawierają kauczuk.

Do oceny inżynierskiej przydatne jest oddzielenie:

nieutwardzone właściwości, takie jak kleistość, płynność i zachowanie podczas przetwarzania; z

właściwości utwardzone, takie jak wydajność mechaniczna i wydajność specyficzna dla aplikacji.

To rozróżnienie zapobiega myleniu lepkiej roli żywicy z właściwościami strukturalnymi końcowego wulkanizowanego związku.

Receptury farb drukarskich

Żywice węglowodorowe kopolimerowe C5/C9 można także stosować jako żywice modyfikujące w wybranych układach spoiw farb drukarskich.

Kluczową kwestią w recepturze jest kompatybilność z układem spoiwa i rozpuszczalnika. Rozpuszczalność należy sprawdzić w oparciu o rzeczywisty skład rozpuszczalnika i warunki przetwarzania, a nie zakładać ją na podstawie ogólnego oznaczenia „C5/C9”.

W zależności od kompletnej receptury, gatunek żywicy i jej zawartość mogą wpływać na lepkość roztworu, zachowanie powłoki i inne właściwości aplikacji. Dlatego też należy ocenić odpowiednie właściwości w rzeczywistym systemie farbowym i procesie drukowania.

W przypadku zastosowań atramentowych przydatne pytania dotyczące wyboru gatunku obejmują:

Czy żywica jest rozpuszczalna lub kompatybilna z zamierzonym pakietem spoiwa i rozpuszczalnika?

Czy wybrany gatunek zapewnia akceptowalną lepkość preparatu?

Czy ma to wpływ na wymagania dotyczące koloru lub wyglądu?

Czy końcowy atrament spełnia wymagane testy jakości folii i drukowania?

Farby i powłoki

W wybranych recepturach farb i powłok kopolimerowe żywice węglowodorowe C5/C9 można stosować raczej jako żywice modyfikujące niż jako podstawowe spoiwo strukturalne.

To rozróżnienie między rolą produktu a rolą jest ważne. Żywica może modyfikować pewne właściwości preparatu, ale ostateczna wydajność powłoki zależy od kompletnego układu spoiwa, pigmentów, wypełniaczy, dodatków, podłoża, grubości powłoki, warunków utwardzania lub suszenia oraz metody aplikacji.

Wybór gatunku powinien zatem koncentrować się na zgodności z podstawowym spoiwem i układem rozpuszczalnika lub nośnika, a następnie na ocenie kompletnej powłoki.

Odpowiednia weryfikacja może obejmować:

• zgodność receptury;
• lepkość i zachowanie podczas przetwarzania;
• występ filmowy;
• przyczepność do zamierzonego podłoża;
• wydajność powłoki dostosowana do konkretnego zastosowania.

Nie należy zakładać, że gatunek C5/C9, który jest odpowiedni w jednym systemie powłokowym, jest bezpośrednio wymienny z innym gatunkiem wyłącznie na podstawie temperatury mięknienia.

Dlaczego ładowanie żywicy ma znaczenie

Obciążenie żywicą jest raczej zmienną składową niż stałą właściwością żywicy C5/C9.

Zmiana ilości żywicy węglowodorowej zmienia stosunek lepiszcza, polimeru lub spoiwa, plastyfikatora, oleju, wosku, rozpuszczalnika i innych składników. W rezultacie obciążenie może wpływać na kompatybilność, reologię, reakcję lepkosprężystą i ostateczną wydajność aplikacji.

Dlatego nie ma uniwersalnego obciążenia C5/C9, które można by zalecić dla systemów klejących, gumowych, atramentowych i powłokowych.

Formulatorzy powinni ustalić zawartość poprzez badania specyficzne dla danego zastosowania i nie powinni zakładać, że zwiększenie stężenia żywicy będzie w sposób ciągły poprawiać pożądane właściwości.

Co powinni zweryfikować formulatorzy i zespoły zakupowe

Informacje o gatunku żywicy

Przed porównaniem kandydatów na żywice węglowodorowe z kopolimeru C5/C9 należy sprawdzić:

• dokładna klasa produktu;
• opis rodziny żywic i składu;
• temperatura mięknienia i podana metoda badania;
• w stosownych przypadkach specyfikacja koloru;
• informacje o masie cząsteczkowej lub lepkości, jeżeli zostały podane;
• Karta danych technicznych (TDS);
• Karta Charakterystyki (SDS);
• Certyfikat analizy (COA) lub specyfikacja partii, jeśli jest to wymagane.

Informacje o recepturze

Następnie żywicę należy ocenić pod kątem:

• polimer bazowy, elastomer lub spoiwo;
• obciążenie żywicą C5/C9;
• inne lepiszcza lub żywice modyfikujące;
• plastyfikatory, oleje, woski, wypełniacze i dodatki, jeśli ma to zastosowanie;
• układ rozpuszczalnika lub nośnika;
• warunki przetwarzania;
• przeznaczone podłoże;
• wymagania testowe specyficzne dla aplikacji.

Nie wybieraj na podstawie samej temperatury mięknięcia

Niekoniecznie można stosować zamiennie dwie żywice węglowodorowe o tej samej nominalnej temperaturze mięknienia.

Różnice w składzie, charakterystyce molekularnej, kompatybilności, kolorze, lepkości i procesie produkcyjnym mogą powodować odmienne zachowanie tego samego preparatu. Porównanie TDS jest zatem wstępnym krokiem przesiewowym, a nie substytutem walidacji receptury.

Ograniczenia i granice formułowania

Żywica węglowodorowa z kopolimeru C5/C9 nie jest uniwersalnym lepiszczem ani modyfikatorem.

Jego przydatność zależy od gatunku żywicy i kompletnej receptury. Etykiety rodzin produktów, takie jak C5, C9 lub C5/C9, są użytecznymi klasyfikacjami chemicznymi, ale nie stanowią pełnych specyfikacji zastosowań.

Podobnie:

• należy sprawdzić zgodność z zamierzonym systemem polimerowym lub wiążącym;
• temperatura mięknienia nie określa bezpośrednio temperatury użytkowania ani stabilności termicznej;
• obciążenie żywicą nie ma uniwersalnie liniowego związku z wydajnością;
• przyczepności nieutwardzonej gumy nie należy mylić z właściwościami mechanicznymi utwardzonej gumy;
• Przyczepności na poziomie preparatu nie należy opisywać jako nieodłącznej właściwości żywicy.

Granice te są szczególnie ważne przy porównywaniu nominalnie podobnych gatunków komercyjnych.

Wniosek

Kopolimerowe żywice węglowodorowe C5/C9 zapewniają formulatorom opcję mieszanej żywicy węglowodorowej alifatycznej/aromatycznej dla wybranych systemów klejów, gumy, farb drukarskich i powłok. Ich wartość praktyczna zależy od konkretnego gatunku oraz od tego, jak jego skład, temperatura mięknienia, właściwości molekularne i kompatybilność oddziałują z pełną formułą.

Dlatego wybór między żywicą kopolimerową typu C5, typu C9 lub C5/C9 powinien opierać się na wymaganiach dotyczących receptury, a nie samych etykietach rodziny produktów. Kompatybilność, obciążenie żywicą, zachowanie podczas przetwarzania i testy specyficzne dla aplikacji mają kluczowe znaczenie przy ocenie gatunku.

Następny krok w ocenie ocen

W celu sprawdzenia gatunku pod kątem konkretnego zastosowania należy dostarczyć dostawcy żywicy lub zespołowi technicznemu polimer bazowy lub spoiwo, aktualny system żywic, docelowy zakres temperatur mięknienia, warunki przetwarzania, wymagania dotyczące koloru i kluczowe testy wydajności stosowane do kwalifikacji. Następnie należy porównać oceny kandydatów, korzystając z ich dokumentacji technicznej, a następnie przeprowadzić testy na poziomie receptury.

Referencje

1. Mildenberg, R., Zander, M. i Collin, G. (1997).Żywice węglowodorowe. Wiley-VCH. DOI: 10.1002/9783527614653
2. Lowery, RD (2000). Żywice węglowodorowe. WEncyklopedia technologii chemicznej Kirka-Othmera. Wiley’a. DOI: 10.1002/0471238961.0825041812152305.a01
3. Aubrey, DW (1988). Charakter i działanie żywic klejących.Chemia i technologia gumy, 61(3), 448–469. DOI: 10,5254/1,3536196
4. Nakajima, H., Doi, T. i Sakurai, S. (2020). Wpływ kompatybilności klejów samoprzylepnych na dynamikę i właściwości adhezyjne.Dziennik Japońskiego Towarzystwa Adhezyjnego, 56(12), 463–471. DOI: 10.11618/przyczepność.56.463
5. Raja, PR, Hagood, AG, Peters, MA i Croll, SG (2013). Ocena PSA na bazie lateksu naturalnego, zawierających dyspersje węglowodorów alifatycznych lepiszcza o różnych temperaturach mięknienia - Właściwości adhezyjne w różnych warunkach.International Journal of Adhezji i klejów, 41, 160–170. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2012.11.009