Análise da flexibilidade e plasticidade de superfícies sólidas acrílicas
A flexibilidade e a plasticidade da superfície sólida do ácido acrílico são influenciadas conjuntamente pela estrutura molecular da resina, o mecanismo de cura e as condições externas. A análise a seguir é realizada a partir de três dimensões: propriedades do material, fatores de influência e cenários de aplicação:
Primeiro, as fontes e manifestações de flexibilidade
Flexibilidade da cadeia molecular
The flexibility of acrylic resin mainly depends on the structure of the ester group (-COO-) and the alkyl group (-R) in the main chain. For instance, the introduction of long-chain alkyl groups (such as C8-C12) can increase the free volume of the molecular chain, lower the glass transition temperature (Tg), and thereby enhance flexibility. If flexible monomers (such as butyl acrylate) are introduced into the main chain, the coating can withstand 180° bending at room temperature without cracking. However, when the proportion of hard monomers (such as methyl methacrylate) is too high, the brittleness of the coating increases significantly.
The influence of crosslinking density
The dosage of crosslinking agents (such as diisocyanates and epoxy resins) directly affects flexibility. For example, when the crosslinking density is too high, the coating may break due to stress concentration during the bending test. Moderate crosslinking (such as a crosslinking degree of 30-50%) can balance hardness and flexibility, enabling the coating to maintain a certain hardness while having impact resistance.
Temperature dependence
A flexibilidade do revestimento acrílico aumenta com o aumento da temperatura. Por exemplo, em -20 ℃, o revestimento pode exibir fraturas quebradiças; Aos 60 ℃, seu alongamento no intervalo pode aumentar em 2 a 3 vezes. Essa característica exige que, quando usado em ambientes de baixa temperatura, a fórmula precisa ser otimizada (como adicionar plastificantes) para manter a flexibilidade.
Segundo, o mecanismo de realização da plasticidade
Processamento termoplástico
Incompletely cured acrylic resin can achieve plasticity through thermoplastic processing. For instance, at 120-150℃, the resin can be calendered, blow-molded or injection-molded, and retains its shape after cooling. This characteristic is applicable to the manufacturing of complex-shaped products (such as irregular-shaped decorative parts), but the processing temperature needs to be controlled to avoid thermal degradation.
Solvent-assisted shaping
A viscosidade da resina pode ser reduzida e sua plasticidade aumentada adicionando solventes voláteis (como acetato de etila). Por exemplo, quando o conteúdo de solvente é de 20 a 30%, a resina pode ser revestida ou pulverizada em uma camada fina e um revestimento denso é formado após o solvente evaporar. Este método é aplicável à construção em larga escala (como as paredes externas dos edifícios), mas é necessário prestar atenção à influência da taxa de evaporação do solvente na planicidade do revestimento.
Cura leve e reticulação reversível
Some acrylic resins can be photocured by photoinitiators, while reversible cross-linking bonds (such as disulfide bonds and hydrogen bonds) are introduced to enhance plasticity. For example, under ultraviolet light irradiation, the resin can be cured and formed within seconds. Under the influence of heating or specific solvents, the crosslinking bonds can break, achieving secondary shaping. This feature is applicable to scenarios that require repetitive processing (such as 3D printing).
Third, the key factors influencing flexibility and plasticity
Composition of resin monomers
A proporção de monômeros moles (como acrilato de etila e acrilato de isooctilo) para monômeros duros (como metacrilato de metila e estireno) afeta diretamente a flexibilidade. Por exemplo, quando a proporção de monômeros moles excede 60%, a flexibilidade do revestimento é significativamente melhorada, mas a dureza pode ser insuficiente. Quando a proporção de monômeros duros é muito alta, o revestimento é propenso a rachaduras.
Plastificantes e modificadores
Os plastificantes (como o ftalato de dioctile) podem reduzir as forças intermoleculares e aumentar a flexibilidade. Por exemplo, a adição de 5 a 10% de plastificante pode aumentar o alongamento no intervalo do revestimento em mais de 50%, mas pode reduzir sua resistência ao calor e resistência química. Além disso, a introdução de nano-filas (como sílica e nanotubos de carbono) pode aumentar a flexibilidade e a força através da reticulação física.
Condições de cura
A temperatura e o tempo de cura têm uma influência significativa na flexibilidade e na plasticidade. Por exemplo, a cura de baixa temperatura (como 40 ℃) pode levar à reticulação incompleta, resultando em um revestimento com boa flexibilidade, mas dureza insuficiente. A cura de alta temperatura (como 120 ℃) pode acelerar a reação de reticulação, aumentar a dureza, mas pode reduzir a flexibilidade. Além disso, a flexibilidade do revestimento curável por UV pode ser controlada ajustando a concentração do fotoinitiador e a intensidade da luz.
Quarto, os requisitos de flexibilidade e plasticidade nos cenários de aplicação
Revestimento arquitetônico
Exterior wall coatings need to have a certain degree of flexibility to resist thermal expansion and contraction caused by temperature changes. For instance, in areas with a large temperature difference between day and night, the coating needs to have an elongation at break of 10-15% to prevent cracking. In addition, plasticity requires that the coating can evenly cover the surface of complex substrates (such as brick walls and stone).
Automobile coating
Components such as car bumpers need to be both flexible and malleable. For example, the coating needs to maintain flexibility within the range of -40℃ to 80℃, and at the same time be able to withstand minor impacts without peeling off. In addition, plasticity requires that the coating can adapt to the injection molding process and form a smooth surface.
3D printing materials
Uv-curable acrylic resin needs to be malleable to achieve printing of complex structures. For instance, the resin needs to cure rapidly under ultraviolet light while maintaining a certain degree of flexibility to prevent breakage during the printing process. In addition, the printed products need to have sufficient strength to withstand the usage load.
Fifth, strategies for enhancing flexibility and plasticity
Molecular design
Flexible segments are introduced through copolymerization or grafting modification. For instance, introducing polyether segments (such as polyethylene glycol methacrylate) into acrylic resin can significantly enhance flexibility while maintaining water resistance.
Composite modification
Blend acrylic resin with elastomers (such as nitrile rubber, polyurethane). For instance, adding 10-20% elastomer can increase the impact strength of the coating by 3-5 times while maintaining transparency.
Post-treatment process
Optimize the coating structure through heat treatment or solvent annealing. For example, heat treatment at 100℃ for 2 hours can release the internal stress of the coating and enhance its flexibility. Solvent annealing can promote the rearrangement of molecular chains and enhance plasticity.
