Drewno

gdzie ρ – oznacza gęstość materiału w T (kg • m-3), R oznacza uniwersalną stałą gazową (8,314 J • mol-1 • K-1), T oznacza temperaturę w gumowatym „plateu” (K) a E` - moduł zachowawczy gumowatego „plateu” (J • m-3).

W przypadku badania odporności na działanie rozpuszczalników, wolną warstwę (15 mm x 15 mm) zanurzono w MEK na 1 godzinę a następnie suszono w temperaturze 110°C przez 2 godziny, aż do uzyskania stałej masy.

Jak monomery wpływają na gęstość usieciowienia
W tabeli 6 zestawiono wyniki analizy utwardzonych warstw: konwersję, właściwości termomechaniczne i odporność na działanie rozpuszczalników. Na wstępie należy zauważyć, że proces napromieniowania przy pomocy promieniowania IR/UV pozwala osiągnąć wyższy poziom ostatecznej konwersji w stosunku do wyników poprzednich dzięki: wysokiej temperaturze pracy (około 110 °C); szerokiemu zakresowi napromieniowania; wysokiemu natężeniu napromieniowania.

Jednakże pewnego rodzaju wyhamowanie konwersji wskutek zeszkliwienia może być nadal widoczne po dodaniu wielofunkcyjnych monomerów.
Oprócz tego zjawiska, zwiększając stężenie (met)akrylanów i funkcyjność pozwala się na wytworzenie bardziej usieciowionej struktury. Długość łańcucha pomiędzy dwoma punktami wiązań sieciujących jest krótsza (niższa Mc). W ten sposób zostaje zmniejszona mobilność, co prowadzi do powstawania materiałów o wyższej temperaturze zeszklenia (Tg).
Połączenie wysokiej temperatury zeszklenia Tg w obecności pozostałych funkcji reaktywnych (bez 100% konwersji) daje ciekawy efekt przy malowaniu płyt drewnopochodnych: podczas gdy poprawione zostają właściwości termomechaniczne, zapewniona zostaje wystarczająca elastyczność, by nadążać za zmianami wymiarów drewna (z biegiem czasu lub wraz ze zmianami w warunków otoczenia).
Warstwy, które zawierają tylko żywicę A lub żywicę B, wykazują wielkie różnice w masie cząsteczkowej Mc (odpowiednio 1992 wobec 4352 g • mol-1). Wysoka masa cząsteczkowa Mc żywicy B jest konsekwencją długich łańcuchów (Mn 6000 g • mol-1) i struktury szkieletu żywicy B. Jednakże ta znacząca różnica w MC zazwyczaj znika po dodaniu wielofunkcyjnych monomerów akrylanowych i utworzeniu struktur wysoce usieciowionych. Podsumowując, możliwe jest osiągnięcie podobnych wartości Mc dla powłok lakierniczych na bazie żywicy A i żywicy B (445 wobec 393 g • r mol-1).
Należy także zauważyć, że powłoki lakiernicze oparte na żywicy B, która wykazuje funkcje metakrylanu i monomerów akrylanu, wykazują unikalną wartość temperatury zeszklenia Tg; punkt ten potwierdza, że występuje kopolimeryzacja pomiędzy żywicą B i monomerami akrylanowymi.

                    Tabela 5. Wpływ stężenia (met)akrylanu i funkcyjności na fotopolimeryzację (temperatura utwardzania 70°C)

Monomery poprawiają odporność żywicy B na rozpuszczalnik
Spadek masy cząsteczkowej Mc potwierdza powstanie wysoce usieciowionych struktur i w konsekwencji można spodziewać się ich wpływu na właściwości wytrzymałościowe. Aby to potwierdzić, został przeprowadzony test MEK. Z jednej strony, wszystkie powłoki lakiernicze na bazie żywicy A wykazały małą utratę masy po zanurzeniu w MEK i prawie nie zaobserwowano różnic pomiędzy nimi (z lub bez dodatkowych monomerów akrylanowych).
Powłoki lakiernicze na bazie żywicy B wykazują raczej inną odpowiedź. Warstwy wykonane z preparatu B0 dobrze rozpuszczają się w MEK (21% utraty wagi) a wada ta zostaje zmniejszona poprzez dodanie wielofunkcyjnych monomerów. Ze względu na długie łańcuchy i strukturę żywicy B, preparat B0 tworzy powłokę lakierniczą o niskim usieciowieniu (wysoka MC). Ponadto, charakteryzuje się niską konwersją: 40% grup (met)akrylanowych nie reaguje. Dlatego niespolimeryzowane łańcuchy uwięzione w słabo usieciowionej strukturze rozpuszczą się w MEK. Włączenie do żywic B akrylanów wielofunkcyjnych prowadzi do powstania bardziej odpornych próbek o niższej masie cząsteczkowej MC i w konsekwencji słabszej rozpuszczalnych w MEK. Wyniki te podkreślają wysokie usieciowienie i kopolimeryzację pomiędzy żywicą B i monomerami akrylanowymi. Nawet jeśli grupy reaktywne nadal pozostają, to te ostatnie warunki zapewniają skuteczne zatrzymywanie i niską rozpuszczalność w MEK. W ten sposób została osiągnięta wysoka odporność na rozpuszczalnik.

                  Tabela 6. Wpływ stężenia (met)akrylanu i funkcyjności na usieciowienie struktur i ich  właściwości ostateczne

Podsumowanie korzyści z dodania monomerów
W celu stworzenia wysoce odpornych powłok lakierniczych z farb proszkowych utwardzanych przy pomocy promieniowania UV, spełniających jednocześnie wymagania dla płyt drewnopochodnych oraz obniżenia zużycia energii, poprawiona (poprzez dodanie monomerów wielofunkcyjnych) została reaktywność oryginalnych systemów farb proszkowych utwardzanych przy pomocy UV, nawet w stosunkowo niskich temperaturach procesu utwardzania.
Nawet jeśli pojawiły się pewne zeszklenia uniemożliwiające osiągnięcie pełnej konwersji, zjawisko to wykazało, że nie będzie miało niekorzystnego wpływu na wysokość temperatury zeszklenia i odporność na rozpuszczalniki usieciowionych powłok lakierniczych.
Po dodaniu wielofunkcyjnego monomeru zostały znacznie ograniczone różnice we właściwościach powłok lakierniczych wykonanych z metakrylanu poliestru i akrylanu uretanowego o różnych strukturach, różnej długości i elastyczności łańcuchów żywicy. Co więcej, okazało się, że wielkość powłok lakierniczych wraz z upływem czasu dopasowuje się do zmiany wymiarów a zastosowanie niskotemperaturowego procesu sprawia, że badane systemy nadają się do stosowania na płyty drewnopodobne.        

Vanessa Marin
Xavier Allonas
Céline Croutxé-Barghorn
Julia Bessières
André Merlin