在選擇熱固性涂料的組分時,一個考慮因素是自由體積對反應速率和完成反應的潛在影響。
為了使反應發(fā)生,反應基團必須擴散到反應體積中,形成具有活性的配合物,然后形成穩(wěn)定的共價鍵,如果擴散速率高于反應速率,則反應將受到動力學控制;如果擴散速率低于動力學反應速率,則反應速率將受到擴散性的控制,控制擴散速率的主要因素在于是否存在自由體積。
如果反應發(fā)生在溫度遠高于Tg時,自由體積大,反應速率由濃度和動力學參數(shù)控制。但是,如果溫度遠低于Tg,則自由體積非常有限,導致未反應基團相互靠近的聚合物鏈的活動
非常緩慢
并且反應幾乎停止,在溫度適中時反應可以進行,但反應速率由擴散速率控制,即受反應物的活動性制約。
由于交聯(lián)反應通常從低分子量組分開始,Tg會隨著反應進行而增加。如果反應溫度遠高于完全反應聚合物的Tg則活動性對反應速率沒有影響,但是在室溫固化涂料中經(jīng)常遇到這樣的情況,如果初始Tg低于室溫,并且完全反應的聚合物的Tg高于室溫,則隨著交聯(lián)反應進行,反應速率將受活動性控制,當反應進一步發(fā)生時,交聯(lián)反應在完全反應之前基本停止;當Tg接近發(fā)生反應的溫度(T)時,反應開始放緩。當Tg等于T時,反應變得非常緩慢,發(fā)生人們所說的玻璃化過程,除非實驗持續(xù)相當長的時間,否則可以認為反應已經(jīng)停止。然而隨反應時間的延長,可以看出反應還在緩慢進行,當T等于Tg時,反應速率常數(shù)下降約三個數(shù)量級,但反應繼續(xù)緩慢進行,直到T增加到T+50°C。
當Tg增加到低于固化溫度10℃時,交聯(lián)反應開始減慢,隨Tg溫度升高還會繼續(xù)減慢,直到Tg高于固化溫度約50℃時反應基本停止,反應速率緩慢意味著許多室溫下固化涂料的性能在幾周內(nèi)會發(fā)生實質(zhì)性改變,并且這個改變可能會無限期地持續(xù)下去。
在烘烤型涂料上,不太可能遇到活動性限制問題,因為在大多數(shù)情況下,涂膜最終的Tg都低于烘烤溫度,此外,T通常遠高于常溫,因此即使有一些未反應的基團,反應在冷卻到常溫后也基本上停止,在中等溫度固化的粉末涂料中,反應的活動性控制會受到限制,因為反應物的初始Tg必須高于50℃,才能使粉末在貯存過程中不會自行結(jié)塊。要使反應程度高,烘烤溫度必須高于充分反應涂料的 Tg。
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