Solubilidade e propriedades termodinâmicas das resinas S-LEC B e S-LEC K

S-LEC B e S-LEC K São tipos de polímeros que funcionam bem em revestimentos, adesivos e eletrônicos. Eles podem desempenhar diversas funções complexas devido à forma como suas moléculas estão organizadas. Especificamente, sua solubilidade e sua capacidade de lidar com o calor são cuidadosamente controladas.

1. Características de solubilidade: a base estrutural para a seleção de solventes

As resinas S-LEC B/K são bastante solúveis, dissolvendo-se em álcoois, ésteres, cetonas e aromáticos, especialmente bem em álcoois. As diferenças de solubilidade entre os diferentes graus de solubilidade refletem variações em sua composição química.

1.1 O mecanismo de influência da estrutura na solubilidade

A solubilidade é limitada principalmente pela relação contraditória entre o teor de hidroxila e o teor de acetal na cadeia molecular da resina.

• Teor de hidroxila: Os grupos hidroxila exibem polaridade; resinas com maior teor de hidroxila apresentam maior hidrofilicidade e polaridade. Por isso, a resina se dissolve melhor em solventes polares como álcoois e se torna mais reativa com resinas termofixas. Contudo, um teor excessivo de hidroxila pode tornar a resina menos flexível e mais vulnerável a danos causados ​​pela água.
• Teor de acetal: As unidades de acetal são grupos apolares. Quanto maior o teor de acetal, mais pronunciadas serão as características apolares da resina. Isso a torna mais solúvel em solventes apolares e melhora sua flexibilidade, resistência à água e compatibilidade com outras resinas apolares.

1.2 Diferenças de solubilidade entre os modelos

A análise da tabela de solubilidade revela diferentes preferências de solventes para diferentes modelos:

• S-LEC B baixo peso molecular, graus de alto hidroxila (ex:, S-LEC B BL-1): Essas classes de pureza possuem um alto teor de hidroxila (por exemplo, BL-1H tem um teor de hidroxila de aproximadamente 30 mol%), apresentando, portanto, solubilidade completa na maioria dos solventes alcoólicos (por exemplo, metanol, etanol, isopropanol) e em solventes fortemente polares (por exemplo, N,N-dimetilformamida).
• S-LEC K com altos níveis de Tg (ex:, S-LEC K KS-1): As resinas S-LEC K são projetadas para oferecer alta estabilidade térmica e sua estrutura molecular pode ser mais compacta. Algumas classes de KS, embora ainda polares devido ao seu teor de hidroxila (em torno de 25 mol%), incham ou se dissolvem parcialmente em álcoois como metanol e etanol. Isso sugere que a estrutura acetal afeta a capacidade desses solventes polares de molhar as moléculas. Esse comportamento demonstra as propriedades distintas de sua composição química.

1.3 Vantagens dos solventes mistos

Uma característica do S-LEC B/K é que ele permite uma maior tolerância à água nos solventes. Além disso, o uso de solventes mistos geralmente produz melhores resultados de dissolução porque:

• Viscosidade reduzida: A mistura de solventes ajuda a reduzir a viscosidade geral da solução, facilitando o manuseio durante a aplicação.
• Estabilidade de armazenamento: A mistura de solventes ajuda a manter a viscosidade da solução estável, o que é benéfico para o armazenamento a longo prazo.
• Solubilidade otimizada: O equilíbrio polar/apolar dos solventes mistos permite uma molhagem mais eficaz das três unidades estruturais da resina.

2. Propriedades Termodinâmicas: O Papel Dominante da Tg e do Ponto de Amolecimento

As propriedades térmicas, como a temperatura de transição vítrea (Tg) e o ponto de amolecimento, são essenciais para o desempenho e a capacidade de moldagem de uma resina em altas temperaturas. A série S-LEC B/K está disponível em uma variedade de valores de Tg, que variam de 59 °C a 110 °C. Isso permite sua utilização em situações que exigem flexibilidade em baixas temperaturas ou resistência ao calor em altas temperaturas.

2.1 Diferenças estruturais na temperatura de transição vítrea (Tg)

• S-LEC K (Tipo Tg Alto): A resina S-LEC K utiliza cadeias laterais de acetaldeído mais curtas (R:CH3), resultando em um empacotamento mais denso das cadeias moleculares e atingindo o maior valor de Tg da série. Por exemplo, tanto a KS-3 quanto a KS-5 podem atingir uma Tg de 110 °C, tornando-as materiais ideais para aplicações que exigem alta estabilidade térmica, como a colagem de componentes eletrônicos.
• S-LEC B (Tipo de Uso Geral e Flexível): O S-LEC B emprega cadeias laterais de butiraldeído mais longas (R: -CH2CH2CH3), aumentando o espaçamento entre as cadeias moleculares e o volume livre, resultando em uma Tg relativamente baixa. Por exemplo, o BL-10 tem uma Tg de apenas 59 °C. Essa Tg mais baixa confere ao S-LEC B excelente tenacidade e flexibilidade, exibindo excepcional resistência ao impacto em baixas temperaturas.

2.2 Efeito sinérgico de Tg e peso molecular

No gráfico de Tg (Figura 9), a Tg do mesmo tipo de acetal (por exemplo, S-LEC B) geralmente mostra uma ligeira tendência de aumento com o aumento da massa molecular. Por exemplo, a faixa de Tg dos graus de massa molecular média (por exemplo, BM-1) e dos graus de alta massa molecular (por exemplo, BH-3) situa-se aproximadamente entre 60 °C e 70 °C. Uma massa molecular mais elevada contribui para uma melhor estabilidade termodinâmica do polímero.

2.3 Ponto de Amolecimento

O ponto de amolecimento é um indicador importante para medir o comportamento de fusão a quente das resinas. O diagrama de ponto de amolecimento (Figura 10) mostra que as classes S-LEC B/K apresentam uma ampla faixa de ponto de amolecimento, de aproximadamente 100 °C a mais de 200 °C. Em consonância com a tendência da Tg, as classes de S-LEC K com alta Tg, como a KS-5, podem atingir pontos de amolecimento acima de 200 °C, conferindo a essa resina uma vantagem significativa em aplicações de fusão a quente e processamento em altas temperaturas.

3. Comportamento de decomposição térmica: insights da análise termogravimétrica

A análise termogravimétrica (TG) é utilizada para estudar a perda de massa das resinas durante o aquecimento, revelando suas características de decomposição térmica. A análise TG das classes B de S-LEC (por exemplo, BM-S e BM-2) mostra diferenças sob diferentes atmosferas:

• Atmosfera inerte (N2): Sob atmosfera de nitrogênio, a resina apresenta um processo de perda de massa relativamente simples e rápido. A decomposição normalmente começa por volta de 350°C e se completa em grande parte por volta de 450°C.
• Atmosfera oxidante (ar): Sob atmosfera de ar, o processo de decomposição tipicamente apresenta uma curva de perda de massa em múltiplos estágios. O primeiro estágio de decomposição ocorre entre 300°C e 400°C, seguido por um segundo estágio de decomposição oxidativa a aproximadamente 450°C a 550°C, podendo levar, em última instância, à combustão completa.

A solubilidade e as propriedades termodinâmicas das resinas S-LEC B e S-LEC K são a base para suas aplicações versáteis. Controlando com precisão as cadeias laterais (butiraldeído e acetaldeído) das unidades de acetal, bem como a proporção de grupos hidroxila em relação à massa molecular, esta série de resinas atinge os seguintes objetivos:

• Solubilidade: As misturas de solventes equilibram características polares (hidroxila) e apolares (acetal) para se adequarem a diferentes tipos de revestimento. A mistura de solventes ajuda a atingir a viscosidade de aplicação necessária.
• Propriedades termodinâmicas: A alternância flexível entre a alta Tg do S-LEC K (até 110°C) e a baixa Tg do S-LEC B (até 59°C) garante uma ampla gama de aplicações, desde flexibilidade em baixas temperaturas até resistência ao calor em altas temperaturas.

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