Structural examination of the cross-linking reaction mechanism of polyacrylate binding agents

• Autorzy: Grabowska B. , Holtzer M.

Warianty tytułu

PL

Badania strukturalne nad mechanizmem reakcji sieciowania spoiw poliakrylanowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of structural investigations (FTIR, Raman, NMR) performed in order to determine mechanisms of cross-linking reactions of samples of polyacrylic binding agents: sodium polyacrylate. Chemical methods (Ca(OH)2 + CO2) as well as physical ones (microwave and UV radiations) were applied as cross-linking factors. During the chemical cross-linking reaction of sodium polyacrylate by means of Ca(OH)2 and CO2 divalent Ca2+ cations are built-in into a polymer chain in place of monovalent Na+ cations. The reaction is ionic and no changes in the position of absorption bands - before and after cross-linking – are seen on the obtained spectra. The cross-linking reaction of sodium polyackrylate by electromagnetic radiation (microwaves and UV) occurs with a formation of new chemical bonds with a participation of carbonyl groups (ester, anhydride, aldehyde or ketone). Position changes of absorption bands before and after the cross-linking reaction are observed on the obtained spectra. In cross-linking done by microwaves the active centres on polymer particles are formed. Atomic excitations and the polymer reactivity increase occurs simultaneously and as the result the cross-linking reaction between polymer chains takes place (with a participation of carboxyl or carboxylate groups). The cross-linking reaction by the UV radiation occurs with the formation of active radicals in polymer particles. Those radicals can further react with each other an in consequence the cross-linked product of a complicated structure is formed. The performed structural examinations have proved that the kind of the applied cross-linking factor is essential for the reaction mechanism as well as for the final physical and chemical properties of the hardened moulding sands.

PL

W prezentowanym artykule przedstawiono wyniki badań strukturalnych (FTIR, Raman, NMR) wykonanych w celu opracowania mechanizmu reakcji sieciowania próbek spoiwa poliakrylanowego: poli(akrylan sodu) Sokalan CP10, BASF. Jako czynniki sieciujące zastosowano metody chemiczne (Ca(OH)2 + CO2) oraz fizyczne (promieniowanie mikrofalowe, promieniowanie UV). W procesie sieciowania chemicznego poli(akrylanu sodu) za pomocą Ca(OH)2 + CO2 następuje wbudowywanie się w łancuch polimerowy dwudodatnich kationów Ca2+ w miejsce jednododatnich kationów Na+. Reakcja ma przebieg jonowy i nie obserwuje sie zmian w położeniu pasm absorpcyjnych przed i po sieciowaniu na otrzymanych widmach. Reakcja sieciowania poli(akrylanu sodu) promieniowaniem elektromagnetycznym (mikrofalowym i UV) zachodzi przy utworzeniu nowych wiązań chemicznych z udziałem grupy karbonylowej (grupy estrowe, bezwodnikowe, aldehydowe, ketonowe). Na otrzymanych widmach obserwuje się zmiany w położeniu pasm absorpcyjnych przed i po sieciowaniu związane z przebiegiem reakcji sieciowania. W procesie sieciowania mikrofalami poli(akrylanu sodu) powstaja centra aktywne w czasteczkach polimeru. Zachodzi jednoczesne wzbudzenie atomów oraz wzrost reaktywności polimeru, a w następstwie reakcja sieciowania między łancuchami polimerowymi z udziałem grup karboksylowych lub karboksylanowych. Reakcja sieciowania poli(akrylanu sodu) promieniami UV przebiega z utworzeniem w cząsteczkach polimeru aktywnych rodników, które dalej mogą ze soba reagować, co w konsekwencji prowadzi do powstania usieciowanego produktu o skomplikowanej strukturze. Przeprowadzone badania strukturalne dowiodły, ze rodzaj zastosowanego czynnika sieciującego ma istotny wpływ na mechanizm reakcji sieciowania polimeru, jak równieżna późniejsze właściwości fizykochemiczne utwardzonej masy odlewniczej.

Słowa kluczowe

EN

polyacrylates; cross-linking; microwaves; UV radiation; foundry engineering

PL

spoiwo poliakrylanowe; reakcja sieciowania; promieniowanie mikrofalowe

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 2
• Strony: 427--437
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Grabowska B.

autor

Holtzer M.

• DEPARTMENT OF ENGINEERING OF FOUNDRY PROCESSES, FACULTY OF FOUNDRY ENGINEERING, AGH-UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 23 REYMONTA STR, 30-059 CRACOW, POLAND

Bibliografia

• [1] Z. Floriańczyk, St. Penczek, Chemia polimerów, tom I i II, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (1995). Chemistry of Polymers, Ed. Technical University, Warsow 1995.
• [2] Ji Gangchang, Hei Jiyun, CO2 gas-hardened mechanism of poly (sodium acrylate) resin sand. Zhuzao (8), Chinese, s. 16-19 (1994).
• [3] H. Kaczmarek, D. Ołdak, A. Szalla, Networks of Photocrosslinked Poly(meth)acrylates in Linear Poly(vinyl chloride), J. Apll. Polym.Sci. 86, 3725 (2002).
• [4] E. Jabbari, S. Nozari, Sweling behavior of acrylic acid hydrogels prepared by -radiation crosslinking of polyacrylic acid in aqueous solution, Europan Polymer Journal 36, 2685-2692, (2000).
• [5] A. Pielichowski, Puszyński, Technology of Plastics. Ed. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warsow (1998).
• [6] E. Bortel, Polymers soluble in water as stabilizers of disperse systems., Materiały Konferencji: “Otrzymywanie, zastosowanie i analiza wodnych dyspresji i roztworów polimerowych”. Ustron-Jarszowiec 19-20 X (1995).
• [7] B. Grabowska, Doctor’s Thesis, University of Science and Technology (2005).
• [8] E. Oledzka, M. Sobczak, W. L. Kołodziejski, Polimery w medycynie – przegląd dotychczasowych osiagniec / Polymers in medicine - review of recent studies, Polimery 52, 11/12, 795-804 (2007).
• [9] J. G. Morley, Progree in the development of a carbon dioxide gas hardened resin binder for Foundry Sands, The Foundryman February, s. 84 (1988).
• [10] Fourth report of Instiute working group T30. The Foundryman , August, s. 269-280, (1995).
• [11] E. Bortel, Chemistry of foundry sand resins and consequences for recycling, Environment Protection Engineering 25, 3 (1999).
• [12] B. Grabowska, M. Holtzer, Zastosowanie promieniowania mikrofalowego do sieciowania układu poli(akrylan sodu)/zel krzemionkowy stosowanego jako spoiwo w masach odlewniczych / Application of a Microwave Radiation as a Cross-linking Factor in the System: Sodium Polyacrylate - Silica Gel, Polimery 52, 11/12, 841-847 (2007).
• [13] B. Grabowska, M. Holtzer, Zastosowanie metod spektroskopowych do badania Przebiegu procesu sieciowania poli(akrylanu sodu) róznymi sposobami / Application of Spectroscopic Methods for Investigation of Cross-Linking Process of Sodium Polyacrylate by Various Methods, Polimery 53, 7/8, 531-537 (2008).