Syntheses of novel acetal-based formaldehyde-free crosslinkers

Abstract

Polimer zincirlerinin çapraz bağlanması, endüstride polimerlerin mekanik ve fiziksel özelliklerini güçlendirmek amacıyla uygulanan önemli bir işlemdir. Polimer zincirleri üzerindeki fonksiyonel gruplara, ve bitmiş ürünün istenen özelliklerine göre değişecek şekilde çok sayıda çeşitli çapraz bağlayıcı kullanılmaktadır. Çapraz bağlayıcılar büyük, polimerik yapılar veya küçük moleküller şeklinde bulunabilir. Formaldehit bazlı reçineler ve lateks, kaplama, yapıştırıcı ve tekstilde yaygın olarak kullanılan polimerik yapıdaki çapraz bağlayıcılara örnek olarak verilebilir. N-metilolakrilamit (NMA) molekülü, yüksek kimyasal ve fiziksel özellikleri ve kendi kendine çapraz bağlama özelliğinden dolayı, lateks bağlayıcılarda en yaygın olarak kullanılan monomerdir. Fakat NMA molekülü bağlama reaksiyonu sonucunda veya ürünün işlenmesi sırasında etrafa yan ürün olarak formaldehit salınımı yapar. Formaldehit, kanserojen olarak bilinen, hem insan sağlığı hem de çevre için zararlı olan bir maddedir. Bu sebeple, formaldehit bazlı kimyasal ürünlerin kullanımını azaltmak veya bitirmek üzere genel bir yönelim oluşmuş durumdadır.Araştırma grubumuzda önceden yürütülmüş olan projelerde, serbest radikal polimerleşmesi ile polimerleşebilir, yeni, formaldehit içermeyen çapraz bağlayıcıların sentezi, ve bu çapraz bağlayıcıları polimer zincirlerine ekleyerek lateks bağlayıcı sisteminin hazırlanması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada da formaldehit içermeyen yeni çapraz bağlayıcı sentezi üzerine çalışılmıştır, fakat öncekilerden farklı olarak, çapraz bağlayıcılar küçük moleküllerdir. Bu moleküller, üç veya dört fonksiyonel grupludur ve fonksiyonel grup olarak halkalı asetaller içerir. Sentezlenen çapraz bağlayıcılar -NH2 ve -OH gruplarını içeren polimer zincirlerini transasetalizasyon reaksiyonu ile bağlamak amacıyla kullanılacak, ve farklı sıcaklıklardaki bağlama güçleri kıyaslanacaktır.

Crosslinking of polymers is a fundamental process applied in industry to enhance mechanical and physical properties of polymeric materials. Wide variety of crosslinkers are available to be used for this purpose whose structures depend on functionalities of the polymers and desired characteristics of the products.Crosslinkers can be in the form of polymeric or small molecule. As polymeric crosslinkers, formaldehyde based resins and latex binders may be given as examples of commonly used ones in coatings, adhesives and textile. N-Methylol acrylamide is one of the most commonly used monomer in latex binder composition to have crosslinkable system since it has good chemical, physical properties and self-crosslinking ability. However, it emits formaldehyde to the environment during the handling and crosslinking reaction as a side product. Formaldehyde based resins also release formaldehyde by degradation or during condensation as a side product. Formaldehyde is known as a human carcinogen compound and is harmful to the human health and the environment. Therefore there is a general tendency to limit or completely eliminate formaldehyde based chemical goods.Previous studies performed in our research group involved the syntheses of novel formaldehyde-free crosslinkers that are free radically polymerizable and their incorporation into latex binders by incorporating them into the polymer chains. This manuscript focuses on the synthesis of new formaldehyde-free crosslinkers in the form of small molecules. New crosslinkers will contain cyclic acetals as functional groups and have tetra- or tri- functional analogues. They will be used to crosslink –NH2 and -OH containing polymer chains through trans-acetalization reactions, and their crosslinking ability at different temperatures will be investigated.