Surface activity of acrylic resin components

Coatings can be found almost everywhere around us, whether looking at the interior of living environments, the packaging of everyday objects or transportation devices, and their role is vital in a lot of sectors to guarantee protection and good aesthetic appearance. Coating application is a crucial point; possible gradients in composition and temperature, fast evaporation of the solvent or presence of contaminants can cause the presence of surface tension gradients in the film. All these instabilities can bring to the formation of surface defects, that compromise coating performances. In order to overcome these defects, levelling additives are added to the formulations. Additives can move towards the surface, reducing surface tension and surface tension gradients. Additives performances are related both to their own structure and their interactions with the binder. This study focuses on the binder and, in particular, on acrylic resins used, both as simple resins and as crosslinked coatings. The aim is to analyse how the surface properties change by changing resin composition, in order to determine if there are some functional groups which are more surface active than others. Acrylic polymers, after proper synthesis and characterization, were used as resins in solvent borne coating formulations. The surface properties were studied on both liquid and solid systems, using surface tension and contact angle measurements. Moreover, through X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) it was possible to study the depth profile of the various elements on the top layers of the surface. This work shows that coating systems have complex behaviour, in which resins tend to orientate apolar groups toward the surface, in order to minimize the surface tension of the system.

I rivestimenti superficiali possono essere trovati ovunque intorno a noi: all'interno degli ambienti di casa, nell'imballaggio di oggetti di uso quotidiano o nei mezzi di trasporto; ricoprono un ruolo fondamentale in molti settori, per garantire protezione dei materiali e una buona resa estetica. L'applicazione del rivestimento è un punto cruciale; la presenza di gradienti di composizione e temperatura, la rapida evaporazione del solvente o la presenza di contaminanti possono causare l’insorgere di gradienti di tensione superficiale, e conseguente formazione di difetti, che possono compromettere le prestazioni del rivestimento. Per risolvere questo problema, vengono solitamente aggiunti alla formulazione degli additivi livellanti. Gli additivi sono in grado di migrare verso la superficie, riducendo la tensione superficiale ed i gradienti ad essa correlati. Le performances degli additivi sono influenzate sia dalla loro stessa struttura, sia da eventuali interazioni con il binder. Questa tesi si concentra sullo studio delle resine acriliche, utilizzate sia singolarmente, che in sistemi di rivestimento termoinduriti. L’obiettivo è quello di analizzare la variazione delle proprietà superficiali, al variare della composizione della resina, in modo tale da determinare se esistano gruppi funzionali più attivi alla superficie di altri. I polimeri acrilici, dopo essere stati propriamente sintetizzati e caratterizzati, sono stati inseriti nella formulazione, di tipo solvent borne, per la preparazione dei rivestimenti. Le proprietà superficiali sono state studiate sia su sistemi liquidi, che solidi, misurando la tensione superficiale e l’angolo di contatto. Inoltre, tramite X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), è stato analizzato il profilo di concentrazione dei principali elementi nei primi strati superficiali. Questo lavoro dimostra che i sistemi di rivestimento hanno un comportamento complesso, in cui le resine tendono ad orientare i gruppi più apolari verso la superficie, in modo da minimizzare la tensione superficiale.