Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Studies on Crosslinking Efficiency of Carboxylated Polymers with Multifunctional Carbodiimides

Eryd Berlin, Evelina LU (2025) KASM15 20252
Centre for Analysis and Synthesis
Abstract
Multifunctional carbodiimides (CDIs) present a safer, non-toxic alternative to conventional isocyanate crosslinkers in waterborne floor coatings. However, the inconsistent performance of CDI-crosslinked coatings has hindered the widespread adoption. This study investigates the key factors governing crosslinking efficiency to improve reliability of CDI-based systems.
It was determined that crosslinker type is the most critical factor, with one CDI (R-71) forming rigid, chemically resistant networks, while another (HYD) acted primarily as a plasticizer. Increasing the carboxylic acid content in the polymer backbone enhanced crosslink density, leading to higher stiffness and chemical resistance. However, this also promoted embrittlement and... (More)
Multifunctional carbodiimides (CDIs) present a safer, non-toxic alternative to conventional isocyanate crosslinkers in waterborne floor coatings. However, the inconsistent performance of CDI-crosslinked coatings has hindered the widespread adoption. This study investigates the key factors governing crosslinking efficiency to improve reliability of CDI-based systems.
It was determined that crosslinker type is the most critical factor, with one CDI (R-71) forming rigid, chemically resistant networks, while another (HYD) acted primarily as a plasticizer. Increasing the carboxylic acid content in the polymer backbone enhanced crosslink density, leading to higher stiffness and chemical resistance. However, this also promoted embrittlement and poor adhesion at high concentrations due to over-crosslinking. The choice of carboxylic acid was also significant. Methacrylic acid generally yielded more robust networks than acrylic acid, due to steric effects that favor stable crosslink formation.
Neutralizing agents also had a significant influence on the final coating properties. Ammonia produced the hardest and most resistant coatings, as its small size and volatility facilitated the formation of a dense network. In contrast, bulkier amines plasticized the coating, and those with additional functional groups formed secondary interactions that interfered with covalent crosslinking.
The central conclusion is that achieving a high-performance coating requires a balanced formulation. Excessive crosslink density sacrifices adhesion for chemical resistance, while more flexible networks show the opposite. Therefore, precise control over the polymer design must be matched with the selection of a suitable carbodiimide to consistently obtain coatings with the desired properties (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Säkrare golvlack med smarta val av kemikalier
Tänk er golvalcker som tål vin, rengöringsmedel och slitage. Genom att kartlägga hur man bygger upp lacken på rätt sätt kan man förstå hur man gör dessa miljövänliga lacker både hållbara och säkra att använda.
Golvlacker behöver vara tåliga för att överleva vardagens slitage. Tradionellt har man använt isocyanater för att skapa ett starkt nätverk av plastmolekyler, men dessa ämnen är farliga för hälsan och miljön. Ett lovande alternativ är carbodiimider, som är betydligt säkrare.
Men för att bygga bra lacker med dessa nya tvärbindare behövs ett bra polymerrecept som är väl kompatibelt med val av carbodiimidehärdare.
Rätt mängd syra ger hårdare lacker. Genom att öka mängden av en specifik... (More)
Säkrare golvlack med smarta val av kemikalier
Tänk er golvalcker som tål vin, rengöringsmedel och slitage. Genom att kartlägga hur man bygger upp lacken på rätt sätt kan man förstå hur man gör dessa miljövänliga lacker både hållbara och säkra att använda.
Golvlacker behöver vara tåliga för att överleva vardagens slitage. Tradionellt har man använt isocyanater för att skapa ett starkt nätverk av plastmolekyler, men dessa ämnen är farliga för hälsan och miljön. Ett lovande alternativ är carbodiimider, som är betydligt säkrare.
Men för att bygga bra lacker med dessa nya tvärbindare behövs ett bra polymerrecept som är väl kompatibelt med val av carbodiimidehärdare.
Rätt mängd syra ger hårdare lacker. Genom att öka mängden av en specifik syra (metakylsyra) i lacken blev den hårdare och mer kemiklaietålig. Men för mycket syra gjorde lacken för spröd vilket resulterade i att den sprack och tappade sitt fäste. Nyckeln är att hitta den optimala mängden.
För att syrorna ska vara redo att reagera måste de först neutraliseras, det vill säga deprotonera dem. Det bästa alternativet var att använda ammoniak. Eftersom ammoniak är flyktigt lämnar den lacken snabbt, vilket skapar ett hårt och tätt skydd. Större och bulkigare ämnen blev kvar i lacken under en längre tid och gjorde den mjukare och sämre.
Den viktigaste insikten är att en hård och kemikalietålig lack inte nödvändigtvis är den bästa. Den måste också ha bra vidhäftning och vara tillräckligt flexibel för att inte spricka. Det ultimata målet är alltså inte att skapa den hårdaste möjliga lacken, utan att hitta den perfekta balansen mellan styrka och flexibilitet.
Genom att välja rätt byggstenar från början kan vi alltså skapa golvlacker som är både säkra för miljön och extremt tåliga i vardagen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Eryd Berlin, Evelina LU
supervisor
organization
course
KASM15 20252
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
carbodiimides, multifunctional carbodiimides, crosslinking agent, crosslinking efficiency, floor coating, polyacrylate, neutralizing agent, polymer technology
language
English
id
9215647
date added to LUP
2026-02-11 11:47:02
date last changed
2026-02-11 11:47:02
@misc{9215647,
  abstract     = {{Multifunctional carbodiimides (CDIs) present a safer, non-toxic alternative to conventional isocyanate crosslinkers in waterborne floor coatings. However, the inconsistent performance of CDI-crosslinked coatings has hindered the widespread adoption. This study investigates the key factors governing crosslinking efficiency to improve reliability of CDI-based systems. 
It was determined that crosslinker type is the most critical factor, with one CDI (R-71) forming rigid, chemically resistant networks, while another (HYD) acted primarily as a plasticizer. Increasing the carboxylic acid content in the polymer backbone enhanced crosslink density, leading to higher stiffness and chemical resistance. However, this also promoted embrittlement and poor adhesion at high concentrations due to over-crosslinking. The choice of carboxylic acid was also significant. Methacrylic acid generally yielded more robust networks than acrylic acid, due to steric effects that favor stable crosslink formation.
Neutralizing agents also had a significant influence on the final coating properties. Ammonia produced the hardest and most resistant coatings, as its small size and volatility facilitated the formation of a dense network. In contrast, bulkier amines plasticized the coating, and those with additional functional groups formed secondary interactions that interfered with covalent crosslinking. 
The central conclusion is that achieving a high-performance coating requires a balanced formulation. Excessive crosslink density sacrifices adhesion for chemical resistance, while more flexible networks show the opposite. Therefore, precise control over the polymer design must be matched with the selection of a suitable carbodiimide to consistently obtain coatings with the desired properties}},
  author       = {{Eryd Berlin, Evelina}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Studies on Crosslinking Efficiency of Carboxylated Polymers with Multifunctional Carbodiimides}},
  year         = {{2025}},
}