กลไกการสร้างฟิล์มของโพลียูรีเทนสององค์ประกอบที่ใช้น้ำ

กลไกการขึ้นรูปฟิล์มของโพลียูรีเทนสององค์ประกอบที่ใช้น้ำนั้นแตกต่างจากสารละลายเทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์และยังแตกต่างจากการกระจายตัวของเทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์และสารละลายพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติ้ง

จากมุมมองขององค์ประกอบมันเกี่ยวข้องกับกลไกการรวมตัวกันของอนุภาคของการกระจายตัวของเทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์และกลไกการสร้างฟิล์มของปฏิกิริยาเชื่อมขวางของสารละลายพอลิเมอร์

ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปภาพยนตร์:

การระเหยของสารระเหย (ตัวทำละลายน้ำ);

การรวมตัวกันของอนุภาค polyol และ polyisocyanate;

ปฏิกิริยาของ polyisocyanates และน้ำ;

ปฏิกิริยาของ polyols และ polyisocyanates

การสร้างภาพยนตร์ประกอบด้วยชุดของกระบวนการจลน์และลำดับการเกิดขึ้นและกระบวนการพัฒนามีอิทธิพลสำคัญต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของภาพยนตร์

ที่จุดเริ่มต้นของการผสมของทั้งสององค์ประกอบการรวมตัวกันของอนุภาคพอลิเมอร์และปฏิกิริยาทางเคมีของ isocyanate เป็นกระบวนการสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อระบบ นอกเหนือจากปัจจัยข้างต้นที่ยังคงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างภาพยนตร์การระเหยของน้ำและตัวทำละลายก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่อส่วนประกอบ isocyanate ผสมกับส่วนประกอบไฮดรอกซิลมันจะกระจายไปทันที ในระหว่างการผสมอนุภาคพอลิเมอร์รวมตัวกันในระดับเล็กน้อย การศึกษาจำนวนมากยืนยันว่า

ที่จุดเริ่มต้นของการผสมของทั้งสององค์ประกอบการรวมตัวกันของอนุภาคพอลิเมอร์และปฏิกิริยาทางเคมีของ isocyanate เป็นกระบวนการสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อระบบ นอกเหนือจากปัจจัยข้างต้นที่ยังคงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างภาพยนตร์การระเหยของน้ำและตัวทำละลายก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่อส่วนประกอบ isocyanate ผสมกับส่วนประกอบไฮดรอกซิลมันจะกระจายไปทันที ในระหว่างการผสมอนุภาคพอลิเมอร์รวมตัวกันในระดับเล็กน้อย การศึกษาจำนวนมากยืนยันว่าปฏิกิริยาของ -NCO กับน้ำนั้นช้ากว่าปฏิกิริยากับไฮดรอกซิลมากซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีที่สำคัญสำหรับการออกแบบการเคลือบโพลียูรีเทนสององค์ประกอบที่ใช้น้ำ



เมื่อน้ำและตัวทำละลายระเหยไปในระหว่างกระบวนการก่อตัวของฟิล์มอนุภาคพอลิเมอร์จะถูกบีบเข้าด้วยกันและกลุ่มโมเลกุลพอลิเมอร์จะกระจายผ่านส่วนต่อประสานเพื่อทำให้เกิดการรวมตัวกันของอนุภาคพอลิเมอร์ซึ่งส่งเสริมปฏิกิริยาของกลุ่ม -NCO และไฮดรอกซิล -อัตราการเกิดปฏิกิริยาของ NCO แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระบบ โดยปกติจะใช้เวลาสองสามวันในการตอบสนอง 80% ของ -NCO และประสิทธิภาพของเมมเบรนนั้นได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างเต็มที่ภายใน 7 ถึง 14 วัน

การใช้สเปกโทรสโกปีด้วยอินฟราเรดและการวิเคราะห์ความร้อนเพื่อศึกษาปฏิกิริยาเคมีเหลวของโพลียูรีเทนสององค์ประกอบที่ใช้น้ำพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาของ -NCO ไม่เพียง แต่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของไฮดรอกซิลและปริมาณความชื้นของระบบเท่านั้น โครงสร้างชนิดและคอลลอยด์ของส่วนประกอบไฮดรอกซิล โครงสร้างคอลลอยด์ของส่วนประกอบไฮดรอกซิลและกลุ่มอื่น ๆ ในห่วงโซ่พอลิเมอร์มีผลกระทบที่สำคัญมากต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาของ -NCO และอัตราการเกิดปฏิกิริยาของ -NCO เกี่ยวข้องโดยตรงกับขีด จำกัด เวลาการก่อสร้างของการเคลือบและปัญหา CO2 ที่สร้างขึ้น ฟองภาพยนตร์ หลังจากผสมทั้งสององค์ประกอบอนุภาคควบแน่นและปฏิกิริยาของ isocyanate เป็นกระบวนการหลัก หลังจากการก่อสร้างการระเหยของน้ำและตัวทำละลายเป็นกระบวนการหลัก

โดยการศึกษาปฏิกิริยาการแข่งขันของน้ำไฮดรอกซิลและไอโซไซยาเนตก่อนการก่อสร้างหลังจากผสมพบว่าปฏิกิริยาของไฮดรอกซิลและไอโซไซยาเนตเกิดขึ้นเกือบจะในทันทีในขณะที่น้ำและไอโซไซยาเนตเริ่มตอบสนองหลังจาก 2 ชั่วโมง หลังจากผสมทั้งสององค์ประกอบความหนืดของระบบจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยใน 1-2 ชั่วโมงแรกจากนั้นความหนืดจะค่อยๆลดลงเริ่มต้นที่จะโฟมเล็กน้อยและในที่สุดก็มีฟองมาก การเกิดฟองเกิดจากการก่อตัวของ CO2 ระหว่างน้ำและ isocyanate เมื่อปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยา (dibutyltin) เพิ่มขึ้นเวลาโฟมจะสั้นลง ตัวเร่งปฏิกิริยา defoamers และการกวนความเร็วทั้งหมดส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์นี้และยังส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์

ในระบบโพลียูรีเทนสององค์ประกอบที่ใช้น้ำโพลีออลและสารบ่มจะกระจายตัวในน้ำขนาดกลางในรูปแบบของอนุภาคน้ำยางและกระบวนการขึ้นรูปฟิล์มแตกต่างจากระบบสององค์ประกอบที่ใช้ตัวทำละลาย ระยะเริ่มต้นคือกระบวนการอบแห้งทางกายภาพซึ่งส่วนใหญ่เป็นการระเหยของน้ำ ในระหว่างกระบวนการนี้อนุภาคพอลิเมอร์อยู่ใกล้กันและรวมกันและโซ่พอลิเมอร์เริ่มกระจายและทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน ปัจจัยหลักที่มีผลต่อกระบวนการคือ:

ปริมาณน้ำได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและความชื้น

ความหนืดของพอลิเมอร์โพลีออลและสารบ่มจะส่งผลต่อกระบวนการเปลี่ยนรูปแบบฟิวชั่นของอนุภาค Viscoelasticity ขึ้นอยู่กับ TG, ขั้ว, น้ำหนักโมเลกุล, ตัวทำละลายและพลาสติก, ฯลฯ ;

สำหรับอนุภาคน้ำยางที่มีประจุลบและประจุลบมันเป็นเรื่องยากที่จะเอาชนะแรงที่น่ารังเกียจบนพื้นผิวอนุภาค

การผสมผสานของอนุภาคเป็นปัจจัยสำคัญของระบบความร้อนสององค์ประกอบเนื่องจากมันกำหนดระดับของการเชื่อมขวางของสารเชื่อมขวางผ่านส่วนต่อประสานอนุภาคเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ TG สูงระบบการอบแห้งอย่างรวดเร็ว MW โมดูลัส G นั้นสูงและคุณสมบัติการสร้างฟิล์มนั้นไม่ดี การใช้สารเชื่อมขวาง TG TG HDI ต่ำสามารถใช้อิมัลชันโพลีออลพอลิเมอร์สูง TG สูงได้ ขนาดอนุภาคมีขนาดเล็กและการก่อตัวของฟิล์มนั้นดี แต่ก็เป็นเรื่องยากสำหรับอิมัลชันดังกล่าวเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างเนื้อหาที่เป็นของแข็ง/ความหนืดและจำเป็นต้องระเหยน้ำมากขึ้นเพื่อให้ได้สถานะฟิวชั่น ประสิทธิภาพของอิมัลชัน TG และ MW สูงโดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวพอลิเมอร์เมื่ออิมัลชันถึงความสมดุลของเนื้อหาที่เป็นของแข็ง/ความหนืดที่ดีกว่าโซ่พอลิเมอร์สามารถหลอมรวมและกระจายได้ นอกจากนี้การเพิ่มความตึงเครียดระหว่างอากาศและน้ำก็เป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของอนุภาคของฟิล์ม ปัจจัยสำคัญในกระบวนการสร้างภาพยนตร์คือการกระจายตัวของโมเลกุลพอลิเมอร์ในระหว่างการรวมตัวกันซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของกลุ่มขนาดใหญ่ของโซ่โมเลกุลดังนั้นพอลิเมอร์จะต่ำกว่า TG เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว ( TG) เมื่อสร้างภาพยนตร์ได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตามการเคลือบที่ผลิตโดยโพลีเมอร์ที่มี TG ต่ำกว่ามีความแข็งแรงไม่ดีความทนทานความต้านทานต่อรอยขีดข่วนและความต้านทานทางเคมี เพื่อเอาชนะการขาดประสิทธิภาพเหล่านี้โพลีเมอร์ที่มี TG สูงกว่าและมีการใช้น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้น ในการสร้างฟิล์มที่เหมาะสมการกระจายตัวดังกล่าวจำเป็นต้องเพิ่มตัวทำละลายเพื่อบวมอนุภาคพอลิเมอร์เพื่อลด TG หรือใช้อุณหภูมิการก่อตัวของฟิล์มที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มความไหลของพอลิเมอร์ แต่สิ่งเหล่านี้อาจทำให้เนื้อหา VOC สูงขึ้นหรือต้องใช้ขั้นตอนการอบ

เนื่องจากการมีอยู่ของปฏิกิริยาด้านข้างหลายอย่างการอบแห้งทางเคมีของระบบโพลียูรีเทนน้ำสององค์ประกอบนั้นซับซ้อนกว่าระบบที่ใช้ตัวทำละลายที่สอดคล้องกัน อัตราของปฏิกิริยาเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของปฏิกิริยาเช่นอุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยาความเข้มข้นและปฏิกิริยาของกลุ่มไฮโดรเจนโพลีไซยาเนตและกลุ่มไฮโดรเจนที่ใช้งานอยู่ สำหรับ polyisocyanates อะลิฟาติกและไซโคลลิฟาติกน้ำส่วนเกินจะแข่งขันกับโพลีออล อัตราการเกิดปฏิกิริยาของน้ำและ polyisocyanates ดังกล่าวส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับค่า pH (pH> 7 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็ว) อัตราการเกิดปฏิกิริยาของกลุ่มคาร์บอกซิลช้าในขณะที่กลุ่มอะมิโนเป็นหนึ่งหรือหลายคำสั่งของขนาดเร็วกว่าโพลีออล การผสมและความเข้ากันได้ของ polyisocyanates และ polyols ในอนุภาคเป็นปัจจัยสำคัญมาก พวกมันส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวของสารเชื่อมขวางระหว่างและภายในอนุภาคเช่นเดียวกับความสม่ำเสมอของฟิล์มเคลือบสุดท้าย