O mecanismo de formação de filmes de poliuretano de dois componentes à base de água é diferente da solução de polímeros termoplásticos e também diferente da dispersão de polímeros termoplásticos e solução de polímero termofólio.
Do ponto de vista da composição, está relacionado ao mecanismo de coalescência de partículas da dispersão de polímero termoplástica e ao mecanismo de formação de filme da reação de reticulação da solução de polímero de termossados.
Durante o processo de formação de filmes:
Volatilização da matéria volátil (solvente, água);
Co-coagulação de partículas de poliol e poliisocianato;
A reação de poliisocianatos e água;
A reação de polióis e poliisocianatos.
Sua formação de filmes é composta por uma série de processos cinéticos, e sua sequência de ocorrência e processo de desenvolvimento têm uma influência importante na qualidade e no desempenho do filme.
No início da mistura dos dois componentes, a coalescência de partículas de polímero e a reação química do isocianato são processos importantes que afetam o sistema. Além dos fatores acima que continuam a desempenhar um papel importante no processo de formação de filmes, a evaporação da água e do solvente também se torna muito importante. Depois que o componente isocianato é misturado com o componente hidroxila, ele é disperso imediatamente. Durante o estágio de mistura, as partículas de polímero se coalscem em um pequeno grau. Muitos estudos confirmaram que
No início da mistura dos dois componentes, a coalescência de partículas de polímero e a reação química do isocianato são processos importantes que afetam o sistema. Além dos fatores acima que continuam a desempenhar um papel importante no processo de formação de filmes, a evaporação da água e do solvente também se torna muito importante. Depois que o componente isocianato é misturado com o componente hidroxila, ele é disperso imediatamente. Durante o estágio de mistura, as partículas de polímero se coalscem em um pequeno grau. Muitos estudos confirmaram que a reação de -NCO com água é muito mais lenta que a reação com hidroxila, que é uma base teórica importante para o projeto de revestimentos de poliuretano de dois componentes à base de água.
À medida que a água e o solvente evaporam durante o processo de formação de filmes, as partículas de polímero são espremidas e os segmentos moleculares poliméricos se difundem através da interface para causar a coalescência das partículas de polímero, que também promove a reação de -NCo e grupos hidroxil, - -A taxa de reação do NCO varia dependendo do sistema. Geralmente, leva alguns dias para reagir 80% de -NCO, e o desempenho da membrana é geralmente totalmente estabelecido dentro de 7 a 14 dias.
Utilizando espectroscopia infravermelha e análise térmica para estudar a reação química líquida do poliuretano de dois componentes à base de água, verificou-se que a taxa de reação de -NCO não está apenas relacionada à concentração hidroxil e ao teor de umidade do sistema, mas também relacionado a o tipo e a estrutura coloidal do componente hidroxila. A estrutura coloidal do componente hidroxila e outros grupos na cadeia polimérica tem um efeito muito importante na taxa de reação de -NCO, e a taxa de reação de -NCO se refere diretamente ao limite de tempo de construção do revestimento e do problema de CO2 que produzem Bolhas de filme. Depois que os dois componentes são misturados, as partículas condensam e a reação do isocianato é o principal processo; Após a construção, a evaporação da água e do solvente é o principal processo.
Ao estudar a reação competitiva da água, hidroxil e isocianato antes da construção após a mistura, verificou -se que a reação do hidroxil e do isocianato ocorreu quase imediatamente, enquanto a água e o isocianato começaram a reagir após 2h. Depois que os dois componentes são misturados, a viscosidade do sistema aumenta ligeiramente no primeiro 1-2H e, em seguida, a viscosidade diminui gradualmente, começando a espuma levemente e finalmente espumando muito. A espuma é causada pela formação de CO2 entre água e isocianato. À medida que a quantidade de catalisador (dibutiltina) aumenta, o tempo de espuma é reduzido. Catalisadores, inabalistas e velocidade de agitação afetam esse resultado e também afetam a vida útil do produto.
No sistema de poliuretano de dois componentes à base de água, o agente de poliol e cura são dispersos na água média na forma de partículas de látex, e o processo de formação de filmes é diferente do sistema de dois componentes baseado em solvente. O estágio inicial é um processo de secagem física, que é principalmente a volatilização da água. Durante esse processo, as partículas de polímero estão próximas e se fundem, e as cadeias poliméricas começam a se difundir e reagir entre si. Os principais fatores que afetam o processo são:
O teor de água é afetado pela temperatura e umidade;
A viscoelasticidade do polímero polímero e agente de cura afetará o processo de deformação da fusão das partículas. A viscoelasticidade depende de TG, polaridade, peso molecular, solvente e plastificante, etc.;
Para partículas de látex estáveis aniônicas e não iônicas, é difícil superar a força repulsiva na superfície das partículas.
A interdifusão de partículas é um fator importante do sistema de dois componentes termoendurecedores, porque determina o grau de reticulação do agente de reticulação através da interface de partículas para formar uma estrutura de rede. Especialmente para o alto TG, o sistema de secagem rápida da MW, o módulo de cisalhamento G é alto e a propriedade formadora de filme é ruim. Utilizando um agente de reticulação de trimer HDI com baixo TG, pode ser usada emulsão de polímero de polímero TG alto. O tamanho das partículas é pequeno e a formação do filme é boa, mas é difícil para essas emulsões alcançar o equilíbrio entre conteúdo/viscosidade sólida, e mais água precisa ser evaporada para alcançar o estado de fusão, a fim de obter uma melhor formação de filmes para Alto desempenho em emulsões TG e MW, modificando a superfície do polímero, quando a emulsão atinge um melhor equilíbrio de conteúdo/viscosidade sólido, as cadeias poliméricas podem ser fundidas e difundidas. Além disso, aumentar a tensão interfacial entre ar e água também é benéfica para a formação de partículas. O fator-chave no processo de formação do filme é a dispersão das moléculas de polímero durante a coalescência, que está relacionada ao movimento de segmento em larga escala de cadeias moleculares, de modo que o polímero será menor que o TG quando a temperatura for maior que a temperatura de transição vítrea ( TG) quando é mais fácil formar um filme. No entanto, os revestimentos produzidos por polímeros com TG mais baixo têm baixa força, durabilidade, resistência à abrasão e resistência química. Para superar essas deficiências de desempenho, são utilizados polímeros com TG mais alto e maior peso molecular. Para formar um filme adequado, essas dispersões precisam adicionar um solvente para inchar as partículas de polímero para reduzir a TG ou usar uma temperatura mais alta de formação de filme para aumentar a fluidez do polímero. Mas isso pode causar maior conteúdo de COV ou exigir uma etapa de cozimento.
Devido à existência de muitas reações colaterais, a secagem química do sistema de poliuretano aquático de dois componentes é mais complicado do que o sistema correspondente à base de solvente. A taxa dessas reações depende das condições de reação, como temperatura, catalisador, concentração e reatividade dos grupos de poliisocianato e hidrogênio ativo. Para poliisocianatos alifáticos e cicloalifáticos, o excesso de água competirá com polióis. A taxa de reação da água e esses poliisocianatos depende em grande parte do valor do pH (pH> 7, a taxa de reação é rápida). A taxa de reação dos grupos carboxil é lenta, enquanto os grupos amino são uma ou várias ordens de magnitude mais rápidas que os polióis. A mistura e compatibilidade de poliisocianatos e polióis nas partículas são fatores muito importantes. Eles afetam a distribuição do agente de reticulação entre e dentro das partículas, bem como a uniformidade do filme de revestimento final.
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