El mecanismo de formación de películas del poliuretano de dos componentes a base de agua es diferente de la solución de polímero termoplástico, y también diferente de la dispersión del polímero termoplástico y la solución de polímero termoestable.
Desde el punto de vista de la composición, está relacionado con el mecanismo de coalescencia de partículas de la dispersión del polímero termoplástico y el mecanismo de formación de la película de la reacción de reticulación de la solución de polímero termoestable.
Durante el proceso de formación de películas:
Volatilización de materia volátil (disolvente, agua);
Coagulación de coagulación de poliol y partículas de poliisocianato;
La reacción de poliisocianatos y agua;
La reacción de poliols y poliisocianatos.
Su formación de películas está compuesta por una serie de procesos cinéticos, y su secuencia y proceso de desarrollo de ocurrencia tienen una influencia importante en la calidad y el rendimiento de la película.
Al comienzo de la mezcla de los dos componentes, la coalescencia de las partículas de polímeros y la reacción química del isocianato son procesos importantes que afectan el sistema. Además de los factores anteriores que continúan desempeñando un papel importante en el proceso de formación de la película, la evaporación del agua y el solvente también se vuelve muy importante. Una vez que el componente de isocianato se mezcla con el componente hidroxilo, se dispersa inmediatamente. Durante la etapa de mezcla, las partículas de polímero se unen en un pequeño grado. Muchos estudios han confirmado que
Al comienzo de la mezcla de los dos componentes, la coalescencia de las partículas de polímeros y la reacción química del isocianato son procesos importantes que afectan el sistema. Además de los factores anteriores que continúan desempeñando un papel importante en el proceso de formación de la película, la evaporación del agua y el solvente también se vuelve muy importante. Una vez que el componente de isocianato se mezcla con el componente hidroxilo, se dispersa inmediatamente. Durante la etapa de mezcla, las partículas de polímero se unen en un pequeño grado. Muchos estudios han confirmado que la reacción de -nco con agua es mucho más lenta que la reacción con hidroxilo, que es una base teórica importante para el diseño de recubrimientos de poliuretano de dos componentes a base de agua.
A medida que el agua y el disolvente se evaporan durante el proceso de formación de la película, las partículas de polímero se aprieta, y los segmentos moleculares de polímero se difunden a través de la interfaz para causar la coalescencia de las partículas de polímero, lo que también promueve la reacción de grupos -nco e hidroxilo, - - - - - - -La velocidad de reacción de NCO varía según el sistema. Por lo general, se tarda unos días en reaccionar el 80% de -nco, y el rendimiento de la membrana generalmente se establece completamente en 7 a 14 días.
Utilizando espectroscopía infrarroja y análisis térmico para estudiar la reacción química líquida del poliuretano de dos componentes a base de agua, se encuentra que la velocidad de reacción de -nco no solo está relacionada con la concentración de hidroxilo y el contenido de humedad del sistema, sino también relacionada con El tipo y la estructura coloidal del componente hidroxilo. La estructura coloidal del componente hidroxilo y otros grupos en la cadena de polímeros tienen un efecto muy importante sobre la velocidad de reacción de -nco, y la velocidad de reacción de -nco se relaciona directamente con el límite de tiempo de construcción del recubrimiento y el problema de CO2 que produce Burbujas de película. Después de mezclar los dos componentes, las partículas se condensan y la reacción del isocianato es el proceso principal; Después de la construcción, la evaporación del agua y el solvente es el proceso principal.
Al estudiar la reacción competitiva de agua, hidroxilo e isocianato antes de la construcción después de la mezcla, se descubrió que la reacción de hidroxilo e isocianato ocurrió casi de inmediato, mientras que el agua e isocianato solo comenzaron a reaccionar después de las 2 h. Después de mezclar los dos componentes, la viscosidad del sistema aumenta ligeramente en los primeros 1-2 h, y luego la viscosidad disminuye gradualmente, comenzando a espuma ligeramente y finalmente espuma mucho. La espuma es causada por la formación de CO2 entre el agua e isocianato. A medida que aumenta la cantidad de catalizador (dibutiltina), el tiempo de espuma se acorta. Los catalizadores, los desalentadores y la velocidad de agitación afectan este resultado y también afectan la vida útil del producto.
En el sistema de poliuretano de dos componentes a base de agua, el poliol y el agente de curado se dispersan en agua mediana en forma de partículas de látex, y el proceso de formación de películas es diferente del sistema de dos componentes basado en solventes. La etapa inicial es un proceso de secado físico, que es principalmente la volatilización del agua. Durante este proceso, las partículas de polímero están cerca unas de otras y se fusionan, y las cadenas de polímeros comienzan a difundirse y reaccionar entre sí. Los principales factores que afectan el proceso son:
El contenido de agua se ve afectado por la temperatura y la humedad;
La viscoelasticidad del poliol de polímero y el agente de curado afectará el proceso de deformación de fusión de las partículas. La viscoelasticidad depende de TG, polaridad, peso molecular, solvente y plastificante, etc.;
Para las partículas de látex aniónico y no iónico, es difícil superar la fuerza repulsiva en la superficie de las partículas.
La interdifusión de partículas es un factor importante del sistema de dos componentes termoestables, ya que determina el grado de reticulación del agente de reticulación a través de la interfaz de partículas para formar una estructura de red. Especialmente para el sistema alto de TG, MW de secado rápido, el módulo de corte G es alto, y la propiedad de formación de películas es pobre. Usando un agente de reticulación de trímero HDI bajo TG, se puede usar una emulsión de poliol de polímero TG alta. El tamaño de partícula es pequeño y la formación de la película es buena, pero es difícil para tales emulsiones lograr el equilibrio entre el contenido sólido/viscosidad, y se necesita evaporar más agua para lograr el estado de fusión, para obtener una mejor formación de películas para El alto rendimiento de las emulsiones de TG y MW, al modificar la superficie del polímero, cuando la emulsión alcanza un mejor equilibrio de contenido sólido/viscosidad, las cadenas de polímero pueden fusionarse y difundirse. Además, aumentar la tensión interfacial entre el aire y el agua también es beneficioso para la formación de partículas de la película. El factor clave en el proceso de formación de la película es la dispersión de las moléculas de polímero durante la coalescencia, que está relacionado con el movimiento del segmento a gran escala de las cadenas moleculares, por lo que el polímero será más bajo que TG cuando la temperatura es más alta que la temperatura de transición de vidrio (( Tg) cuando es más fácil formar una película. Sin embargo, los recubrimientos producidos por polímeros con TG más bajo tienen poca resistencia, durabilidad, resistencia a la abrasión y resistencia química. Para superar estas deficiencias de rendimiento, se utilizan polímeros con TG más alto y mayor peso molecular. Para formar una película adecuada, tales dispersiones deben agregar un solvente para hinchar las partículas de polímero para reducir TG, o usar una temperatura de formación de películas más alta para aumentar la fluidez del polímero. Pero estos pueden causar un mayor contenido de VOC o requerir un paso de hornear.
Debido a la existencia de muchas reacciones laterales, el secado químico del sistema de poliuretano transmitido por el agua de dos componentes es más complicado que el sistema basado en solventes correspondiente. La velocidad de estas reacciones depende de las condiciones de reacción como la temperatura, el catalizador, la concentración y la reactividad de los grupos de poliisocianato y hidrógeno activo. Para los poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos, el exceso de agua competirá con los polioles. La velocidad de reacción del agua y tales poliisocianatos dependen en gran medida del valor de pH (pH> 7, la velocidad de reacción es rápida). La velocidad de reacción de los grupos carboxilo es lenta, mientras que los grupos amino son uno o varios órdenes de magnitud más rápido que los polioles. La mezcla y compatibilidad de poliisocianatos y polioles en las partículas son factores muy importantes. Afectan la distribución del agente de reticulación entre y dentro de las partículas, así como la uniformidad de la película de recubrimiento final.
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