Factoren die de droogefficiëntie van polyurethaanverf op waterbasis beïnvloeden

Watergedragen polyurethaanverven (WPU) vervangen geleidelijk de traditionele verven op basis van oplosmiddelen vanwege milieuoverwegingen. In tegenstelling tot verven op basis van organische oplosmiddelen gebruiken watergedragen verven water als dispergeermiddel en verdunningsmiddel. Omdat water echter veel minder vluchtig is dan organische oplosmiddelen, moeten watergedragen verven tijdens de industriële productie worden verwarmd om te drogen. Slechts enkele grootschalige faciliteiten die niet in staat zijn om met warmte te drogen of fabrikanten met lagere productie-efficiëntievereisten kiezen voor natuurlijke luchtdroging. Wat zijn de intrinsieke factoren die de droogefficiëntie van polyurethaanverven op waterbasis beïnvloeden? Vandaag gaan we dieper in op dit onderwerp met de nadruk op polyurethaanverf op waterbasis.

Watergedragen polyurethaan, ook bekend als waterverspreidbaar polyurethaan of polyurethaan op waterbasis, vervangt organische oplosmiddelen door water als dispergeermiddel. Het biedt voordelen zoals niet-giftigheid, veiligheid, uitstekende mechanische eigenschappen, goede compatibiliteit en gemakkelijke modificatie. Polyurethaan (PU) is een polymeerverbinding met urethaanverbindingen in de hoofdketen. Watergedragen polyurethaan (WPU) verwijst naar PU-emulsies opgelost of gedispergeerd in water. Door de aard op waterbasis is WPU niet giftig, onbrandbaar en milieuvriendelijk, waardoor het geschikt is voor toepassingen in textiel, leer, papier, rubber, auto's en meubels voor decoratieve en beschermende doeleinden. Het is geleidelijk in de plaats gekomen van PU-verf op basis van oplosmiddelen.

In watergedragen polyurethaanverven bestaan watermoleculen in drie vormen: vrij water, gebonden water en gelwater. Vergeleken met solventgedragen PU-verven wordt het droogproces van WPU gekenmerkt door een hogere begintemperatuur voor waterverdamping. In omgevingen met een bepaalde luchtvochtigheid moet de dampdruk van het water in de verffilm hoger zijn dan de dampdruk in de omgeving om te kunnen verdampen. Deze eigenschappen dragen ertoe bij dat polyurethaanverven op waterbasis langzamer drogen dan verven op basis van oplosmiddelen, wat een bredere toepassing van deze verven deels heeft belemmerd. Verbetering van de droogsnelheid van watergedragen verven is daarom essentieel voor uitbreiding van de markt en vereist verder onderzoek.

1. Effect van vaste inhoud: Het gehalte aan vrij water is nauw verbonden met het gehalte aan vaste stof. Een hoger vastestofgehalte in de emulsie verlaagt het gehalte aan vrij water, waardoor de verdampingstijd korter wordt en de droogsnelheid van WPU verbetert. Studies hebben aangetoond dat de droogsnelheid van WPU die van conventionele PU's op basis van oplosmiddelen kan evenaren wanneer het vaste stofgehalte hoger is dan 50% en verwarming met koolstofvezelverwarmingselementen de omgevingstemperatuur verhoogt tot 40°C-60°C. Beheersing van het vaste stofgehalte via de formulering van de verf is van cruciaal belang bij de productie.
2. Invloed van de inhoud van de hydrofiele groep: Om de dispersie van WPU te verbeteren, worden vaak hydrofiele ionengroepen toegevoegd aan de PU-moleculaire keten. Een hoger gehalte aan hydrofiele groepen bemoeilijkt echter het drogen en verlaagt de droogsnelheid. Gebonden water dat gevormd wordt door waterstofbruggen en intermoleculaire krachten met PU-hydrofiele groepen verdampt veel langzamer dan vrij water. Daarom leidt een hoger gehalte aan hydrofiele groepen tot meer gebonden water in de emulsie, wat verdamping belemmert. Om emulsiestabiliteit te garanderen, is het belangrijk om hydrofiele groepen te minimaliseren.
3. Invloed van de inhoud van harde segmenten: Een hoger gehalte aan harde segmenten versnelt de droogsnelheid door de compatibiliteit tussen zachte en harde segmenten te verbeteren, waardoor watermoleculen zich gemakkelijker kunnen verplaatsen tijdens de beweging van de molecuulketen. Een te hoog gehalte aan harde segmenten (ongeveer 46%) kan echter leiden tot de vorming van een oppervlaktehuid tijdens het drogen, waardoor een barrière ontstaat die de vochtverdamping vertraagt en kan resulteren in defecten zoals sinaasappelhuid of slechte hechting.
4. Effect van neutralisatiegraad: Carboxylzuurgroepen hebben een zwakke hydrofiliteit, terwijl carboxylzuuranionen gevormd door neutralisatie een sterkere hydrofiliteit hebben. Een hogere neutralisatiegraad verhoogt de hydrofiliteit van moleculaire ketens, waardoor het gebonden watergehalte toeneemt en de droogsnelheid van WPU wordt beïnvloed. Bovendien verhoogt een hogere neutralisatiegraad de viscositeit van de verf, waardoor de vorming van oppervlaktelagen wordt bevorderd en de interne vochtverdamping wordt belemmerd, wat zowel de droogsnelheid als de productkwaliteit beïnvloedt.
5. Invloed van substraat op filmvorming: De oppervlakte-eigenschappen van substraten hebben een significante invloed op de intermoleculaire krachten tussen watermoleculen en daardoor op de droogsnelheid van verf. Zo droogt WPU verf sneller op glazen substraten dan op composietpanelen door verschillen in oppervlaktespanning en interactie tussen emulsie en substraat. Ondergronden met een lagere oppervlaktespanning, zoals hout, vertonen een sterkere interactie met water, waardoor vochtverdamping een grotere uitdaging wordt.

Nu we de intrinsieke factoren hebben onderzocht die van invloed zijn op de droogefficiëntie van polyurethaanverven op waterbasis, is het duidelijk dat optimalisering van deze factoren door aanpassingen in de verfformulering cruciaal is voor het bereiken van een hoge productie-efficiëntie en economische levensvatbaarheid van deze innovatieve verven. Toekomstige discussies zullen gaan over externe factoren die van invloed zijn op de droogefficiëntie van polyurethaan verven op waterbasis.

Bij GlobalQT zijn we gespecialiseerd in het produceren van kwartsbuizen en kwartsbuisverwarmers van hoge kwaliteit. Bezoek voor meer informatie onze website of neem contact met ons op via e-mail op contact@globalquartztube.com.