Czynniki wpływające na wydajność schnięcia wodorozcieńczalnej farby poliuretanowej

Wodorozcieńczalne farby poliuretanowe (WPU) stopniowo zastępują tradycyjne farby rozpuszczalnikowe ze względu na troskę o środowisko. W przeciwieństwie do farb na bazie rozpuszczalników organicznych, farby wodorozcieńczalne wykorzystują wodę jako środek dyspergujący i rozcieńczający. Jednak ze względu na znacznie niższą lotność wody w porównaniu do rozpuszczalników organicznych, suszenie farb wodorozcieńczalnych wymaga ogrzewania podczas produkcji przemysłowej. Tylko kilka dużych zakładów, które nie są w stanie suszyć na gorąco lub producenci o niższych wymaganiach dotyczących wydajności produkcji, decydują się na naturalne suszenie powietrzem. Jakie są wewnętrzne czynniki wpływające na wydajność suszenia wodorozcieńczalnych farb poliuretanowych? Dziś zagłębimy się w ten temat, koncentrując się na wodorozcieńczalnych poliuretanach.

Wodorozcieńczalny poliuretan, znany również jako poliuretan dyspergowalny w wodzie lub poliuretan na bazie wody, zastępuje rozpuszczalniki organiczne wodą jako środkiem dyspergującym. Oferuje takie zalety jak nietoksyczność, bezpieczeństwo, doskonałe właściwości mechaniczne, dobrą kompatybilność i łatwość modyfikacji. Poliuretan (PU) to związek polimerowy zawierający ogniwa uretanowe w swoim głównym łańcuchu. Wodorozcieńczalny poliuretan (WPU) odnosi się do emulsji PU rozpuszczonych lub zdyspergowanych w wodzie. Ze względu na swój wodny charakter, WPU jest nietoksyczny, niepalny i przyjazny dla środowiska, dzięki czemu nadaje się do zastosowań w przemyśle tekstylnym, skórzanym, papierniczym, gumowym, motoryzacyjnym i meblarskim do celów dekoracyjnych i ochronnych. Stopniowo zastępuje farby PU na bazie rozpuszczalników.

W wodorozcieńczalnych farbach poliuretanowych cząsteczki wody występują w trzech formach: wody wolnej, wody związanej i wody żelowej. W porównaniu z farbami poliuretanowymi na bazie rozpuszczalników, proces suszenia WPU charakteryzuje się wyższą temperaturą początkową parowania wody. W środowiskach o określonej wilgotności, ciśnienie pary wodnej w warstwie farby musi przekraczać ciśnienie pary w środowisku, aby nastąpiło odparowanie. Te cechy przyczyniają się do wolniejszego schnięcia wodorozcieńczalnych farb poliuretanowych w porównaniu do ich odpowiedników na bazie rozpuszczalników, co częściowo utrudnia ich szersze zastosowanie. Dlatego też poprawa szybkości schnięcia farb wodorozcieńczalnych ma zasadnicze znaczenie dla ekspansji rynkowej i wymaga dalszych badań.

1. Wpływ zawartości substancji stałych: Zawartość wolnej wody jest ściśle związana z zawartością substancji stałych. Wyższa zawartość substancji stałych w emulsji zmniejsza zawartość wolnej wody, skracając w ten sposób czas parowania i poprawiając szybkość suszenia WPU. Badania wykazały, że szybkość schnięcia WPU może dorównywać konwencjonalnym PU na bazie rozpuszczalników, gdy zawartość substancji stałych przekracza 50%, a ogrzewanie za pomocą elementów grzejnych z włókna węglowego podnosi temperaturę otoczenia do 40°C-60°C. Kontrola zawartości substancji stałych poprzez formułowanie farby ma kluczowe znaczenie w produkcji.
2. Wpływ zawartości grupy hydrofilowej: Aby zwiększyć dyspersję WPU, hydrofilowe grupy jonowe są często wprowadzane do łańcucha molekularnego PU. Jednakże zwiększona zawartość grup hydrofilowych komplikuje suszenie i zmniejsza szybkość suszenia. Związana woda utworzona przez wiązanie wodorowe i siły międzycząsteczkowe z grupami hydrofilowymi PU odparowuje znacznie wolniej niż wolna woda. Dlatego wyższa zawartość grup hydrofilowych prowadzi do zwiększenia ilości związanej wody w emulsji, utrudniając jej odparowanie. Aby zapewnić stabilność emulsji, ważne jest zminimalizowanie grup hydrofilowych.
3. Wpływ zawartości segmentu twardego: Zwiększenie zawartości segmentów twardych przyspiesza suszenie poprzez zwiększenie kompatybilności między segmentami miękkimi i twardymi, ułatwiając przemieszczanie się cząsteczek wody podczas ruchu łańcucha molekularnego. Jednak nadmierna zawartość twardych segmentów (około 46%) może prowadzić do tworzenia się powierzchniowej powłoki podczas suszenia, tworząc barierę, która spowalnia odparowywanie wilgoci i może powodować wady, takie jak skórka pomarańczowa lub słaba przyczepność.
4. Wpływ stopnia neutralizacji: Grupy kwasu karboksylowego wykazują słabą hydrofilowość, podczas gdy aniony kwasu karboksylowego powstałe w wyniku neutralizacji mają silniejszą hydrofilowość. Wyższy stopień neutralizacji zwiększa hydrofilowość łańcuchów molekularnych, zwiększając zawartość wody związanej, a tym samym wpływając na szybkość schnięcia WPU. Dodatkowo, wyższy stopień neutralizacji zwiększa lepkość farby, sprzyjając tworzeniu się naskórka na powierzchni i utrudniając wewnętrzne odparowywanie wilgoci, wpływając w ten sposób zarówno na szybkość suszenia, jak i jakość produktu.
5. Wpływ podłoża na tworzenie filmu: Właściwości powierzchni podłoży znacząco wpływają na siły międzycząsteczkowe między cząsteczkami wody, wpływając tym samym na szybkość schnięcia farby. Na przykład farba WPU schnie szybciej, gdy jest nakładana na szklane podłoża w porównaniu z panelami kompozytowymi ze względu na różnice w napięciu powierzchniowym i interakcji między emulsją a podłożem. Podłoża o niższym napięciu powierzchniowym, takie jak drewno, wykazują silniejszą interakcję z wodą, co utrudnia odparowanie wilgoci.

Teraz, gdy zbadaliśmy wewnętrzne czynniki wpływające na wydajność schnięcia wodorozcieńczalnych farb poliuretanowych, oczywiste jest, że optymalizacja tych czynników poprzez dostosowanie składu farby ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wysokiej wydajności produkcji i opłacalności ekonomicznej tych innowacyjnych farb. W przyszłości omówione zostaną czynniki zewnętrzne wpływające na szybkość schnięcia wodorozcieńczalnych farb poliuretanowych.

W GlobalQT specjalizujemy się w produkcji wysokiej jakości rur kwarcowych i kwarcowych grzejników rurowych. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź naszą stronę strona internetowa lub skontaktuj się z nami poprzez e-mail pod adresem kontakt@globalquartztube.com.