Factores que afectam a eficiência de secagem da tinta de poliuretano à base de água

As tintas de poliuretano à base de água (WPU) estão a substituir gradualmente as tintas tradicionais à base de solvente devido a preocupações ambientais. Ao contrário das tintas à base de solventes orgânicos, as tintas à base de água utilizam a água como agente de dispersão e diluição. No entanto, devido à volatilidade significativamente menor da água em comparação com os solventes orgânicos, a secagem das tintas à base de água requer aquecimento durante a produção industrial. Apenas algumas instalações de grande escala incapazes de secar por calor ou fabricantes com requisitos de eficiência de produção mais baixos optam pela secagem por ar natural. Quais são os factores intrínsecos que afectam a eficiência de secagem das tintas de poliuretano à base de água? Hoje, vamos aprofundar este tópico com foco no poliuretano à base de água.

O poliuretano de base aquosa, também conhecido como poliuretano dispersível em água ou poliuretano de base aquosa, substitui os solventes orgânicos por água como meio de dispersão. Oferece vantagens como a não toxicidade, a segurança, as excelentes propriedades mecânicas, a boa compatibilidade e a facilidade de modificação. O poliuretano (PU) é um composto polimérico que contém ligações de uretano na sua cadeia principal. O poliuretano de base aquosa (WPU) refere-se a emulsões de PU dissolvidas ou dispersas em água. Devido à sua natureza à base de água, o WPU não é tóxico, não é inflamável e é amigo do ambiente, o que o torna adequado para aplicações nas indústrias têxtil, do couro, do papel, da borracha, automóvel e do mobiliário para fins decorativos e de proteção. Tem vindo a substituir gradualmente as tintas PU à base de solventes.

Nas tintas de poliuretano à base de água, as moléculas de água existem em três formas: água livre, água ligada e água em gel. Em comparação com as tintas PU à base de solvente, o processo de secagem WPU é caracterizado por um ponto de temperatura inicial mais elevado para a evaporação da água. Em ambientes com uma certa humidade, a pressão de vapor da água dentro da película de tinta deve exceder a pressão de vapor ambiental para que ocorra a evaporação. Estas características contribuem para taxas de secagem mais lentas das tintas de poliuretano de base aquosa em comparação com as tintas de base solvente, o que tem impedido em parte a sua adoção generalizada. Por conseguinte, a melhoria da taxa de secagem das tintas à base de água é essencial para a expansão do mercado e exige mais investigação.

1. Efeito do teor de sólidos: O teor de água livre está intimamente relacionado com o teor de sólidos. Um maior teor de sólidos na emulsão reduz o teor de água livre, encurtando assim o tempo de evaporação e melhorando a taxa de secagem da WPU. Estudos demonstraram que as taxas de secagem da WPU podem igualar as das PUs convencionais à base de solvente quando o teor de sólidos excede 50%, e o aquecimento com elementos de aquecimento de fibra de carbono aumenta a temperatura ambiente para 40°C-60°C. O controlo do teor de sólidos através da formulação da tinta é crucial na produção.
2. Impacto do teor de grupos hidrofílicos: Para melhorar a dispersão do WPU, são frequentemente introduzidos grupos iónicos hidrofílicos na cadeia molecular do PU. No entanto, o aumento do teor de grupos hidrofílicos complica a secagem e reduz as taxas de secagem. A água ligada formada através de ligações de hidrogénio e forças intermoleculares com grupos hidrofílicos de PU evapora-se a uma velocidade muito mais lenta do que a água livre. Por conseguinte, um maior teor de grupos hidrofílicos leva a um aumento da água ligada na emulsão, dificultando a evaporação. Para garantir a estabilidade da emulsão, é importante minimizar os grupos hidrofílicos.
3. Influência do conteúdo do segmento duro: O aumento do teor de segmentos duros acelera as taxas de secagem ao melhorar a compatibilidade entre os segmentos moles e duros, facilitando a deslocação das moléculas de água durante o movimento da cadeia molecular. No entanto, um teor excessivo de segmentos duros (aproximadamente 46%) pode levar à formação de uma pele superficial durante a secagem, criando uma barreira que retarda a evaporação da humidade e pode resultar em defeitos como a casca de laranja ou uma fraca adesão.
4. Efeito do grau de neutralização: Os grupos de ácido carboxílico apresentam uma hidrofilicidade fraca, enquanto os aniões de ácido carboxílico formados através da neutralização possuem uma hidrofilicidade mais forte. Um grau de neutralização mais elevado aumenta a hidrofilicidade das cadeias moleculares, aumentando o teor de água ligada e afectando assim as taxas de secagem da WPU. Adicionalmente, um grau de neutralização mais elevado aumenta a viscosidade da tinta, promovendo a formação de pele na superfície e impedindo a evaporação da humidade interna, afectando assim a taxa de secagem e a qualidade do produto.
5. Influência do substrato na formação da película: As propriedades da superfície dos substratos influenciam significativamente as forças intermoleculares entre as moléculas de água, afectando assim as taxas de secagem da tinta. Por exemplo, a tinta WPU seca mais rapidamente quando aplicada em substratos de vidro em comparação com painéis compostos devido a diferenças na tensão superficial e na interação entre a emulsão e o substrato. Os substratos com menor tensão superficial, como a madeira, apresentam uma interação mais forte com a água, tornando a evaporação da humidade mais difícil.

Agora que explorámos os factores intrínsecos que afectam a eficiência de secagem das tintas de poliuretano à base de água, é evidente que a otimização destes factores através de ajustes na formulação da tinta é crucial para alcançar uma elevada eficiência de produção e viabilidade económica destas tintas inovadoras. Em discussões futuras, serão abordados os factores externos que influenciam as taxas de secagem das tintas de poliuretano de base aquosa.

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