水ベースの2成分ポリウレタンのフィルム形成メカニズム

水ベースの2成分ポリウレタンのフィルム形成メカニズムは、熱可塑性ポリマー溶液とは異なり、熱可塑性ポリマー分散および熱硬化性ポリマー溶液とも異なります。

組成の観点から、熱可塑性ポリマー分散の粒子合体メカニズムと、熱硬化性ポリマー溶液の架橋反応の膜形成メカニズムの両方に関連しています。

映画の形成プロセス中：

揮発性物質の揮発（溶媒、水）;

ポリオールおよびポリイソシアン酸粒子の共凝集;

ポリイソシアネートと水の反応;

ポリオールとポリイソシアネートの反応。

そのフィルム形成は一連の運動プロセスで構成されており、その発生シーケンスと開発プロセスは、映画の品質とパフォーマンスに重要な影響を及ぼします。

2つの成分の混合の開始時に、ポリマー粒子の合体とイソシアネートの化学反応は、システムに影響を与える重要なプロセスです。フィルム形成プロセスで重要な役割を果たし続ける上記の要因に加えて、水と溶媒の蒸発も非常に重要になります。イソシアネート成分がヒドロキシル成分と混合されると、すぐに分散されます。混合段階では、ポリマー粒子が少し程度合計します。多くの研究がそれを確認しています

2つの成分の混合の開始時に、ポリマー粒子の合体とイソシアネートの化学反応は、システムに影響を与える重要なプロセスです。フィルム形成プロセスで重要な役割を果たし続ける上記の要因に加えて、水と溶媒の蒸発も非常に重要になります。イソシアネート成分がヒドロキシル成分と混合されると、すぐに分散されます。混合段階では、ポリマー粒子が少し程度合計します。多くの研究では、-NCOと水との反応がヒドロキシルとの反応よりもはるかに遅いことが確認されています。これは、水ベースの2成分ポリウレタンコーティングの設計の重要な理論的基礎です。



フィルム形成プロセス中に水と溶媒が蒸発すると、ポリマー粒子が一緒に絞られ、ポリマー分子セグメントが界面を通して拡散して、ポリマー粒子の合体を引き起こし、-NCOとヒドロキシル基の反応も促進します。 - NCOの反応速度は、システムによって異なります。通常、-NCOの80％を反応するのに数日かかります。膜の性能は、一般に7〜14日以内に完全に確立されます。

赤外線分光法と熱分析を使用して、水ベースの2成分ポリウレタンの液体化学反応を研究することで、-NCOの反応速度はシステムのヒドロキシル濃度と水分含有量に関連しているだけでなく、ヒドロキシル成分のタイプとコロイド構造。ポリマー鎖上のヒドロキシル成分および他のグループのコロイド構造は、-NCOの反応速度に非常に重要な効果があり、-NCOの反応速度は、コーティングの構造時間とCO2の問題に直接関係しています。フィルムバブル。 2つの成分が混合された後、粒子が凝縮し、イソシアネートの反応が主なプロセスです。建設後、水と溶媒の蒸発が主なプロセスです。

混合後に建設前に水、ヒドロキシル、イソシアネートの競合反応を研究することにより、ヒドロキシルとイソシアネートの反応がほぼすぐに発生し、水とイソシアネートは2時間後に反応し始めたことがわかりました。 2つのコンポーネントが混合された後、システムの粘度が最初の1〜2時間でわずかに増加し、粘度が徐々に減少し、わずかに泡立ち始め、最後に多くを泡立てます。発泡は、水とイソシアネート間のCO2の形成によって引き起こされます。触媒の量（dibutyltin）が増加すると、発泡時間が短くなります。触媒、デフォーマー、攪拌速度はすべてこの結果に影響し、製品の寿命にも影響します。

水ベースの2成分ポリウレタンシステムでは、ポリオールと硬化剤がラテックス粒子の形で中水に分散し、膜形成プロセスは溶媒ベースの2成分システムとは異なります。初期段階は物理的な乾燥プロセスであり、主に水の揮発です。このプロセス中、ポリマー粒子は互いに近く、融合し、ポリマー鎖が拡散し始め、互いに反応し始めます。プロセスに影響を与える主な要因は次のとおりです。

水分量は温度と湿度の影響を受けます。

ポリマーポリオールと硬化剤の粘弾性は、粒子の融合変形プロセスに影響します。粘弾性は、TG、極性、分子量、溶媒、可塑剤などに依存します。

アニオン性および非イオン性の安定性ラテックス粒子の場合、粒子表面の反発力を克服することは困難です。

粒子の拡散は、粒子界面を介して架橋剤の架橋の程度を決定してネットワーク構造を形成するため、熱セット2成分システムの重要な要因です。特に高TG、MWクイックドライシステムの場合、せん断弾性率Gは高く、フィルム形成特性は貧弱です。低Tg HDIトリマー架橋剤を使用して、高TGポリマーポリオールエマルジョンを使用できます。粒子のサイズは小さく、フィルムの形成は良好ですが、そのようなエマルジョンが固体含有量/粘度のバランスをとることは困難であり、より多くの水を吸収する必要があります。高TGおよびMWエマルジョン性能は、ポリマー表面を変更することにより、エマルジョンがより良い固体含有量/粘度バランスに達すると、ポリマー鎖を融合して拡散させることができます。さらに、空気と水の間の界面張力を高めることは、粒子の膜形成にとっても有益です。フィルム形成プロセスの重要な要因は、合体中のポリマー分子の分散です。これは、分子鎖の大規模なセグメントの動きに関連するため、温度がガラス遷移温度よりも高い場合、ポリマーはTGよりも低くなります（ Tg）映画の形成が簡単なとき。ただし、TGが低いポリマーによって生成されるコーティングは、強度、耐久性、耐摩耗性、および耐薬品性が低いです。これらのパフォーマンスの欠陥を克服するために、TGが高く、分子量が多いポリマーが使用されます。適切なフィルムを形成するには、そのような分散液は、TGを減らすためにポリマー粒子を膨らませるために溶媒を追加するか、より高い膜形成温度を使用してポリマーの流動性を高める必要があります。しかし、これらはより高いVOC含有量を引き起こすか、ベーキングステップを必要とする可能性があります。

多くの副反応が存在するため、2成分水媒介ポリウレタンシステムの化学乾燥は、対応する溶媒ベースのシステムよりも複雑です。これらの反応の速度は、ポリイソシアネートおよび活性水素基の温度、触媒、濃度、反応性などの反応条件に依存します。脂肪族およびシクロアリファチティックポリイソシアネートの場合、過剰な水はポリオールと競合します。水とそのようなポリイソシアネートの反応速度は、pH値に大き​​く依存します（pH> 7、反応速度は速い）。カルボキシル基の反応速度は遅く、アミノ基はポリオールよりも1桁または数桁高速です。粒子中のポリイソシアネートとポリオールの混合と互換性は非常に重要な要因です。それらは、粒子間および内部の架橋剤の分布、および最終的なコーティングフィルムの均一性に影響を与えます。