Tag med ind i verden af polyurethanhærdemidler

Polyurethanhærdere refererer normalt til komponenten, der indeholder isocyanatgrupper (NCO) i todelt polyurethanprodukter, og bruges primært i kombination med komponenter, der indeholder aktiv brint. Almindelige komponenter med aktiv brint omfatter polyetherpolyoler, polyesterpolyoler, epoxyhars, hydroxyacrylhars, osv. I disse produkter kan tilsætning af hærdere forbedre tværbindinggraden og den interne energi af produktet samt øge styrken og vejrmodstanden af det endelige produkt. Polyurethanhærdere er bredt anvendt inden for områder som lim, pålæg, blæk osv.

Klassificering af polyurethanhærdere

Polyurethanhærdere kan inddeles i tre kategorier: løsningsbaserede, vanddispergerbare og lukkede typer.

Løsningsbaseret hærdere

I de fleste traditionelle produkter bruges typisk løsningsbaserede hærdere, som kan give produktet bedre styrke, vejrmodstand, mekaniske egenskaber osv.

Fælles sammensætning af opløsningsbaserede herdeprocesser

Strukturformler for nogle almindeligt anvendte polyisocyanater

Vanddispersible herdeproces

Med stigende fokus på miljøbeskyttelse får vandbaserede polyurethanmaterialer gradvist mere opmærksomhed. I todelt vandbaserede polyurethanprodukter spiller isocyanatkomponenter en afgørende rolle. Den almindelige tilgang i dag er at opnå dispersion i vand ved hydrofil modifikation af isocyanater. De primære modifikationsmetoder omfatter ikke-ionisk modifikation, anionisk modifikation og kombineret anionisk og ikke-ionisk modifikation.

Ikke-ionisk modifikation

Ikke-ionisk modifikation foregår hovedsageligt ved hydrofil modifikation af polyisocyanater ved brug af polyethylenglycol monomethylether (MPEG), polyethylenglycol (PEG) mv. Den modificerede polyurethanherdeproces får ikke alene en vis hydrofilicitet, men de resterende NCO-grupper bliver også forseglet, så de kan forblive stabile i vand i en længere periode.

Fælles sammensætning af ikke-ionisk modificerede stoffer

Anionisk modifikation

Hydrofile polyisocyanater kan også opnås gennem ionisk modifikation. De almindelige metoder til ionisk modifikation omfatter karboksylatmodifikation, sulfonatmodifikation osv. Karboksylatmodifikation anvender typisk dimethylolpropionsyre (DMPA), mens sulfonatmodifikation typisk anvender ethylendiamin-ethansulfonat og aminosulfonater osv. Disse introducerer karboxyl- eller sulfonsyregrupper på den molekylære kæde, så polyurethanhærdere kan emulgere i vand.

Fælles sammensætning af anionisk modificerede stoffer

Polyisocyanater: HDI trimer, HDI biuret, TDI-TMP addukter

Hydrofile monomerer: polyethylenglykol monomethylether, 3-(cyclohexylamin)-1-propionsyre, polyethylenglykol monomethylether, dihydroxymethylpropionsyre

Salteringsmidler: N, N-dimethylcyclohexylamin, triethylamin

Negativ ikke-ionisk modifikation

I øjeblikket udføres ikke-ionisk modifikation typisk ved brug af monomethylpolyethylenglykol til modifikation, men indførelsen af monomethylether kan forårsage problemer med vandmodstand og krystallisationsneigung. Selvom ionisk modifikation kan løse problemer med vandmodstand, kræver det en høj pH-værdi i opløsningen. En kombineret modifikation med anioner og ikke-ioner kan effektivt overvinde de ovennævnte problemer.

Almindelig stofsammensætning af anionisk ikke-ionisk modifikation

Polyisocyanater: HDI trimer, HDI biuret, TDI-TMP addukter

Hydrofile monomerer: 3-(cyclohexylamin)-1-propionsyre, dihydroxymethylpropionsyre

Salteringsmidler: N, N-dimethylcyclohexylamin, triethylamin

Lukket polyurethanhærder

NCO-grupperne i hærderkomponenterne har høj aktivitet og kan reagere med fugt i atmosfæren ved stuetemperatur, hvilket fører til nedbrydning. For at lette opbevaring og reducere råvaretab kan der anvendes en lukker til at reagere med NCO og derved danne en stabil lukket hærdningsmiddel ved stuetemperatur.

Lukkede hærdningsmidler kan opvarmes for at genskabe deres oprindelige isocyanatstruktur og reagere med hydroxylholdige komponenter. Formeludformningstanken er generelt at indføre et tætningsmiddel på basis af de almindelige opløsningsmidlebaserede og vandfordelbare polyurethan-hærder, der er nævnt ovenfor, for at blokere de overskydende NCO-grupper. Frigivelsestemperaturen for forskellige tætningsmidler varierer, og vi kan også vælge forskellige tætningsmidler ud fra specifikke anvendelsesscenarier. Almindelige tætningsmidler og deres frigivelsestemperaturer fremgår af nedenstående tabel.

Almindelige tætningsmidler og deres frigivelsestemperaturer

Sigillering	Frigivelsestemperatur/℃
Caprolactam	175-200
ETHANOL	180-185
Metyl-etyl-ketoxim	140-150
Fenol	140-145
3,5-dimethylpyrazol	130-150
Acetonoxim	130-140
Ethylacetoacetat	125-150
Diethylmalonat	130-140
Imidazoler	130-140
Natriumbisulfit	50-70

Anvendelse af polyurethanhærdningsmiddel

Med den hurtige udvikling inden for polyurethan er dets hærdningsmiddel også blevet produceret og hurtigt udviklet.

Polyurethan-hærdningsmidler anvendes inden for limstoffer, trykpastaer og blæk til at forbedre klæbningsevnen og øge vaskfastheden; som ekstern krydsbindingsagent anvendt i trælakker, maling, læderfinishmidler mv. kan det bevare høj glans, forbedre hårdhed og øge vand- og opløsningsmiddelsbestandighed samt andre egenskaber.

I nogle ovnblandede malingssystemer, såsom på rullestålsmaling, bruges der oftest lukkede polyurethan-hærdningsmidler. Efter opvarmning og afdækning hærder de, og overfladen får bedre sejhed, vejrfasthed og ridsebestandighed efter filmdannelse.

I nogle højtkvalitets møbelindustrier, såsom med matte træmaling, har klarlakbehandlingen med et eksternt matningsmiddel lav gennemsigtighed og ringe modstandsdygtighed over for medier. Ved brug af herdemidler kan slukkevirkningen opnås på molekylært plan. Den samme type maling kan, kombineret med forskellige strukturer af matte herdemidler, opnå den glansgrad, vi har brug for.

Inden for nogle områder af fleksibel fødevareemballage anvendes der typisk opløsningsmidlebaserede aromatiske polyurethan-herdemidler, såsom TDI-TMP-addukter. I de senere år har forskere arbejdet på at udvikle herdemidler med lavt indhold af fri NCO samt alternative alifatiske polyurethan-herdemidler af hensyn til fødevaresikkerhed.