Να σας εισάγει στον κόσμο των σκληρυντών πολυουρίας

Ο σκληρυντικός πολυουρεθάνης αναφέρεται συνήθως στο συστατικό που περιέχει ομάδες ισοκυάνιου (NCO) σε δισυστατικά προϊόντα πολυουρεθάνης και χρησιμοποιείται κυρίως σε συνδυασμό με συστατικά που περιέχουν ενεργά υδρογόνα. Τα συνηθισμένα συστατικά που περιέχουν ενεργά υδρογόνα περιλαμβάνουν πολυαιθέρες πολυολών, πολυεστέρες πολυολών, εποξυδικές ρητίνες, υδροξυλικές ακρυλικές ρητίνες κ.ά. Σε αυτά τα προϊόντα, η προσθήκη σκληρυντικών μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει το βαθμό διασύνδεσης και την εσωτερική ενέργεια του προϊόντος, αλλά και να ενισχύσει την αντοχή και την ανθεκτικότητα του τελικού προϊόντος στις καιρικές συνθήκες. Οι σκληρυντικοί πολυουρεθάνης έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε τομείς όπως κόλλες, επιχρίσματα, μελάνια κ.ά.

Κατηγοριοποίηση των σκληρυντικών πολυουρεθάνης

Όσον αφορά τους σκληρυντικούς πολυουρεθάνης, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες: με διαλύτη, διασπειρόμενους στο νερό και κλειστού τύπου.

Σκληρυντικός με διαλύτη

Για τα περισσότερα παραδοσιακά προϊόντα, χρησιμοποιούνται συνήθως σκληρυντικά με διαλύτη, τα οποία προσδίδουν στο προϊόν καλύτερη αντοχή, ανθεκτικότητα στις καιρικές συνθήκες, μηχανικές ιδιότητες κ.ά.

Κοινή σύσταση ουσιών διαλυτικών βασισμένων σε σκληρυντές

Δομικοί τύποι ορισμένων συνηθισμένων πολυϊσοκυανικών

Σκληρυντής διασποράς σε νερό

Με την αυξανόμενη ευαισθητοποίηση του κοινού για την προστασία του περιβάλλοντος, τα υδατοδιαλυτά υλικά πολυουρεθάνης λαμβάνουν σταδιακά προσοχή. Σε προϊόντα δισυστατικής υδατοδιαλυτής πολυουρεθάνης, τα συστατικά ισοκυανικού παίζουν σημαντικό ρόλο. Η τρέχουσα συνηθισμένη προσέγγιση είναι η επίτευξη διασποράς στο νερό μέσω υδρόφιλης τροποποίησης των ισοκυανικών. Οι κύριες μέθοδοι τροποποίησης περιλαμβάνουν μη ιονική τροποποίηση, ανιονική τροποποίηση και ανιονική μη ιονική τροποποίηση.

Μη ιονική τροποποίηση

Η μη ιονική τροποποίηση περιλαμβάνει κυρίως υδρόφιλη τροποποίηση πολυϊσοκυανικών χρησιμοποιώντας μονομεθυλοαιθέρα πολυαιθυλενογλυκόλης (MPEG), πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) κ.λπ. Ο τροποποιημένος σκληρυντής πολυουρεθάνης δεν έχει μόνο ορισμένη υδροφιλικότητα, αλλά και τα υπόλοιπα ομάδια NCO είναι ενσωματωμένα, επιτρέποντάς του να παραμένει σταθερό στο νερό για κάποιο χρονικό διάστημα.

Συνηθισμένη Σύνθεση Μη Ιοντικών Τροποποιημένων Ουσιών

Ανιονική τροποποίηση

Οι υδρόφιλοι πολυϊσοκυανικοί μπορούν επίσης να ληφθούν μέσω ιοντικής τροποποίησης. Οι συνηθισμένες μέθοδοι ιοντικής τροποποίησης περιλαμβάνουν την τροποποίηση με καρβοξυλικά, την τροποποίηση με θειωτικά, κ.λπ. Η τροποποίηση με καρβοξυλικά γίνεται συνήθως με διμεθυλολοπροπιονικό οξύ (DMPA), ενώ η τροποποίηση με θειωτικά γίνεται συνήθως με αιθανοδιαμίνη-αιθανοθειωτικό και αμινοθειωτικά, κ.λπ. Εισάγουν καρβοξυλικές ή θειοξικές ομάδες στη μοριακή αλυσίδα, ώστε οι σκληρυντές πολυουρίας να μπορούν να εμφυλιστούν στο νερό.

Συνηθισμένη Σύνθεση Ανιονικών Τροποποιημένων Ουσιών

Πολυϊσοκυανικά: Τριμερές HDI, βιουρέτ HDI, προσθετικά TDI-TMP

Υδρόφιλα μονομερή: μονομεθυλαιθέρας πολυαιθυλενίου, 3-(κυκλοεξυλαμίνη)-1-προπιονικό οξύ, μονομεθυλαιθέρας πολυαιθυλενίου, διυδροξυμεθυλοπροπιονικό οξύ

Παράγοντες αλάτωσης: Ν,Ν-διμεθυλοκυκλοεξυλαμίνη, τριαιθυλαμίνη

Αρνητική μη ιοντική τροποποίηση

Προς το παρόν, η μη ιοντική τροποποίηση πραγματοποιείται συνήθως με πολυαιθυλενογλυκόλη μονομεθυλαιθέρα για τροποποίηση, αλλά η εισαγωγή μονομεθυλαιθέρα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα αντοχής στο νερό και τάση για κρυστάλλωση. Αν και η ιοντική τροποποίηση μπορεί να λύσει τα προβλήματα αντοχής στο νερό, απαιτεί υψηλό pH του διαλύματος. Η μικτή τροποποίηση ανιόντων και μη ιόντων μπορεί αποτελεσματικά να ξεπεράσει τα παραπάνω προβλήματα.

Κοινή σύσταση ουσιών για ανιοντική μη ιοντική τροποποίηση

Πολυϊσοκυανικά: Τριμερές HDI, βιουρέτ HDI, προσθετικά TDI-TMP

Υδρόφιλα μονομερή: 3-(κυκλοεξυλαμίνη)-1-προπιονικό οξύ, διυδροξυμεθυλοπροπιονικό οξύ

Παράγοντες αλάτωσης: Ν,Ν-διμεθυλοκυκλοεξυλαμίνη, τριαιθυλαμίνη

Κλειστός επιδότης πολυουρεθάνης

Οι ομάδες NCO στα συστατικά του επιδότη έχουν υψηλή δραστικότητα και μπορούν να αντιδράσουν με το νερό στην ατμόσφαιρα σε θερμοκρασία δωματίου, προκαλώντας φθορά. Για να διευκολυνθεί η αποθήκευση και να μειωθεί η απώλεια πρώτων υλών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας σφραγιστικός παράγοντας που αντιδρά με το NCO για να παράγει έναν σταθερό κλειστό παράγοντα σκλήρυνσης σε θερμοκρασία δωματίου.

Οι κλειστοί παράγοντες σκλήρυνσης μπορούν να θερμανθούν για να αποκατασταθεί η αρχική δομή ισοκυανικού τους και να αντιδράσουν με συστατικά που περιέχουν υδροξύλιο. Η ιδέα σχεδιασμού του τύπου είναι γενικά να εισαχθεί ένας παράγοντας σφράγισης με βάση τους κοινούς δυσδιάλυτους σε νερό και διαλυτούς σε διαλύτη σκληρυντές πολυουρεθάνης που αναφέρθηκαν παραπάνω, προκειμένου να αποκλειστούν οι περίσσεις ομάδες NCO. Η θερμοκρασία αποσφράγισης διαφορετικών σφραγιστικών ποικίλλει, και μπορούμε επίσης να επιλέξουμε διαφορετικά σφραγιστικά ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες χρήσης. Τα συνηθισμένα σφραγιστικά και οι θερμοκρασίες αποσφράγισής τους φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Συνηθισμένα σφραγιστικά και οι θερμοκρασίες αποσφράγισής τους

Σφραγιστικό	Θερμοκρασία αποσφράγισης/℃
Καπρολάκταμο	175-200
ΑΙΘΑΝΟΛ	180-185
Μεθυλ ηθυλ κετοξίμη	140-150
Φαινόλη	140-145
3,5-διμεθυλοπυραζόλη	130-150
Οξίμιο ακετόνης	130-140
Αιθυλικό οξικοοξικικό	125-150
Διαιθυλικό μαλονικό	130-140
Ιμιδαζόλες	130-140
Υδροβιθειϊκό νάτριο	50-70

Εφαρμογή σκληρυντικού πολυουρεθάνης

Με τη γρήγορη ανάπτυξη της πολυουρεθάνης, το σκληρυντικό της επίσης παράχθηκε και αναπτύχθηκε γρήγορα.

Τα σκληρυντικά πολυουρεθάνης χρησιμοποιούνται σε επικολλητικά, μελάνια εκτύπωσης και μελάνια για τη βελτίωση της συνεκτικής απόδοσης και την ενίσχυση της αντοχής στο πλύσιμο· Ως εξωτερικός παράγοντας διασύνδεσης που χρησιμοποιείται σε υδατούχα χρώματα ξύλου, βερνίκια, παράγοντες τελειοποίησης δερμάτων κ.λπ., μπορεί να διατηρήσει υψηλή λάμψη, να βελτιώσει τη σκληρότητα και να ενισχύσει την αντοχή στο νερό, στους διαλύτες και σε άλλες ιδιότητες.

Σε ορισμένα συστήματα ψησίματος βαφών, όπως στα χρώματα για ελαστικό χάλυβα, χρησιμοποιείται κυρίως κλειστό σκληρυντικό πολυουρεθάνης. Μετά τη θέρμανση και το άνοιγμα, σκληραίνεται, και το επίστρωμα παρουσιάζει καλύτερη ολκιμότητα, αντοχή στις καιρικές συνθήκες και αντοχή στις γρατζουνιές μετά το σχηματισμό του φιλμ.

Σε ορισμένες υψηλής ποιότητας βιομηχανίες επίπλωσης, όπως στο βαφή ξύλου με ματ, η διαύγεια της επίστρωσης λακού με εξωτερικό παράκτη ματ είναι χαμηλή και η αντίσταση στα μέσα είναι κακή. Μέσω της χρήσης σκληρυντών, το αποτέλεσμα εξαφάνισης μπορεί να επιτευχθεί από τη μοριακή δομή. Το ίδιο είδος βαφής, σε συνδυασμό με διαφορετικές δομές ματ σκληρυντών, μπορεί να επιτύχει το γυαλό που χρειαζόμαστε.

Σε ορισμένους τομείς εύκαμπτης συσκευασίας τροφίμων, χρησιμοποιούνται κυρίως σκληρυντές αρωματικής πολυουρίανης με διαλύτη, όπως οι ενώσεις TDI-TMP. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές αφιερώνονται στην ανάπτυξη σκληρυντών με χαμηλή περιεκτικότητα σε ελεύθερο NCO και εναλλακτικούς αλειφατικούς πολυουρίανης σκληρυντές για λόγους ασφάλειας των τροφίμων.