Tutustu polyuretaanikovettajien maailmaan

Polyuretaanikovetin viittaa yleensä kahden komponentin polyuretaanituotteissa isosyanaattiryhmiä (NCO) sisältävään komponenttiin, jota käytetään pääasiassa yhdessä aktiivisen vetyä sisältävien komponenttien kanssa. Yleisiä aktiivista vetyä sisältäviä komponentteja ovat muun muassa eteeripolyoleet, polyesterialkoholit, epoksiharjat, hydroksyyliryhmälliset akryylipohjaiset harjat jne. Näissä tuotteissa kovettimien lisääminen voi parantaa paitsi tuotteen ristisidontastea ja sisäistä energiaa, myös lopputuotteen lujuutta ja säänsuojaa. Polyuretaanikovettimia on käytetty laajasti mm. liimoissa, pinnoitteissa ja musteissa.

Polyuretaanikovettimien luokittelu

Polyuretaanikovettimille voidaan tehdä jakautuminen kolmeen luokkaan: liuotepohjaiset, vesileviät ja suljetut tyypit.

Liuotepohjainen kovettaja

Useimmissa perinteisissä tuotteissa käytetään yleensä liuotepohjaisia kovettimia, jotka antavat tuotteelle paremman lujuuden, säänsuojan, mekaaniset ominaisuudet jne.

Yleinen liuottimipohjaisten kovettimien aineskoostumus

Joidenkin yleisesti käytettyjen polyisosyanaattien rakennekaavat

Veteen sekoittuva kovettaja

Ihmisten ympäristönsuojelutietoisuuden kasvaessa vesipohjaiset polyuretaanimateriaalit saavat vähitellen enemmän huomiota. Kaksikomponenttisissa vesipohjaisissa polyuretaanituotteissa isosyanaattikomponentit ovat ratkaisevassa asemassa. Nykyinen yleinen menetelmä on saavuttaa dispersio vedessä hydrofiilisen modifioinnin avulla isosyanaatteihin. Modifiointimenetelmät perustuvat pääasiassa ei-ionisevaan, anionisevaan sekä anionisevaan ei-ionisevaan modifiointiin.

Ei-ioninen modifiointi

Ei-ioninen modifiointi perustuu pääasiassa polyetyleeniglykoli-monometyylieterin (MPEG) tai polyetyleeniglykolin (PEG) käyttöön polyisosyanaattien hydrofiiliseen modifiointiin. Tällä tavoin muunnettu polyuretaanikovettaja on paitsi hieman hydrofiilinen myös siten, että jäljelle jäävät NCO-ryhmät ovat kapseloituja, mikä mahdollistaa sen pysymisen stabiilina vedessä tietyn ajan.

Epäionisten muunnettujen aineiden yleinen koostumus

Anioninen muunnos

Hydrofiiliset polyisosyanaatit voidaan myös saada ionimuunnosten kautta. Yleiset ionimuunnosmenetelmät sisältävät esimerkiksi karbokyylihapon ja sulfonihapon muunnokset. Karbokyylihapon muunnos tapahtuu yleensä käyttämällä dimetyyliolipropionihappoa (DMPA), kun taas sulfonihapon muunnos käyttää yleensä etyleenidiamiinietaanisulfonaattia ja aminosulfonaattia. Näillä menetelmillä tuodaan karbokyyli- tai sulfonihapporyhmiä molekyyliketjuun, jolloin polyuretaanikovet voivat emulgoida vedessä.

Anionisesti muunnettujen aineiden yleinen koostumus

Polyisosyanaatit: HDI-trimeeri, HDI-biureetti, TDI-TMP-adduukit

Hydrofiiliset monomeerit: polyetyleeniglykoli-metyylietereitä, 3-(sykloheksyyliamino)-1-propionihappo, polyetyleeniglykoli-metyylietereitä, dihydroksimetyylipropionihappo

Suolatuksia: N,N-dimetyyliisykloheksyyliamiini, tryyliamiini

Negatiivinen ei-ioninen modifiointi

Tällä hetkellä ei-ioninen modifiointi suoritetaan yleensä polyeteeniglykolin monometyylieterillä, mutta monometyylieterin lisääminen voi aiheuttaa vesikestävyysongelmia ja kiteytymisalttiutta. Vaikka ioninen modifiointi voi ratkaista vesikestävyysongelmat, se edellyttää korkeaa liuoksen pH-arvoa. Anionisen ja ei-ionisen modifiointimenetelmän yhdistäminen voi tehokkaasti korvata edellä mainitut ongelmat.

Yleinen anionisen ei-ionisen modifiointiaineen koostumus

Polyisosyanaatit: HDI-trimeeri, HDI-biureetti, TDI-TMP-adduukit

Hydrofiiliset monomeerit: 3-(sykloheksyyliamiini)-1-propaanihappo, dihydroksimetyylipropaanihappo

Suolatuksia: N,N-dimetyyliisykloheksyyliamiini, tryyliamiini

Suljettu polyuretaanikovetusaine

Kovetuksen komponenteissa olevat NCO-ryhmät ovat erittäin reaktiivisia ja voivat reagoida ilman kosteuden kanssa huonelämpötilassa, mikä johtaa aineen pilaantumiseen. Varastoinnin helpottamiseksi ja raaka-aineiden hukkien vähentämiseksi sulkeutumisaineella voidaan reagoida NCO-ryhmien kanssa tuottaakseen huonelämpötilassa stabiiliin suljetun kovetusaineen.

Suljetut kovettajat voidaan lämmittää palauttamaan niiden alkuperäinen isosyanaattirakenne ja reagoimaan hydroksyyliä sisältävien komponenttien kanssa. Kaavaussuunnittelun ajatus on yleensä esittää sulkuaine suolapohjaisiin ja veteen dispersoituihin polyuretaanikovettimiin, jotka on mainittu edellä, estämään ylimääräiset NCO-ryhmät. Erilaisten sulkuaineiden avaamislämpötilat vaihtelevat, ja voimme myös valita eri sulkuaineita tiettyjen käyttöskenaarioiden mukaan. Yleisimmät sulkuaineet ja niiden avaamislämpötilat on esitetty alla olevassa taulukossa.

Yleisimmät sulkuaineet ja niiden avaamislämpötilat

Tiivistysaine	Avaamislämpötila/℃
Kaprolaktaami	175-200
ETANOLI	180-185
Metyylietyylkioksokiimi	140-150
Fenyli	140-145
3,5-dimetyylipyrazoli	130-150
Asetonihappo	130-140
Etyyliasetaasetaatti	125-150
Dietyylimalonaatti	130-140
Imidatsolit	130-140
Natriumbisulfiitti	50-70

Polyuretaanikovetimen käyttö

Polyuretaanin nopean kehityksen myötä sen kovetin on myös tuotettu ja kehittynyt nopeasti.

Polyuretaanikovettimia käytetään liimoissa, painemassassa ja musteissa sitoutumisominaisuuksien parantamiseen ja pesunkestävyyden lisäämiseen; ulkoisena ristisidosaineena niitä käytetään puukuoressa, maaleissa, nahkankäsittelyaineissa jne., jolloin voidaan säilyttää korkea kiilto, parantaa kovuutta sekä veden- ja liuottimenkestävyyttä ja muita ominaisuuksia.

Joidenkin paahdettujen maalijärjestelmien, kuten kelikkoteräksen maalin, kohdalla käytetään pääasiassa suljettuja polyuretaanikovettimia. Lämpökäsittelyn jälkeen tapahtuu avaaminen ja kovettuminen, ja pinnoitteella on parempi sitkeys, säännkestävyys ja naarmuuntumisvastus kalvon muodostuttua.

Joidenkin korkealaatuisten huonekaluteollisuuden alojen, kuten mattapintaisen puun maalin, kohdalla ulkoisella mattasella varustettu läpinäkyvä lakka-anturi on heikosti läpinäkyvä ja heikosti kestävä mediaa vastaan. Kovan aineen käytön kautta häivytysefekti voidaan saavuttaa molekyyli rakenteesta lähtien. Saman tyyppinen maali, yhdistettynä eri rakenteisiin matteihin kovettimiin, voi saavuttaa tarvitsemamme kiillon.

Joidenkin elintarvikkeiden joustavan pakkauksen alojen kohdalla liuottimipohjaisia aromaattisia polyuretaanikovettimia, kuten TDI-TMP-addukteja, käytetään pääasiassa. Viime vuosina tutkijat ovat sitoutuneet kehittämään vähäisiä vapaita NCO-kovettimia ja vaihtoehtoisia alifaattisia polyuretaanikovettimia elintarviketurvallisuuden näkökohdista.