เทคนิคการเชื่อมขวางสำหรับโพลียูรีเทนน้ำและสารเชื่อมขวางที่ใช้กันทั่วไป

ทำไมการเคลือบบางอย่างจะอยู่ได้นานขึ้นและต้านทานความเสียหายได้ดีขึ้น? ความลับอยู่ในการเชื่อมขวาง พอลิเมอร์น้ำพอลิเมอร์อเนกประสงค์เพิ่มความทนทานที่เพิ่มขึ้นผ่านการเชื่อมขวาง ในบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับเทคนิคการเชื่อมขวางและตัวแทนที่เปลี่ยนโพลียูรีเทนในน้ำให้กลายเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพ เราจะสำรวจผลประโยชน์ความท้าทายและแนวโน้มในอนาคตของเคมีพอลิเมอร์ ค้นพบว่านวัตกรรมเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อการใช้งานอุตสาหกรรมและผลักดันความก้าวหน้าในวัสดุที่ยั่งยืนอย่างไร

ทำความเข้าใจกับการเชื่อมขวางในโพลียูรีเทนในน้ำ

คำจำกัดความของการเชื่อมขวาง

การเชื่อมขวางเกิดขึ้นเมื่อโซ่พอลิเมอร์เชื่อมต่อผ่านพันธะเคมีสร้างเครือข่าย แทนที่จะเป็นเส้นแยกโซ่เหล่านี้เชื่อมโยงเข้าด้วยกันสร้างโครงสร้างที่แข็งแกร่งและมีเสถียรภาพมากขึ้น ในโพลียูรีเทนน้ำ crosslinking จะเปลี่ยนโซ่โมเลกุลจากรูปแบบเชิงเส้นหรือกิ่งส่วนใหญ่เป็นเครือข่ายสามมิติ เครือข่ายนี้ปรับปรุงความแข็งแรงและความทนทานโดยรวมของวัสดุ

คิดว่ามันเหมือนกับการเชื่อมต่อเชือกกับนอต เมื่อเชือกหลวมพวกเขาสามารถยืดและแตกได้ง่าย แต่เมื่อผูกเข้าด้วยกันหลายจุดพวกเขาจะยากและต้านทานการดึงออกจากกัน ในทำนองเดียวกันโพลีเมอร์ crosslinked ต้านทานการเสียรูปและความเสียหายได้ดีขึ้น

ประโยชน์ของการเชื่อมขวางในโพลียูรีเทน

crosslinking polyurethane waterborne มีข้อได้เปรียบมากมาย:

• ปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกล: โครงสร้างเครือข่ายต่อต้านการฉีกขาดและยืด ซึ่งหมายถึงการเคลือบหรือฟิล์มที่ทำจากโพลียูรีเทนเชื่อมขวางอยู่ได้นานขึ้นภายใต้ความเครียด

• ความต้านทานน้ำที่ดีขึ้น: ฟิล์มเชื่อมขวางป้องกันโมเลกุลของน้ำจากการเจาะได้ง่าย สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความทนทานในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือเปียก

• ความต้านทานทางเคมีที่เพิ่มขึ้น: เครือข่ายหนาแน่นบล็อกสารเคมีจากการทำลายโซ่พอลิเมอร์ ช่วยปกป้องพื้นผิวจากกรดฐานและตัวทำละลาย

• เสถียรภาพทางความร้อนที่สูงขึ้น: พอลิเมอร์เชื่อมขวางทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยไม่หลอมละลายหรือทำให้เสียรูป สิ่งนี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่สัมผัสกับความร้อน

• ความสามารถในการละลายลดลง: ซึ่งแตกต่างจากโพลีเมอร์เชิงเส้นที่ละลายหรือพองตัวในตัวทำละลาย crosslinked ที่ยังคงอยู่ยังคงอยู่รักษารูปร่างและฟังก์ชั่นของพวกเขา

ประโยชน์เหล่านี้ทำให้โพลียูรีเทนน้ำ crosslinked เหมาะสำหรับการเคลือบกาวและยาแนวที่ต้องการประสิทธิภาพในระยะยาว

ประเภทของวิธีการเชื่อมขวาง

การเชื่อมขวางในโพลียูรีเทนน้ำส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านสองวิธี: ภายในและภายนอก

• การเชื่อมขวางภายใน: วิธีนี้แนะนำโมเลกุลมัลติฟังก์ชั่นระหว่างการสังเคราะห์พอลิเมอร์ ตัวอย่างเช่นแอลกอฮอล์ trifunctional หรือ isocyanates แทนที่ diols หรือ diisocyanates บางส่วน ส่วนประกอบมัลติฟังก์ชั่นเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นจุดแตกแขนงเชื่อมต่อโซ่พอลิเมอร์ภายใน ผลที่ได้คือพอลิเมอร์เชื่อมขวางบางส่วนกระจายตัวในน้ำเป็นอิมัลชัน การเชื่อมขวางภายในช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของฟิล์มโดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่งเพิ่มเติมในระหว่างการใช้งาน

• การเชื่อมขวางภายนอก: การเชื่อมขวางภายนอกเกิดขึ้นหลังจากการกระจายโพลียูรีเทน สารเชื่อมขวางแยกต่างหากจะถูกผสมลงในโพลียูรีเทนน้ำก่อนการใช้งาน เมื่อการเคลือบแห้งหรือถูกทำให้ร้อนตัวแทนจะทำปฏิกิริยากับกลุ่มการทำงานบนโซ่พอลิเมอร์ ระบบสององค์ประกอบนี้ช่วยให้สามารถปรับคุณสมบัติของฟิล์มได้โดยการเปลี่ยนประเภทหรือปริมาณของ crosslinker อย่างไรก็ตามมันต้องมีการผสมอย่างระมัดระวังและมีชีวิตที่ จำกัด

วิธีการเชื่อมขวางอื่น ๆ รวมถึงการเชื่อมขวางที่เกิดจากรังสีหรือการเชื่อมขวางทางกายภาพ แต่การเชื่อมขวางทางเคมีผ่านวิธีการภายในหรือภายนอกเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในระบบโพลียูรีเทนในน้ำ

แต่ละวิธีมีการแลกเปลี่ยนระหว่างความสะดวกในการประมวลผลคุณสมบัติฟิล์มและความมั่นคง การเลือกวิธีการที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันสำหรับความทนทานความยืดหยุ่นและความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม

เทคนิคการเชื่อมขวางภายใน

บทบาทของแอลกอฮอล์ trifunctional และ isocyanates

การเชื่อมขวางภายในเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์โพลียูรีเทนในน้ำ แทนที่จะใช้ diols หรือ diisocyanates อย่างง่ายเราแนะนำโมเลกุล trifunctional หรือ multifunctional โมเลกุลเหล่านี้มีไซต์ปฏิกิริยาสามแห่งขึ้นไปที่เชื่อมต่อโซ่พอลิเมอร์ภายใน ตัวอย่างเช่นแอลกอฮอล์ trifunctional มีกลุ่มไฮดรอกซิลสามกลุ่มทำให้สามารถเชื่อมโยงกับโซ่หลายตัว ในทำนองเดียวกัน isocyanates trifunctional มีสามกลุ่ม isocyanate ที่ทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลในโพลีออล

หน่วยการสร้างมัลติฟังก์ชั่นเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนจุดเชื่อมต่อสร้างเครือข่ายภายในพอลิเมอร์ ลองนึกภาพตาข่ายตกปลา: นอตที่เส้นตรงพบกันเหมือนโมเลกุล trifunctional เหล่านี้ที่ถือโซ่เข้าด้วยกัน รูปแบบเครือข่ายภายในนี้ในระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชันดังนั้นอิมัลชันโพลียูรีเทนจึงมีโครงสร้างเชื่อมขวางบางอย่างก่อนการใช้งาน

ข้อดีของการเชื่อมขวางภายใน

ข้อดีอย่างหนึ่งคือความเรียบง่าย เนื่องจากการเชื่อมขวางเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์จึงไม่จำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งเพิ่มเติมในภายหลัง สิ่งนี้จะช่วยลดความซับซ้อนของสูตรและข้อผิดพลาดในการผสมที่อาจเกิดขึ้น อิมัลชันยังคงมีเสถียรภาพและง่ายต่อการจัดการ

การเชื่อมขวางภายในยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานน้ำ โครงสร้างเครือข่าย จำกัด การเคลื่อนไหวของโซ่ทำให้ภาพยนตร์เรื่องสุดท้ายรุนแรงขึ้นและมีโอกาสน้อยที่จะบวมในน้ำ มันช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนเช่นกันเนื่องจากโซ่เชื่อมขวางต้านทานการเสียรูปความร้อนได้ดีขึ้น

ยิ่งไปกว่านั้นการเชื่อมขวางภายในมักจะนำไปสู่ความสม่ำเสมอของภาพยนตร์ที่ดีขึ้น เนื่องจาก crosslinks เกิดขึ้นในระหว่างการเจริญเติบโตของพอลิเมอร์เครือข่ายจึงเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นในวัสดุ สิ่งนี้สามารถปรับปรุงความชัดเจนและความเรียบเนียนของพื้นผิวในการเคลือบ

ความท้าทายและข้อ จำกัด

อย่างไรก็ตามการเชื่อมขวางภายในมีความท้าทายบางอย่าง การควบคุมระดับของการเชื่อมขวางเป็นเรื่องยุ่งยาก การเชื่อมขวางมากเกินไปสามารถทำให้พอลิเมอร์แข็งหรือเปราะมากลดความยืดหยุ่น น้อยเกินไปอาจให้การปรับปรุงความทนทานไม่เพียงพอ

นอกจากนี้เมื่อพอลิเมอร์ถูกสังเคราะห์ความหนาแน่นของ crosslink จะได้รับการแก้ไข คุณไม่สามารถปรับคุณสมบัติฟิล์มได้ในภายหลังโดยเพิ่ม crosslinkers เพิ่มเติม สิ่งนี้ จำกัด การปรับแต่งสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือปัญหาการประมวลผลที่อาจเกิดขึ้น อิมัลชันที่เชื่อมขวางอย่างสูงอาจมีความหนืดสูงกว่าส่งผลกระทบต่อความสามารถในการพ่นหรือการไหล การปรับสมดุลความหนาแน่นของ crosslink และความสามารถในการประมวลผลต้องใช้การควบคุมสูตรอย่างระมัดระวัง

ในที่สุดการเชื่อมขวางภายในอาจไม่ได้รับความหนาแน่น crosslink สูงสุดที่เป็นไปได้ วิธีการเชื่อมขวางภายนอกมักจะให้โครงสร้างเครือข่ายที่แข็งแกร่งขึ้นเนื่องจาก crosslinkers ตอบสนองในระหว่างการสร้างภาพยนตร์ช่วยให้การสร้างเครือข่ายที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

แม้จะมีข้อ จำกัด เหล่านี้การเชื่อมขวางภายในยังคงเป็นที่นิยมในการผลิตโพลียูรีเทนน้ำที่มีความทนทานและความเสถียรที่ดีขึ้น ความสะดวกในการใช้งานและโครงสร้างเครือข่ายโดยธรรมชาติทำให้เป็นเทคนิคที่มีค่าในการเคลือบและแอพพลิเคชั่นกาว

เทคนิคการเชื่อมขวางภายนอก

วิธีการระบบสององค์ประกอบ

การเชื่อมขวางภายนอกในโพลียูรีเทนในน้ำมักจะทำงานเป็นระบบสององค์ประกอบ เราใช้การกระจายตัวของโพลียูรีเทนฐานและผสมกับเอเจนต์เชื่อมขวางแยกต่างหากก่อนการใช้งาน การผสมนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีในระหว่างการก่อตัวของฟิล์มหรือหลังจากการอบแห้งสร้างเครือข่ายเชื่อมขวาง ส่วนประกอบทั้งสองแยกกันจนกว่าจะรวมกันซึ่งมีความยืดหยุ่นในการจัดการและการจัดเก็บ

วิธีการนี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถปรับคุณสมบัติของภาพยนตร์เรื่องสุดท้ายได้โดยการเปลี่ยนประเภทหรือปริมาณของ crosslinker ที่เพิ่มเข้ามา ตัวอย่างเช่นการเพิ่ม crosslinker มากขึ้นโดยทั่วไปจะเพิ่มความแข็งของฟิล์มและความต้านทานทางเคมี ตัวแทนเชื่อมขวางทำปฏิกิริยากับกลุ่มการทำงานบนโซ่โพลียูรีเทนเช่นกลุ่มไฮดรอกซิลหรือคาร์บอกซิลซึ่งเป็นพันธะโควาเลนต์ที่เชื่อมโยงโซ่เข้าด้วยกัน

การปรับประสิทธิภาพด้วยตัวแทนเชื่อมขวาง

การใช้ crosslinkers ภายนอกช่วยให้เราปรับประสิทธิภาพการทำงานของฟิล์มตามความต้องการเฉพาะ ตัวแทนเชื่อมขวางที่แตกต่างกันให้ประโยชน์ที่ไม่ซ้ำกัน:

• polyisocyanate crosslinkers: เหล่านี้ทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลเพื่อสร้างการเชื่อมโยงยูรีเทนที่แข็งแกร่ง polyisocyanates hydrophilic กระจายตัวได้ดีในน้ำทำให้เหมาะสำหรับระบบน้ำ พวกเขาปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลความต้านทานทางเคมีและความเสถียรทางความร้อน

• Aziridine crosslinkers: aziridines ตอบสนองอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้องกับกลุ่ม carboxyl และ hydroxyl เพิ่มความต้านทานน้ำ พวกเขามีประสิทธิภาพ แต่เป็นพิษและมีกลิ่นแอมโมเนียที่แข็งแกร่งดังนั้นพวกเขาจึงต้องการการจัดการอย่างระมัดระวัง

• polycarbodiimide crosslinkers: เหล่านี้ทำปฏิกิริยากับกลุ่มคาร์บอกซิลภายใต้สภาวะที่เป็นกรด การเชื่อมขวางของพวกเขาเกิดขึ้นในระหว่างการอบแห้งของฟิล์มเมื่อค่า pH ลดลงทำให้การยึดเกาะที่ดีขึ้นและความต้านทานความชื้น พวกเขามีชีวิตหม้อที่ยาวนานขึ้นและสีเหลืองน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ aziridines

ด้วยการเลือก crosslinker ที่เหมาะสมและปริมาณสูตรสามารถสร้างสมดุลระหว่างความเหนียวความยืดหยุ่นและความทนทาน ตัวอย่างเช่นการเพิ่มเนื้อหา polyisocyanate ช่วยเพิ่มความแข็ง แต่อาจลดความยืดหยุ่น การปรับระดับ aziridine สามารถเพิ่มความต้านทานต่อน้ำ แต่ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความเป็นพิษ

ข้อกำหนดด้านชีวิตและการเตรียมการของหม้อ

การพิจารณาที่สำคัญอย่างหนึ่งในการเชื่อมขวางภายนอกคือชีวิตของหม้อ - เวลาที่ใช้งานได้หลังจากผสมทั้งสององค์ประกอบ เนื่องจาก crosslinker ทำปฏิกิริยากับโพลียูรีเทนส่วนผสมจะค่อยๆหนาขึ้นและสูญเสียความสามารถในการใช้งาน อายุการใช้งานหม้อทั่วไปอยู่ในช่วงไม่กี่ชั่วโมงถึง 12 ชั่วโมงขึ้นอยู่กับประเภทและความเข้มข้นของ crosslinker

ตัวอย่างเช่น:

• Polyisocyanate crosslinking ระบบมักจะมีอายุการใช้งานหม้อ 4 ถึง 6 ชั่วโมง นอกเหนือจากนี้ส่วนผสมจะมีความหนืดเกินกว่าที่จะใช้อย่างราบรื่น

• ระบบ Aziridine มักจะต้องใช้ภายใน 24 ชั่วโมงเนื่องจากความเสี่ยงของการโพลีเมอไรเซชันด้วยตนเอง

• polycarbodiimide crosslinkers มีอายุการใช้งานหม้อที่ยาวนานขึ้นประมาณ 12 ชั่วโมงช่วยให้หน้าต่างแอปพลิเคชันที่ยืดหยุ่นมากขึ้น

เนื่องจากอายุการใช้งานหม้อ จำกัด การเชื่อมขวางภายนอกต้องใช้การผสมที่แม่นยำก่อนการใช้งาน อุปกรณ์จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกระจายตัวของ crosslinker ในการกระจายตัวของยูรีเทน การผสมที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการบ่มหรือข้อบกพร่องที่ไม่สม่ำเสมอในภาพยนตร์เรื่องสุดท้าย

นอกจากนี้ระบบผสมมักจะต้องถูกปิดผนึกเพื่อป้องกันปฏิกิริยาก่อนวัยอันควรด้วยความชื้นหรืออากาศ การควบคุมอุณหภูมิในระหว่างการจัดเก็บและแอปพลิเคชันจะมีผลต่อชีวิตของหม้อและประสิทธิภาพของฟิล์ม

โดยสรุปเทคนิคการเชื่อมขวางภายนอกเป็นวิธีที่หลากหลายในการปรับปรุงฟิล์มโพลียูรีเทนในน้ำ พวกเขาอนุญาตให้ปรับจูนคุณสมบัติผ่านตัวเลือก crosslinker และขนาด แต่ต้องการการเตรียมการอย่างระมัดระวังและเวลาในระหว่างการใช้งาน

สารเชื่อมขวางที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโพลียูรีเทนในน้ำ

การเคลือบโพลียูรีเทนในน้ำพึ่งพาตัวแทนการเชื่อมขวางอย่างมากเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของพวกเขา ตัวแทนเหล่านี้สร้างสะพานเคมีระหว่างโซ่พอลิเมอร์สร้างเครือข่ายที่ทนทานและทนทาน ลองสำรวจประเภทหลักที่ใช้กันทั่วไปในระบบโพลียูรีเทนน้ำ

ตัวแทนการเชื่อมขวางโพลีไซยาเนต

Polyisocyanates เป็นหนึ่งใน crosslinkers ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับ polyurethanes น้ำ พวกเขามาในสองรูปแบบหลัก: ไม่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ

• polyisocyanates ที่ไม่ชอบน้ำ เช่น HDI (hexamethylene diisocyanate) trimers, IPDI (isophorone diisocyanate) trimers และ idi (isophorone diisocyanate) ไม่สามารถกระจายน้ำได้ ในการใช้ในระบบน้ำพวกเขาต้องการการผสมแรงเฉือนสูงเพื่อกระจายอย่างเหมาะสม

• polyisocyanates Hydrophilic ได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อกระจายในน้ำได้อย่างง่ายดาย สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการเคลือบโพลียูรีเทนและกาว พวกเขาทำปฏิกิริยาอย่างช้าๆด้วยน้ำรักษากลุ่ม NCO (isocyanate) ที่ใช้งานเพื่อเชื่อมโยงกับกลุ่มไฮดรอกซิลในระหว่างการสร้างภาพยนตร์ ปฏิกิริยาที่ช้านี้ช่วยปรับปรุงชีวิตของหม้อและคุณสมบัติฟิล์ม

โดยทั่วไปแล้ว crosslinkers polyisocyanate เป็นของเหลวที่ไม่ระเหย 100% แม้ว่าบางตัวจะมาในตัวทำละลายอินทรีย์เช่น butyl acetate หรือ dipropylene glycol dimethyl ether ปริมาณปกติอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1% ถึง 5% โดยน้ำหนัก การเพิ่มมากเกินไปสามารถทำให้ภาพยนตร์เรื่องนี้ยากและเปราะ ชีวิตหม้อมักใช้เวลา 4 ถึง 6 ชั่วโมงหลังจากผสมดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการจัดเก็บที่ปิดสนิทเพื่อป้องกันปฏิกิริยาก่อนวัยอันควร

Aziridine crosslinking ตัวแทน

Aziridines เป็นอีกกลุ่มหนึ่งของ crosslinkers ที่ใช้ใน polyurethanes น้ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่มที่มีกลุ่มคาร์บอกซิล พวกเขาตอบสนองอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้องกับกลุ่มคาร์บอกซิลและไฮดรอกซิลก่อตัวเป็นจุดเชื่อมขวางที่ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อน้ำ

โดยทั่วไปแล้ว Aziridines จะมีวงแหวนอะซิริดีนหลายวงทำให้มีปฏิกิริยาสูง ปริมาณของพวกเขาอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1% ถึง 4% อย่างไรก็ตามพวกเขามาพร้อมกับข้อเสีย:

• ความกังวลความเป็นพิษต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวัง

• พวกเขาปล่อยกลิ่นเหมือนแอมโมเนียที่แข็งแกร่งในระหว่างการใช้งาน

• พวกเขามีแนวโน้มที่จะโพลีเมอร์ด้วยตนเองภายใต้สภาวะที่เป็นกรด จำกัด ชีวิตหม้อประมาณ 24 ชั่วโมง

สูตรบางตัวเพิ่ม aziridines ลงในอิมัลชันอัลคาไลน์เพื่อสร้างระบบเชื่อมขวางภายในโดยการควบคุมค่า pH ปรับปรุงความเสถียร แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ปัญหาด้านความปลอดภัยและค่าใช้จ่าย จำกัด การใช้ aziridine

ตัวแทนการเชื่อมขวาง polycarbodiimide

Polycarbodiimides ได้รับความนิยมในฐานะ crosslinkers ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสำหรับ polyurethanes น้ำ พวกเขาเป็นของเหลวใสสีเหลืองอ่อนที่ปรับปรุงการยึดเกาะและความต้านทานความชื้น

สารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับกลุ่มคาร์บอกซิลเป็นหลักและการเชื่อมขวางของพวกเขาคือตัวเร่งปฏิกิริยากรด ในระหว่างการอบแห้งของฟิล์มน้ำและเป็นกลางระเหยไปลดค่า pH และกระตุ้นการเชื่อมขวาง กระบวนการนี้มักจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องให้ประหยัดพลังงาน

โดยทั่วไปแล้วปริมาณจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 5% ถึง 10% แม้ว่าบางสูตรจะใช้น้อยลง Polycarbodiimides มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น - รอบ 12 ชั่วโมง - เปรียบเทียบกับ aziridines พวกเขายังทำให้สีเหลืองน้อยลงรักษาความชัดเจนการเคลือบ

polycarbodiimides ส่วนใหญ่มีน้ำและยากที่จะกระจายในน้ำ เพื่อเอาชนะสิ่งนี้ผู้ผลิตจะปรับเปลี่ยนด้วยโซ่โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ช่วยเพิ่มความสามารถในการกระจายน้ำเพื่อสูตรที่ง่ายขึ้น

ตัวแทนเชื่อมขวางอื่น ๆ

นอกเหนือจากประเภทหลักเหล่านี้แล้ว crosslinkers อื่น ๆ อีกหลายแห่งพบว่าใช้ในระบบโพลียูรีเทนน้ำ:

• สารประกอบอีพ็อกซี่ ทำปฏิกิริยากับเอมีนหรือกลุ่มไฮดรอกซิลเพื่อสร้างเครือข่ายที่แข็งแกร่ง

• Epoxy Silanes ให้การยึดเกาะกับพื้นผิวอนินทรีย์และปรับปรุงความทนทาน

• สารประกอบ N-methylol ทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคฟอร์มัลดีไฮด์เชื่อมขวางกับกลุ่มไฮดรอกซิล

• Polyamines นำเสนอการบ่มอย่างรวดเร็วและคุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้น

crosslinker แต่ละประเภทนำมาซึ่งประโยชน์และความท้าทายที่ไม่ซ้ำกัน ตัวเลือกขึ้นอยู่กับความต้องการแอปพลิเคชันเช่นความยืดหยุ่นความแข็งความต้านทานทางเคมีและการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม

ผลของการเชื่อมขวางต่อคุณสมบัติของพอลิเมอร์

การปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกล

การเชื่อมขวางช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของโพลียูรีเทนในน้ำอย่างมาก ด้วยการเชื่อมโยงโซ่พอลิเมอร์เข้ากับเครือข่ายสามมิติทำให้โซ่ป้องกันไม่ให้เลื่อนผ่านกันและกันได้อย่างง่ายดาย เครือข่ายนี้ทำหน้าที่เหมือนเว็บแจกจ่ายกองกำลังประยุกต์ทั่วทั้งวัสดุ เป็นผลให้พอลิเมอร์ต่อต้านการฉีกขาดยืดและการเสียรูปได้ดีกว่ารุ่นที่ไม่ได้เชื่อมโยง

ตัวอย่างเช่นฟิล์ม crosslinked แสดงความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้นและความต้านทานต่อการเสียดสีที่ดีขึ้น ความแข็งหรือโมดูลัสของวัสดุยังเพิ่มขึ้นให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างมากขึ้น อย่างไรก็ตามระดับของการเชื่อมขวาง: การเชื่อมขวางปานกลางสามารถรักษาความยืดหยุ่นได้ แต่การเชื่อมขวางมากเกินไปอาจทำให้เกิดความไม่พอใจ การค้นหาความสมดุลที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเหนียวโดยไม่ลดความยืดหยุ่น

การเสริมแรงทางกลนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเคลือบกาวและยาแนวที่สัมผัสกับการสึกหรอหรือความเครียดเชิงกล มันขยายอายุการใช้งานผลิตภัณฑ์และรักษาประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรง

เพิ่มความเสถียรทางความร้อน

โพลียูรีเทนน้ำ crosslinked ที่เพิ่มขึ้นทำให้ความเสถียรทางความร้อนดีขึ้นเมื่อเทียบกับโพลีเมอร์เชิงเส้น พันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นในระหว่างการเชื่อมขวาง จำกัด การเคลื่อนไหวของโมเลกุลซึ่งต้องการพลังงานมากขึ้นในการทำลายโครงสร้าง สิ่งนี้นำไปสู่จุดหลอมเหลวที่สูงขึ้นและอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้ว (TG)

ด้วยเหตุนี้โพลียูรีเทน crosslinked สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องหลอมละลายอ่อนลงหรือสูญเสียรูปร่าง มันต่อต้านการเสียรูปแบบความร้อนและการย่อยสลายทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับความร้อน

ตัวอย่างเช่นการเคลือบ crosslinked ในชิ้นส่วนยานยนต์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รักษาความสมบูรณ์ภายใต้ความผันผวนของอุณหภูมิ ความต้านทานความร้อนนี้ยังช่วยในการประมวลผลเสถียรภาพในระหว่างขั้นตอนการบ่มและการอบแห้ง

ขอบเขตของการปรับปรุงความร้อนขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของ crosslink และลักษณะทางเคมีของ crosslinkers ที่ใช้ crosslinks มากขึ้นมักจะเพิ่ม TG และความต้านทานความร้อน แต่อีกครั้งการเชื่อมขวางที่มากเกินไปอาจลดความยืดหยุ่น

ความต้านทานทางเคมีและความสามารถในการละลาย

การเชื่อมขวางช่วยเพิ่มความต้านทานต่อสารเคมีโดยการสร้างเครือข่ายที่หนาแน่นซึ่งบล็อกตัวทำละลายและสารเคมีที่ก้าวร้าวจากโซ่พอลิเมอร์เจาะ ผลกระทบของสิ่งกีดขวางนี้ช่วยลดอาการบวมการละลายหรือการย่อยสลายเมื่อสัมผัสกับกรดฐานน้ำมันหรือตัวทำละลาย

โครงสร้างที่เชื่อมต่อถึงกัน จำกัด การเคลื่อนที่ของโซ่พอลิเมอร์ทำให้สารเคมีโจมตีหรือทำลายพันธะได้ยากขึ้น เป็นผลให้การเคลือบโพลียูรีเทน crosslinked crosslinked ป้องกันพื้นผิวจากการกัดกร่อนและความเสียหายทางเคมี

นอกจากนี้โพลีเมอร์ crosslinked ยังแสดงความสามารถในการละลายลดลง ซึ่งแตกต่างจากโพลีเมอร์เชิงเส้นที่ละลายหรือบวมได้อย่างง่ายดายวัสดุที่เชื่อมขวางยังคงไม่บุบสลายในตัวทำละลายหลายตัว สถานที่ให้บริการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเคลือบที่สัมผัสกับสารทำความสะอาดหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ตัวอย่างเช่นการเคลือบ crosslinked กับ polyisocyanates หรือ polycarbodiimides แสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อน้ำแอลกอฮอล์และสารเคมีอุตสาหกรรมทั่วไป สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความทนทานในระยะยาวและการเก็บรักษาลักษณะที่ปรากฏ

โดยสรุปการเชื่อมขวางจะเปลี่ยนโพลียูรีเทนในน้ำให้กลายเป็นวัสดุที่ทนต่อความร้อนได้มากขึ้นและมีความเสถียรทางเคมี การปรับปรุงคุณสมบัติเหล่านี้ขยายช่วงแอปพลิเคชันและปรับปรุงประสิทธิภาพในเงื่อนไขที่ต้องการ

แนวโน้มในอนาคตในเทคโนโลยีการเชื่อมขวาง

การใช้สารเชื่อมขวางทางชีวภาพ

ความต้องการตัวแทนเชื่อมขวางทางชีวภาพกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว พวกเขามาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนเช่นพืชหรือสารสกัดจากธรรมชาติ การใช้สารเหล่านี้ช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น crosslinkers ที่ใช้ชีวภาพบางส่วนทำจากน้ำมันพืชลิกนินหรือน้ำตาล วัสดุเหล่านี้มักจะมีกลุ่มปฏิกิริยาที่สามารถสร้างพันธะที่แข็งแกร่งในโพลีเมอร์

crosslinkers ที่ใช้ชีวภาพสามารถให้ประสิทธิภาพที่ดีในขณะที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพหรือเป็นพิษน้อยกว่า สิ่งนี้ทำให้พวกเขาน่าสนใจสำหรับการเคลือบและกาวที่ความยั่งยืนเป็นสิ่งสำคัญ นักวิจัยกำลังสำรวจสารประกอบใหม่เช่นอนุพันธ์กรด Gallic หรือ epoxies ชีวภาพเพื่อแทนที่ isocyanates ดั้งเดิมหรือ aziridines แม้ว่าจะยังคงพัฒนา แต่ทางเลือกเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงสัญญาในการจับคู่หรือเหนือกว่า crosslinkers ทั่วไปในความทนทานและการต่อต้าน

ความก้าวหน้าในการเคลือบด้วยน้ำ

การเคลือบด้วยน้ำกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเนื่องจากการปล่อย VOC ต่ำและทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมขวางกำลังพัฒนาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของพวกเขาโดยไม่ต้องเสียสละผลประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อม crosslinkers ใหม่ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบน้ำมีการกระจายตัวและปฏิกิริยาที่ดีขึ้นที่อุณหภูมิห้อง

ตัวอย่างเช่น polycarbodiimides ที่ดัดแปลงด้วยโซ่โพลีเอทิลีนไกลคอลช่วยเพิ่มความเข้ากันได้ของน้ำช่วยให้อิมัลชันที่เสถียรและฟิล์มสม่ำเสมอ crosslinkers การบ่มอุณหภูมิต่ำลดการใช้พลังงานและเพิ่มความเร็วในการผลิต บางระบบรวมการเชื่อมขวางภายในและภายนอกเพื่อเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานทางเคมี

ความก้าวหน้าเหล่านี้ช่วยให้การเคลือบด้วยน้ำแข่งขันกับตัวทำละลายในการเรียกร้องแอพพลิเคชั่นเช่นการเคลือบยานยนต์หรืออุตสาหกรรม พวกเขายังเปิดใช้งานฟิล์มทินเนอร์ที่มีเวลาอบแห้งเร็วขึ้นปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน

วัสดุเชื่อมขวางการรักษาด้วยตนเองที่เกิดขึ้นใหม่

โพลีเมอร์ที่รักษาตัวเองเป็นตัวแทนของพรมแดนที่น่าตื่นเต้นในเทคโนโลยีการเชื่อมขวาง วัสดุเหล่านี้สามารถซ่อมแซมรอยแตกขนาดเล็กหรือสร้างความเสียหายได้อย่างอิสระยืดอายุการใช้งานและลดการบำรุงรักษา การรักษาด้วยตนเองมักจะเกิดขึ้นได้จากการรวมพันธะโควาเลนต์แบบไดนามิกหรือไซต์เชื่อมขวางแบบย้อนกลับได้

ตัวอย่างเช่น crosslinkers บางตัวสร้างพันธบัตรที่แตกและปฏิรูปภายใต้เงื่อนไขที่ไม่รุนแรงช่วยให้เครือข่ายโพลิเมอร์สามารถ 'heal ' หลังจากความเสียหายทางกล บางระบบใช้ไมโครแคปซูลที่ปล่อยสารรักษาเมื่อเกิดการแตก คนอื่น ๆ พึ่งพาการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเช่นพันธะไฮโดรเจนหรือการประสานงานโลหะลิแกนด์

ในโพลียูรีเทนในน้ำการบูรณาการ crosslinkers รักษาตัวเองสามารถปรับปรุงความทนทานสำหรับการเคลือบที่สัมผัสกับการสึกหรอหรือความเครียดจากสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีนี้ยังคงเกิดขึ้น แต่มีสัญญาว่าจะใช้วัสดุที่ยาวนานขึ้นและฉลาดกว่าในยานยนต์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการเคลือบป้องกัน

บทสรุป

การเชื่อมขวางในโพลียูรีเทนในน้ำช่วยเพิ่มความแข็งแรงความต้านทานน้ำและความทนทาน เทคนิครวมถึงวิธีการภายในและภายนอก โดยใช้ตัวแทนเช่น polyisocyanates และ aziridines การปรับปรุงเหล่านี้เป็นประโยชน์ต่อการใช้งานอุตสาหกรรมเช่นการเคลือบและกาว แนวโน้มในอนาคตมุ่งเน้นไปที่ตัวแทนทางชีวภาพการเคลือบด้วยน้ำขั้นสูงและวัสดุบำบัดด้วยตนเองการแก้ปัญหาที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: การเชื่อมขวางในน้ำโพลียูรีเทนคืออะไร?

ตอบ: crosslinking เชื่อมต่อโซ่พอลิเมอร์ผ่านพันธะเคมีสร้างเครือข่ายที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน

ถาม: อะไรคือประโยชน์ของการเชื่อมขวางในโพลียูรีเทน?

ตอบ: การเชื่อมขวางช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลความต้านทานน้ำความต้านทานทางเคมีความเสถียรทางความร้อนและลดความสามารถในการละลาย

ถาม: วิธีการเชื่อมขวางประเภทใด?

ตอบ: การเชื่อมขวางภายในเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ในขณะที่การเชื่อมขวางภายนอกเกี่ยวข้องกับการเพิ่มตัวแทนก่อนการใช้งาน

ถาม: สารเชื่อมขวางที่ใช้กันทั่วไปคืออะไร?

ตอบ: polyisocyanates, aziridines และ polycarbodiimides เป็นสารเชื่อมขวางที่ได้รับความนิยมสำหรับ polyurethane น้ำ