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다음으로 Seaton의 내부 커뮤니케이션에서 독자를 위해 공유한 "수성 폴리우레탄 분산 건조 공정"을 정리하겠습니다.

하나,분산건조의 기본이론

1. 순수한 물 휘발

물의 휘발에 대한 몇 가지 개념을 정의하면 됩니다.

수분 증발:액체 상태의 물이 기체 상태로 전환되는 과정을 말하며, 끓지 않는 상태의 물이 휘발되는 것을 말하며 표면 휘발의 일종으로 액체 상태의 물 표면에서 물 분자가 빠져나가는 과정입니다. 외부 공간 환경.

물의 증발 잠열:물 분자가 액체에서 공기 중으로 휘발하려면 에너지가 필요합니다. 정의: 단위 질량의 물이 공기 중으로 휘발하는 데 필요한 열은 물의 휘발 잠열(J/g)입니다.

수분 증발에는 2가지 특성이 있습니다.

첫째, 물의 휘발 잠열이 특히 커서 2260 J/g에 이른다. 톨루엔과 같이 끓는점이 비슷한 유기 용제와 비교할 때 휘발 잠열은 367 J/g에 불과하며 물의 휘발 잠열은 톨루엔의 6배 이상입니다.즉, 물을 증발시키는 데 더 많은 열이 필요합니다.

둘째, 물이 휘발되면 대기 환경 자체에 수증기가 있고 이미 수증기압이 있어 물의 휘발에 영향을 미칩니다. 외부 물의 증기압이 포화되면 물의 휘발이 중지됩니다.

2. 수분산액의 물 휘발

Vanderhoff et al.(1973)은 라텍스 수분 휘발이 세 단계로 나눌 수 있음을 발견했습니다: 첫째, 균일한 휘발 단계, 그 다음 감속 휘발 단계, 마지막으로 느린 휘발 단계로 점진적으로 휘발 속도가 0이 됩니다.크러싱이 있습니다.

Croll et al.(1986)은 일부 라텍스의 건조에는 정속 단계와 저속 단계의 두 단계만 있음을 발견했습니다.크러싱 현상이 없습니다.

3단계 건조와 2단계 건조 현상은 모두 분산액의 건조 공정에 존재하며 주요 차이점은건조 과정에서 표면에 "skinning" 현상이 있는지 여부.

3. 수직건조와 수평건조

분산액의 건조 과정에서 물은 표면에서만 증발할 수 있기 때문에 휘발 결과는 확실히 원인이 됩니다.일부 영역에 집중되어 집중 불균일 형성。

라텍스 건조 실험은 건조 과정에서 입자가 고르지 않게 분포되어 수직 방향과 수평 방향 모두에서 나타날 수 있음을 발견했습니다.

수직 방향으로 나타나는 불균일을 불균일이라고 합니다.수직 건조。

수평 방향으로 나타나는 요철을 불균일이라고 합니다.수평 건조。

수직 건조는 라텍스 건조에 반드시 존재해야 하는 현상입니다.

1. 물이 표면에서 증발함에 따라 입자가 라텍스 표면에 생성됩니다.집중 현상.

2. 표면에 입자가 집중되면서 입자가 생성됨고농도에서 저농도로 확산따라서 두 가지 경쟁 시간 척도가 건조 공정에 나타납니다. 젖은 필름 두께 H의 라텍스 건조 시간 tevap 및 표면 입자가 기판으로 확산되는 데 필요한 시간 tdiff입니다.

입자가 표면에 머물면서 농축되는 경향이 있는 경우(tevap < tdiff), 피막 발생 - 건조 3단계 현상;

● 입자가 기판으로 확산되는 경향이 있는 경우(tdiff

그 중 μ는 수상의 점도, R은 라텍스 입자의 입자 크기, H는 필름 두께, E는 건조 속도, K는 기체 상수, T는 절대 온도이다.

공식에서 볼 수 있듯이 점도 μ ​​증가, 라텍스 입자 크기 R 증가, 필름 두께 H 증가 및 건조 속도 E 증가는 Pe 값을 증가시킵니다., 건조 과정에서 표면 "skinning" 현상을 악화시킵니다.

점도 μ 증가 - 입자가 집중된 영역에서 다른 영역으로 확산되는 속도가 느려집니다.

입자 크기 증가 R - 입자 확산 속도가 느려집니다.

두께 H 증가 - 입자 확산 거리가 증가합니다.

증가된 건조 속도 E - 입자 표면 농축 속도를 높입니다.

기본 공정: (입자 및 수분)

농도 - 수평 방향의 불균일 농도 - 확산

수분 증발 속도는 필름 두께와 관련이 없으며 결과는 다음과 같습니다.코팅막이 얇은 곳은 두꺼운 곳보다 라텍스의 농도가 더 빨리 농축됩니다.

1. 막의 가장자리는 급격하게 집중되고, 급격한 집중의 가장자리와 느린 집중의 중심이 형성됨수분 함량의 기울기, 내용물의 차이로 인해 물이 중앙에서 가장자리로 이동합니다.

2,수분 이동은 또한 다음과 같은 입자를 운반할 수 있습니다.입자는 어셈블리 전면에 차단되고 축적되며, 수분은 어셈블리 영역으로 유입되어 이 영역에서 계속 증발합니다.

3. 조립 전면에 입자가 축적되면 조립 전면이 전진하는 반면 입자 조립 영역에서 물이 확산되는 능력은 제한됩니다. 입자 어셈블리 전면이 진행됨에 따라 건조 전면도 진행됩니다. 이 수평 건조 현상이 형성됩니다.

수평 건조는 표면 장력으로 인해 가장자리가 얇을 때 발생하며,코팅 공정 중 균일하지 않은 두께이러한 수평 건조 현상도 발생합니다.

요약하다

수직 건조와 수평 건조는 라텍스 건조의 두 가지 측면이며 두 가지 건조 모드는 양자 관계가 아닙니다. 라텍스 표면에서 수분이 증발하기 때문에수직 건조 패턴이 반드시 발생합니다. 수평 건조는 코팅에 가장자리가 있거나 두께가 고르지 않을 때 발생합니다.실제 건조 과정에서는 대부분 두 가지 모드가 동시에 진행된다.

둘,응력으로 인한 분산 및 도막의 균열 건조시 응력

분산액의 건조 공정 중 응력으로 인한 응력 및 균열은 어디에나 있습니다. 스트레스는 두 가지 이유로 발생합니다.

1. 모세관 압력:모세관 압력에 의해 형성된 응력이 입자에 나타납니다.변형 단계。

2. 볼륨 수축:부피 수축은 수성 폴리우레탄 분산액에서 더 심각하며 일반적으로 입자에서 발생합니다.변형 후。

1. 모세관 압력에 의한 응력 발생

주로 모세관 압력의 형성을 나타냅니다. 입자 집합체 영역에서는 입자가 밀집된 패킹을 형성하고 있기 때문에 물의 휘발,물 계면은 입자 축적 높이보다 낮으며 이때 물은 입자 사이에 형성된 모세관에서 곡선 계면을 형성합니다.이 곡선 인터페이스에 의해 생성된 표면 장력은 입자를 서로 더 가깝게 끌어당겨 응력을 생성합니다.

모세관 압력 생성 응력의 특성:

1. 수평건조와 수직건조 모두 존재하지만 이로 인한 크랙 현상은 수평건조 공정에서 더 많이 발생한다.

2. 수평건조 과정에서 일단 크랙이 형성되면 크랙의 전면에 응력집중점이 형성되고 그 응력집중점에 새로운 크랙이 반드시 발생하게 된다. 새로운 균열은 입자 조립 전선의 진행을 따라 일련의평행 균열。

3. 수직 건조 공정에서는 응력 형성 표면과 비수축성 매트릭스 사이에 유동할 수 있는 액체 층이 있으며 액체를 미끄러짐으로써 수축 응력이 해제될 수 있습니다.일반적으로 도막의 크랙은 발생하지 않으나 불균일한 응력으로 인해 도막 표면에 주름이 발생하게 됩니다.。

4. 수평 건조와 수직 건조 응력의 형성 메커니즘은 정확히 동일하며 둘 다 모세관 압력에 의해 발생하지만 발현은 다릅니다.

분산 도막의 크랙 여부와 도막의 두께의 관계:

코팅이 두꺼우면 크랙이 생기고 코팅의 두께가 얇아지면 크랙이 약해집니다. 코팅의 두께가 특정 값으로 감소하면 코팅에 더 이상 균열이 발생하지 않습니다.임계 균열 두께(CCT): 분산액의 건조균열성능을 어느 정도 특성화할 수 있다.CCT 값이 높을수록 균열 없는 코팅이 분산에 의해 더 두꺼워지고 건조 균열 방지 성능이 더 좋아집니다.

임계 균열 두께: 입자 전단 계수와 직접적인 관련(Tirumkudulu 이론).

분산 입자 전단 모듈러스가 낮은 경우:입자 전단 계수 G에 반비례합니다. 전단 모듈러스가 낮을수록 균열이 없는 코팅이 더 두껍게 얻어집니다.

분산 입자 전단 모듈러스가 높을 때:입자 전단 계수 G의 제곱근에 비례합니다.

2. 분산균열의 부피수축계수

분산이 건조될 때 입자의 부피 수축으로 인한 필름의 수축 또한 응력을 생성할 수 있습니다.

분산액이 건조될 때 입자 부피가 수축되는지 여부는 입자가 결합수 및 팽윤된 유기 용매와 같은 휘발성 성분을 포함하는지 여부에 따라 달라집니다.

건조 후반에 입자 내부의 이러한 구성 요소가 휘발되어입자 체적의 수축은 필름의 체적 수축을 일으켜 수축 응력을 발생시킵니다.

수성 폴리우레탄 분산 입자에 결합된 물이 존재하면 수성 폴리우레탄 분산의 수축으로 인해 발생하는 응력이 건조 공정 중에 특히 심해집니다.

삼,수성 폴리우레탄 분산액의 건조 공정의 특이성

수인성 폴리우레탄 분산액과 다른 분산액 또는 라텍스 간의 가장 큰 구조 차이는 다음과 같습니다.PUD 입자에는 많은 양의 결합수가 있습니다.수인성 폴리우레탄 분산액의 입자 구조를 간략하게 설명하십시오.

(1) 폴리우레탄 분산 구조의 친수기는 주로 입자 표면에 분포하지만 친수기는단층이 아니다입자 표면에 분포하지만표층에 분포;

(2) 친수기가 분포된 표면층은 분산된 상태의 물과 함께 팽윤하여 경계층을 형성하는데, 경계층의 두께는 친수기의 함량과 관련이 있으며, 친수기의 함량이 높을수록, 경계층이 두꺼울수록 입자 코어에 도달합니다.

(3) 입자 코어에서 친수기 함량 및 수팽윤률이 가장 낮고, 입자 표면에 가까울수록 친수기 함량 및 수팽윤률이 높으며, 입자의 최외곽 표면에서 친수기 함량이 물 팽윤율이 최대값에 도달함;

(4) 광 산란 측정 결과 PUD 입자의 결합수는 최대 60% ~ 85%, 일반적으로 20% ~ 50% 범위에 도달할 수 있음을 보여줍니다.

네,건조 및 균열에 대한 PUD의 결합수 영향

1. 수용성 폴리우레탄 분산액 입자의 결합수가 모세관 압력에 의한 균열에 미치는 영향

분산액에서 결합수에 의한 분산액 입자의 팽윤:

1. 입자의 전단 계수를 줄여 입자가 쉽게 변형되도록 합니다.

2. 물이 팽창하면 입자의 입자 크기가 커집니다.

이 두 가지 이유 모두 모세관 압력으로 인한 코팅 균열에 영향을 미칩니다.

1. 분산막이 부드럽고 전단 탄성률이 낮을 때 티룸쿠두루는 모세관 압력이 이론과 실제 모두에 의해 야기됨을 확인했습니다.균열에 대한 코팅 저항은 분산 입자 전단 계수에 반비례합니다：결합수는 분산 입자의 전단 모듈러스를 낮추므로 연질 수성 폴리우레탄은 덜 건조되고 모세관 압력으로 인해 균열이 발생합니다.

2. Tirumkudulu 이론에 따르면 분산 입자의 전단 모듈러스가 높을 때 분산내균열성은 입자 전단 계수의 1/2승에 비례하고 입자 크기의 3/2승에 비례합니다.: 결합수는 입자의 전단탄성계수를 감소시켜 균열의 가능성을 높인다. 그러나 결합수로 인해 증가된 입자 크기는 균열 가능성을 줄입니다.

두 가지 요소의 조합은 모세관 압력으로 인한 균열 현상을 줄입니다.

2. 결합수의 휘발에 의한 부피수축으로 응력이 발생하여 필름크랙 발생

실제로, 수성 폴리우레탄 필름 형성의 대부분의 균열은 필름 형성의 후기 단계에서 발생하고 균열은 모세관 압력에 의해 발생하는 균열의 특징적인 규칙적인 줄무늬가 아니라 학계에서 정의하는 단계적 균열입니다. 원.

단계적 균열의 특성:

크랙은 연속적으로 발생하는데 크랙이 형성된 후에는 일정한 방향을 따라 발달하고, 이후의 크랙의 발달은 첫 번째 크랙을 만나면 종료되고 그 결과 일련의 공간분할 패턴이 형성되어 계층적 특성이 나타난다. .

소위 등급 특성은 균열을 나타냅니다.길이 / 폭측면은 계층적 현상을 생성합니다.

1. 초기 크랙 발생길고 넓은;

2. 후기에 발생한 크랙은 초기에 발생한 크랙을 만나 종료짧게 나타나다; 초기 균열 형성 후 응력의 일부가 해제되고 이후 균열 형성의 응력이 제한되어 형성된좁은 균열;

3. 대부분의 균열 교차각은 90°인 경향이 있다. 체적 수축으로 인한 응력은 상대적으로 커서 모세관 압력으로 인한 응력과 비교할 수 없습니다.

문헌에 제공된 적용 사례:

경도가 높은 PUD가 성막되면 규칙적인 크랙이 발생하며,균열은 분명히 모세관 압력에 의해 발생합니다.그러나 필름 형성 보조제를 추가하면 코팅의 건조 속도가 너무 느려 고객 요구 사항을 충족할 수 없습니다. Tirumkudulu 이론은 현재균열 저항입자 크기 R의 3/2 승에 비례하고 표면 장력의 1/2 승에 반비례합니다.

합성공식을 변경하여 도막의 경도를 변경하지 않고,분산액의 입자 크기를 크게 하고, 분산액에 고효율 표면장력 감소제(습윤제)를 첨가하여 분산매의 표면장력을 낮추고,조막 보조제를 첨가하지 않는다는 전제 하에 도막의 크랙 현상이 잘 해결된다.

① 건조공정의 양면 : 수직건조와 수평건조

② 건조과정의 두 가지 응력 : 모세관력과 부피수축

③수성 폴리우레탄 분산액의 특이성: 더 많은 결합수

④ 결합수의 건조 및 균열에 대한 영향

분산액의 일종으로 수성 폴리우레탄 분산액은 건조과정과 필름형성과정에서 응력이 형성되는 점에서 다른 분산액과 본질적인 차이가 없다. 상기 내용은 다른 분산액 및 라텍스에 대한 참고자료로도 사용될 수 있다.