Получение и характеристика полиуретановых порошковых клеев с термостойкостью, модифицированных наносиликой
Полиуретановые порошковые клеи (ППА) имеют большие перспективы применения в различных областях. Однако слабое сцепление при высокой температуре сильно затрудняло его применение. В этом исследовании нанокремнезем в качестве армирующего агента и диспергирующего агента был введен во время приготовления PPA. Была приготовлена серия полиуретановых порошковых клеев, модифицированных нанокремнеземом, и исследовано влияние порядка добавления нанокремнезема на термостойкость и адгезионную прочность ППА. Результаты показали, что прочность на Т-образный отрыв большинства образцов после второго нагревания (нагрев при 70°С в течение 24 часов) снизилась примерно на 60-80% по сравнению с исходной прочностью на Т-образный отрыв. Однако PPSY снизился только на 17.5%, что указывает на то, что нанокремнезем, добавленный после реакции удлинения цепи, в синтезе форполимера может повысить термостойкость полиуретановых порошковых клеев. Это также означает, что нанокремнезем был легирован между цепями полиуретана, сохраняя первоначальную форму в качестве улучшающего реагента, добавляя нанокремнезем после реакции удлинения цепи. Отличные показатели термостойкости PPSY могут удовлетворить требования промышленного склеивания в области обуви.
1. Введение
Полиуретановые (ПУ) клеи представляли собой особую группу полимерных материалов, которые во многом отличались от большинства других видов пластмасс [1–6]. Сегодня, при постоянном совершенствовании технологий обработки, они широко используются в красках, жидких покрытиях, эластомерах и изоляторах, пенопластах, медицинских материалах и т. д. [7–10]. Традиционные полиуретановые клеи были очень популярны из-за эффективности и удобства. Но это оказало большое влияние на окружающую среду. В частности, применение полиуретана на основе растворителя обычно связано с испарением летучих органических соединений (ЛОС), таких как ацетон и диметилформамид (ДМФ) [11]. Полиуретановые порошковые клеи (ППА) позволяют избежать загрязнения окружающей среды летучими органическими соединениями в процессе использования [12, 13]. Слабая адгезия при высокой температуре еще сильно ограничивает его применение. Добавление нанокремнезема может улучшить термическую стабильность полимера [14–18]. Было обнаружено, что дисперсия частиц нанокремнезема в покрытиях, приготовленных методом полимеризации на месте, была несколько лучше, чем методом смешивания [19]. Это также показало, что больше полиэфирных сегментов прореагировало с частицами кремнезема во время полимеризации на месте, чем во время метода смешивания [20]. Влияние различных размеров нанокремнезема на свойства ПУ обсуждалось [21–23]. Однако о влиянии нанокремнезема на PPA практически не сообщалось.
Насколько нам известно, было проведено огромное количество исследований по подготовке полиуретанового порошка для покрытия [24–26]. Фарщи и Гедан-Смолка [27] рассмотрели самые последние достижения в области порошковых покрытий, сосредоточив внимание на полиуретановых порошковых покрытиях как на группе термореактивных порошковых покрытий. Ширкаванд Хадаванд и др. [28] использовали электростатический метод на алюминиевых пластинах для получения порошкового покрытия. Ян и др. [29] обнаружили, что существует два основных метода производства порошковых покрытий: сухой и мокрый процессы.
Наша группа [12] предложила простой, легкий в эксплуатации и недорогой метод грануляции полиуретановых порошковых клеев. С целью дальнейшего повышения термостойкости ППА была успешно синтезирована серия ППА, модифицированных нанокремнеземом, на основе полимеризации в растворе. Приготовленные PPA были исследованы с использованием различных методов характеризации. Проведено влияние порядка добавления нанокремнезема на термостойкость и адгезионную прочность ППА. Оптимальная последовательность добавления была после реакции удлинения цепи, во время которой наносиликат легировался между цепями ПУ и сохранял исходную форму в качестве усиливающего реагента.
2. Экспериментальный
2.1. материалы
Полиэтиленадипат-диэтиленгликольдиол с молекулярной массой 3000 (PDA3000), изофорондиизоцианат (IPDI), 1-метил-2-пирролидон (NMP) и ацетон были получены от Guangdong Yutian Bali Technology Co., Ltd. (Чжухай, Китай). ; 1,4-бутандиол (BDO) был приобретен у Tianjin Chenfu Chemical Reagent Company (Тяньцзинь, Китай); 2,2-бис(гидроксиметил)пропионовая кислота (ДМПА), дилаурат дибутилолова (ДБТДЛ) и триметилолпропан (ТМП) были приобретены у Aladdin (Шанхай, Китай); Триэтиламин (ТЭА) был получен от Guangdong Guanghua Technology Co., Ltd. (Гуанчжоу, Китай). Наносилика (
, чистота 99%) силанольные группы несущей поверхности (18.7 ммоль OH/г) были приобретены у Zhengjiang Yuda Technology Co., Ltd. (Шанъюй, Китай). Размер частиц составлял 10 нм.
2.2. Подготовка PPA
PPA готовили в соответствии с нашими предыдущими отчетами [12]. Было принято четыре подхода для введения нанокремнезема в PPA, как показано на схеме 1. Прежде чем нанокремнезем будет включен в систему синтеза, смесь кремнезема и ацетона (
) обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин. Серию полиуретановых форполимеров синтезировали в четырехгорлой колбе объемом 250 мл, снабженной механической мешалкой, холодильником, термометром и впускным отверстием для азота. PDA3000 нагревали при 105°С в вакууме в течение 1 ~ 2 ч для удаления остатков влаги. Смесь диоксида кремния и ацетона подавали в четырехгорлую колбу, снабженную PDA3000. Затем четырехгорлую колбу нагревали в течение 1 часа при скорости перемешивания 400 об/мин в атмосфере азота при 70°С. Затем к вышеуказанной смеси добавляли удлинитель цепи BDO и продолжали перемешивание в течение 1 часа. Добавляли соответствующее количество ацетона для регулирования вязкости. Затем в колбу подавали смесь ДМПА и НМП в равных пропорциях, продолжая реакцию в течение 2 часов. К вышеуказанной смеси добавляли ТМП для получения дополнительного количества полимера. После реакции в течение 1-2 ч полиуретановый форполимер охлаждали до комнатной температуры. Добавляли ТЭА для нейтрализации карбоновой кислоты на 1 час. Затем добавляли дисперсионный раствор при скорости перемешивания 1000-1500 об/мин в течение примерно 2 часов. Наконец, получают белые порошковые клеи, которые маркируются как PPSA. Другие подходы к введению нанокремнезема в систему синтеза осуществлялись по тем же методикам.
2.3. Измерения и характеристики
2.3.1. Сила сцепления T-Peel
Прочность PPA на Т-образный отрыв измеряли на разрывной машине (Haida, HD-B617-S, Китай) в соответствии с китайским национальным стандартом GB/T 532-2008 (Резина, вулканизированная или термопласт — определение адгезии к текстильная ткань). Резиновая полоска(
) сначала был обработан средством для обработки поверхности резины. Затем ППА наносили на резиновые полоски и оплавляли при 140°С в течение 10 мин, резиновые полоски фиксировали в контакте при давлении 2 МПа в течение 30 с. Исходная прочность на Т-образный отслаивание была получена через 24 ч после формирования шва (хранение при комнатной температуре). Прочность на Т-образный отдир второй плавки испытывали после нагревания резиновых полосок в печи при 70°С в течение 24 часов.
2.3.2. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)
После обезвоживания и сушки образца в вакуумном сушильном шкафу микроскопа (Tescan, MIRA, Chech) небольшое количество образца помещали на токопроводящую ленту, затем образец покрывали золотом, анализировали морфологию с помощью сканирующего электронного микроскопа.
2.3.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
ДСК-анализ проводили в атмосфере азота от -20°С до 80°С с использованием дифференциального сканирующего калориметра (Mettler, DSC1, Германия) при скорости нагревания 10°С/мин. Температуру стеклования определяют по точке перегиба первого цикла нагревания.
2.3.4. Термогравиметрический (ТГ)
ТГ-анализ проводили в атмосфере азота при температуре от -20°С до 80°С. Его проводили на дифференциальном термогравиметрическом синхронном анализаторе (Shimadzu, DYG-60H, Япония) при скорости нагрева 10°С/мин. При этом около 5 мг образца нагревали от 30°С до 800°С со скоростью нагрева 10°С/мин.
2.3.5. Гранулометрический анализ
Распределение частиц порошка по размерам получали на анализаторе размера наночастиц (Beckman, LS13320, Америка). Анализ размера частиц порошка соединения включения с использованием анализатора динамического светорассеяния твердых тестовых модулей измеряли при комнатной температуре (25°C) и угле рассеяния 90° с использованием оптической модели (Fraunhofer. Rf780f).
2.3.6. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)
FTIR PPA определяли на спектрометре (Shimadzu, IRprestige-21, Япония). После растворения порошка в тетрагидрофуране вынимают определенное количество раствора и капают его на пластину бромида калия (KBr), чтобы она превратилась в тонкую пленку. Спектры записывали путем усреднения 20 сканирований с разрешением 4 см-1 от 400 до 4000 см-1.
3. Результаты и обсуждение
3.1. FTIR-характеристика
Структуры полученных образцов были подтверждены спектрами FTIR на рис. 1. Пик при 2977 см-1 в ППУ без нанокремнезема был отнесен к пику валентных колебаний -СН.3 группа. Однако в ИК-спектрах образцов ПФА с нанокремнеземом такого же пика не наблюдалось. Можно было бы объяснить, что нанокремнезем может влиять на колебание -CH.3. Наблюдали пики Si-O-Si при 1043 см-1 и Si-OH при 948 см-1 в PPA. Кроме того, пик PPSY сильнее, чем у других, что указывает на то, что нанокремнезем в основном легирован между цепями PU.
3.2. Термический анализ
Влияние порядка добавления диоксида кремния на термические свойства PPA показано на рисунках 2, 3 и 4. Судя по кривым ТГА, температура термического разложения PPSY является самой высокой. Кроме того, температура термического разложения PPSY увеличилась почти на 10°C по сравнению с PPU без нанокремнезема. Это явление указывало на то, что нанокремнезем замедлял скорость термического разложения твердого сегмента в ПУ. PPA показали две стадии термического разложения на кривых DTG. Первая незначительная стадия деградации, от 250°С до 360°С, была приписана разложению твердых сегментов. А вторую стадию деградации, от 360°С до 430°С, приписали разложению мягких сегментов. Как показано в таблице 1 из ТГА, видно, что температура стеклования (
) PPSA, PPSI и PPST ниже, чем у PPU. Нанокремнезем в этих образцах был добавлен в цепи ПУ, что повысит микрофазовое расслоение ПУ, что приведет к снижению . Однако более высокий уровень наблюдался в PPSY. Было объяснено, что нанокремнезем, легированный между цепями PU в PPSY, ограничивает молекулярное движение, и это приведет к увеличению . Пики плавления образцов ПФК приведены на кривых ДСК. При ДСК наблюдались очевидные широкие эндотермические пики, которые также показали, что порядок добавления нанокремнезема влияет на свойства плавления полиуретановых порошковых клеев.
Полиуретановый клей — Все о полиуретановом клее
Вы можете найти широкий ассортимент клеевых продуктов с рядом характеристик, которые делают их хорошо подходящими для создания прочных и долговечных соединений в ряде ситуаций. Одним из таких продуктов является полиуретановый клей, который отличается многочисленными полезными свойствами. В последующем руководстве мы более подробно рассмотрим полиуретановый клей и то, как найти тот тип, который лучше всего подходит для ваших нужд.
Что такое полиуретановый клей?
Полиуретановый клей, также называемый полиуретановым клеем, используется в ситуациях, требующих чрезвычайно высокой прочности. Предлагаемая степень эластичности позволяет использовать как для статического, так и для более тактильного склеивания. Эти типы клея изготавливаются из полимеров и обычно также содержат множество других типов добавок.
Полиуретановый клей обычно используется в качестве двухкомпонентного клея, но его можно найти и в однокомпонентных вариантах. Либо зависит от реакционной способности нескольких химических агентов для адгезионных свойств, которые часто могут использовать катализатор, такой как влага, свет или тепло в процессе. Клей часто представляет собой довольно густую пасту и не дает усадки после нанесения. Он также обеспечивает полную водостойкость и позволяет шлифовать и красить после полного высыхания. Полиуретановый клей также может заполнять и выравнивать неровности поверхности, на которой он используется. Эти и многие другие характеристики делают этот тип клея важным инструментом, который хорошо подходит для широкого спектра применений склеивания.
Тем не менее, чрезвычайно важно не упускать из виду уровень осведомленности о безопасности, необходимый при использовании полиуретановых клеев. Постановления о запрещении использования химических веществ запрещают покупать эти клеи лицам моложе 18 лет. Разумеется, вам также необходимо соблюдать особые меры предосторожности при их использовании, и мы подробно рассмотрим это далее.
Различные типы полиуретановых клеев
Вы можете найти полиуретановый клей в различных вариантах. Независимо от того, находятся ли они в однокомпонентной или двухкомпонентной форме, они всегда зависят от химической активности между компонентами в их конкретной формуле. Термоплавкий клей — еще один тип используемого клея. Каждый вариант имеет определенные свойства, которые делают его подходящим для определенных целей. Клеи-расплавы невероятно прочны, однако они обеспечивают лишь небольшое временное окно, в течение которого можно наносить клей. В следующем руководстве мы более подробно рассмотрим определенные качества различных типов клея. Это пригодится при выборе полиуретанового клея для вашего следующего проекта.
Полиуретановые двухкомпонентные клеи
Двухкомпонентные или двухкомпонентные полиуретановые клеи зависят от химической активности между двумя компонентами для обеспечения необходимой адгезии. В общем, это отвердитель и тип смолы. Каждый из них комбинируется в соответствии с определенным соотношением, и вы можете найти различные соотношения смешивания в зависимости от продукта и типа применения. Широко используемое соотношение клея и отвердителя составляет 2:100, а также 15:100. Также доступны другие клеевые решения для этих продуктов, такие как клеи на основе эпоксидной смолы.
Типы двухкомпонентных полиуретановых клеев можно разделить на категории по различным уровням прочности:
- Хороший уровень прочности на сдвиг требуется, когда клеевое соединение будет выдерживать большой вес.
- Некоторые клеевые соединения будут испытывать интенсивные ударные нагрузки и растяжения и требуют большой ударопрочности.
- Вязкопластичные клеи обладают сочетанием этих свойств одновременно.
Свойства
Типы двухкомпонентных клеев известны благодаря различным качествам, которые обеспечивает полиуретановый клей:
- Чрезвычайно устойчивы к атмосферным воздействиям и обеспечивают защиту от элементов
- Долговечность и прочность
- Ударопрочный и ударопрочный
- Предлагаемая прочность на сдвиг внахлестку хорошего качества
- Способен превосходно соединять поверхности и даже соединять большие зазоры
- Отличные клеящие свойства для использования на больших площадях.
- Приложение простое, чистое и позволяет легко обрабатывать
- Подходит для внутренних и наружных поверхностей
Области применения
Типы полиуретановых клеев хорошо подходят для различных типов поверхностей и целей применения. Они подходят не только для склеивания металла и дерева, но и для различных других типов, таких как пластик, гипс и пробка. Варианты полиуретанового клея очень удобны для комбинированного склеивания двух разных типов поверхностей.
Например, если у вас дома требуется замена напольного покрытия и вам необходимо склеить паркет или половицы, для этой цели идеально подойдет полиуретановый клей. Очевидно, что есть также аспекты, которые могут вызвать определенные трудности, если вы не знаете, как их обойти. Цена полиуретанового клея на один сравнительно высока, и в процессе нанесения клей может потерять адгезионную способность, если вы не будете работать достаточно быстро. По этой причине полиуретановые клеи удобнее использовать более опытным мастерам. Однако положительные стороны использования полиуретановых клеев намного перевешивают отрицательные. Во-первых, высококачественный полиуретановый клей не содержит растворителей, что избавляет вас от необходимости проветривать помещение в течение многих дней после нанесения, прежде чем вы сможете безопасно находиться там. Прочность сцепления превосходна при эффективном применении и может выдержать даже самые сложные ситуации.
Типы клея PUR также хорошо подходят для склеивания природного камня, поскольку они не вызывают изменения цвета и не оставляют жирных следов. Их можно наносить даже на огнестойкие материалы, такие как гипсокартон и волокна.
Разница между уретаном и полиуретаном?
И уретан, и полиуретан — это разные типы полимеров. Полиуретан означает, что полимер состоит из нескольких уретановых групп.
Как склеить полиуретан?
При использовании двухкомпонентных полиуретановых клеев процедура невероятно проста. Первый шаг включает в себя измерение каждого отдельного компонента, а затем их смешивание. Убедитесь, что вы внимательно прочитали руководство по продукту. Если вы отклонитесь от указанного соотношения смешивания, это повлияет на качество клея, а также может повлиять на процесс отверждения. Будьте осторожны с пузырьками воздуха при смешивании клея, так как они остаются после высыхания клея.
Эти двухкомпонентные клеи также можно найти в упаковке с двойным отделением, что упрощает их смешивание.
Одностороннего нанесения достаточно для обеспечения эффективной адгезии. Обязательно полностью покройте клейкую поверхность, однако будьте осторожны, чтобы не нанести его слишком толстым слоем, иначе он может просочиться через швы. Держите поблизости тряпку, так как любые протечки нужно будет устранять немедленно. При необходимости можно использовать канцелярский нож для удаления засохшего клея.
Имейте в виду, что время, в течение которого вы можете эффективно наносить клей, ограничено, и после того, как это время жизнеспособности будет израсходовано, его больше нельзя использовать. Однако его можно комбинировать с такими добавками, как ингибиторы и ускорители, которые уменьшат или увеличат этот срок жизнеспособности.
Последний этап процесса сушки заканчивается через четыре-семь дней. Хотя начальная фаза отверждения длится в течение первых двенадцати часов, это позволит вам точно разместить и зафиксировать клейкие материалы в этот период, и для этого вам могут потребоваться зажимы.
Полиуретановый 1К клей
Клеевые продукты PU 1K содержат только один компонент. После нанесения клей поглощает влагу из воздуха, что способствует процессу отверждения. Внешняя оболочка начинает формироваться через несколько минут из-за такой высокой скорости отверждения.
