أعاد أحد العملاء الشهر الماضي طلاءً علويًا شفافًا للأخشاب بنمط فشل نصادفه عدة مرات في السنة. كان رشه جيدًا، وجفافه سريعًا، وحقق اللمعان وصلابة قلم الرصاص على ورقة المواصفات المستهدفة، ثم ابيضّ خلال دقائق تحت قطعة قماش رطبة. وبعد أسبوع في حاوية رطبة، انفصل الغشاء كقطعة واحدة عند القطع المتصالب. وكان المشتت قد اجتاز بروتوكول الإفراج لدينا بالفعل: أربعة أسابيع عند 50 °C في قارورة محكمة الغلق، لذا كانت كل الأرقام في تقرير الجودة خضراء.
ما فشل هو الجزء من الجزيء الذي يجعل الراتنج قابلًا للتشتيت من الأساس. مطيلات السلاسل في تصنيع PUD تحسم سؤالين معًا: هل يبقى البوليمر مستقرًا كجسيمات في الماء، وكم من الماء يستعيده الغشاء الجاف. الاختيار بين مطيلات السلاسل المحبة للماء والكارهة له هو ما يحدد مقاومة الماء في البولي يوريثان المائي، قبل وقت طويل من إضافة مصنع الدهانات لعامل تشابك. وهكذا نوازن هذه المقايضة، باستخدام أرقامنا المنشورة.
أين تُحدد مقاومة الماء في غشاء PU المائي فعليًا
لدفع بولي يوريثان عالي الوزن الجزيئي إلى الماء، تبني مجموعات قابلة للتأين أو شديدة القطبية في المقطع الصلب عبر مطيل السلسلة، ثم تحيّدها، وتترك شحنة الجسيمات الناتجة تبقي القطرات متباعدة. لا تخرج أي من هذه المجموعات مع الماء. في الغشاء الجاف تبقى أيونات مثبتة، والأيونات المثبتة تتكتل.
تلك التجمعات هي المدخل الأمامي للماء. تمتص الرطوبة قبل أن تفعل المصفوفة المحيطة ذلك بوقت طويل، وتنتفخ، وتُلدّن الطلاء من الداخل. ثلاثة أعراض مألوفة تنبع من هذه الآلية الواحدة. الابيضاض هو تشتت ضوئي من نطاقات أيونية مملوءة بالماء وليس تغيرًا كيميائيًا، ولهذا يبدو اللوح الجاف سليمًا مجددًا. تنهار الصلابة الرطبة ومقاومة الحك لأن المقاطع الصلبة التي تحمل صلابة الغشاء هي نفسها التي تحتجز الماء. ويفشل الالتصاق عند السطح البيني بدلًا من داخل الغشاء، لأن الماء يتجمع حيث يلتقي الطلاء بركيزة تحمل هيدروكسيلاتها وأملاحها الذائبة. تتبعنا ذلك الثالث في مقالنا عن لماذا تتقشر طلاءات PU المائية؛ النطاق الأيوني نفسه، لكنه أقرب إلى الخشب بطبقة واحدة.
مطيلات السلاسل المحبة للماء: ماذا يمنح كل مستوى من محتوى DMPA
كربوكسيلات، أغلبها DMPA. الخيار الافتراضي لأسباب وجيهة: مجموعة هيدروكسيل واحدة تمدد السلسلة بينما تتعادل COOH الجانبية مع أمين؛ فالحركية متوقعة، والسعر عادي. التحميل هو المقياس الوحيد. في تركيباتنا، نحو 1.5% DMPA على الراتنج هو الحد الأدنى لتشتت ينجو من التخفيف، وبعد 4% لم نعد نستمتع بالاستقرار لأن الغشاء تحول إلى إسفنجة. هناك كلفتان ترافقان ذلك: ينهار التشتت لحظة لقائه بمضاف كاتيوني أو حفاز حمضي، ويسلك الأمين المُعادل سلوكًا مختلفًا تمامًا أثناء الجفاف.
مطيلات السلفونات. تنتشر الشحنة السالبة الواحدة نفسها على مجموعة أكبر مثبتة بالرنين، فيصبح الاقتران الأيوني أقل إحكامًا ويستهلك كل مكافئ ماءً أقل. تحمّل ماء الغسيل العسر وpH المنخفض والكاتيونات متعددة التكافؤ هو ما يبرّر سعر السلفونات؛ وهذه المشكلات الإلكتروليتية أكثر شيوعًا بكثير في مصنع النسيج منها في المختبر. المقابل: لا يمكن تهدئة السلفونات بتعديل pH كما يمكن تهدئة الكربوكسيلات، وتأتي الأفلام أطرى وأكثر نفاذية للرطوبة.
مطيلات الأمونيوم الرباعي. شحنة دائمة، بلا أمين معادل، وبلا مجال pH يستوجب الدفاع. درجتنا الكاتيونية YT-7010 موجودة لأن تلك الشحنة لا تنطفئ أبدًا: 16 ±، مواد صلبة 1%، pH من 4 إلى 7، حمام معالجة أولية لا يحتاج إلى ضبط pH. لكل مكافئ، هي أكثر العائلات هنا استرطابًا، وهذه الشحنة الدائمة هي أيضًا ما يرسّب معجون صبغة أنيوني على الليف ويخثّر المثخنات الأنيونية في العبوة.
مقاطع بولي إيثر غير أيونية. محبة للماء دون أيون مقابل. YT-102 هو موصوف كغير أيوني وقابل للذوبان في الماء بالكامل، ما يمنح قابلية تخفيف غير محدودة، وثباتًا في الحمض والقلوي، وبلا رائحة أمين في الطلاء الرطب. لا تزال ذرات أكسجين الإيثر تنسّق الماء، فيبقى الفيلم طريًا وناقلًا للرطوبة. رابط جيد لتحجيم النسيج والألياف الزجاجية، وضعيف كطبقة نهائية للأرضيات.
مطيلات سلسلة كارهة للماء: وزن جزيئي دون شحنة
إذا كان المحتوى الأيوني هو مصدر التسرب، فالكيمياء المفيدة هي كل ما ينمّي الجزيء دون إضافة شحنة.
ثنائيات الإيبوكسيد مثل إيثر 1,4-بوتانديول ثنائي الغليسيديل تطيل السلسلة بعد الاستحلاب. تتفاعل نهايات الإيبوكسي مع مجموعات N-H في اليوريثان فتطيل السلسلة دون إدخال أيون جديد في البنية، وهذا هو المسار القياسي للحصول على مشتت يحافظ على لزوجته عند تخفيفه. النافذة ضيقة، والدفعة المسخّنة زيادة تتحول إلى هلام في المفاعل، لذا فهي خطوة مصنعية لا تجربة في دلو.
المطيلات ثلاثية الوظيفة مثل ثلاثي ميثيلول بروبانعند 0.3% إلى 1.0% على الراتنج، تبني فروعًا بدلًا من الطول الخطي. التفرعات القصيرة تعيق تراص المقطع الصلب وتُبطئ تكوين القنوات الأيونية المتصلة. الأثر الجانبي هو انخفاض نقطة التلين، لذا قد تتراجع مقاومة الحجب الساخن ومقاومة الالتصاق، وفوق 1% تحصل على هلام بدلًا من بوليمر متفرع.
الديولات الضخمة الكارهة للماء مثل نيوبنتيل جليكول وسيكلوهكسان ديميثانول يضيفان وزنًا جزيئيًا ومقاومة حرارية مع الحفاظ على العمود الفقري غير قطبي. تكلفك عند الاندماج: السلسلة الصلبة غير القطبية تحتاج إلى عامل اندماج أو تجفيف دافئ، وبدونه يبقى الفيلم متعدد المسام الدقيقة ويمتص الماء ميكانيكيًا. لوح طباشيري يجتاز غمر 24 ساعة هو نتيجة حقيقية ومضللة.
المقطع اللين هو الرافعة الأكبر، وهو ليس موسع سلسلة بالمعنى الدقيق. ديولات البولي كربونات أقل قطبية بكثير وأكثر استقرارًا تجاه التحلل المائي من بولي إسترات الأديبات. قارن بين منتجين من منتجاتنا: YT-5110 و YT-617 كلاهما PUDs أنيونية قائمة على البولي كربونات عند 30 ± 1% مواد صلبة و pH 6.0 إلى 8.0، ومع ذلك يسرد TDS الخاص بهما امتصاص ماء لمدة 24 ساعة عند 6 إلى 10% وأقل من 3%. نفس عائلة العمود الفقري، نفس المواد الصلبة، نفس pH، ضعف الامتصاص. المقطع اللين الكاره للماء يجعل فيلمًا منخفض الامتصاص ممكنًا؛ المحتوى الأيوني وتصميم المقطع الصلب يحددان ما يفعله تحت قطعة قماش مبللة، و YT-617 يحافظ على صلابة 2H لقلم الرصاص في نفس التركيبة.
التعديل بالسيليكون يجيب على سؤال مختلف. في YT-613 تهاجر المقاطع منخفضة الطاقة السطحية إلى السطح البيني الهوائي أثناء جفاف الفيلم، لذا يتكور الماء بدلًا من أن يبلل، ويستقر امتصاص الماء في TDS عند 4 إلى 5%. السطح الغني بالسيليكون يعاندك في التصاق إعادة الطلاء، وورنيش الطباعة فوقه، وتصفيح الرقائق المعدنية، وهو يتعامل مع التكوّر وليس النقل، لذا فهو إجابة خاطئة لشكوى القوة الرطبة.
قراءة امتصاص الماء في غشاء PUD من ورقة المواصفات
امتصاص الماء الوزني، 24 ساعة عند 25 °C على غشاء حرّ متصلّب، هو الرقم الذي ننشره لأنه يفصل بين هذه الكيميائيات بوضوح. تتبع الطريقة منطق ASTM D870 اختبار الغمر، مع ISO 2812-1 كطريقة مكافئة: وزن، غمر، تنشيف، وزن، ثم تجفيف العينة لنرى ما عاد منها.
| الدرجة | الوحدة المحبة للماء | المواد الصلبة | pH | امتصاص الماء 24 ساعة / 25 °C | أين ينتمي |
|---|---|---|---|---|---|
| YT-102 | بولي إيثر غير أيوني | 30% | 5.0 – 7.0 | التشتت نفسه قابل للذوبان في الماء | معالجة المنسوجات، تحجيم الألياف الزجاجية |
| YT-7010 | أمونيوم رباعي (كاتيوني) | 16 ± 1% | 4 – 7 | غير محدد؛ الشحنة تبقى | المعالجة المسبقة للطباعة بالحبر النفاث |
| YT-5110 | كربوكسيلات، مقطع لين من البولي كربونات | 30 ± 1% | 6.0 – 8.0 | 6 – 10% | طلاء نهائي صناعي، تشطيب الجلود |
| YT-613 | كربوكسيلات مع سيليكون | 35 ± 1% | 6.0 – 8.0 | 4 – 5% | حبر مائي، طلاء PVC وPET |
| YT-6122 | أنيوني أليفاتي (كربوكسيلات) | 38.5 ± 1% | 6.0 – 8.0 | أقل من 3% | طلاء الأقمشة، حبر مركب للطباعة العكسية |
| YT-617 | كربوكسيلات، بولي كربونات، صلادة 2H | 30 ± 1% | 6.0 – 8.0 | أقل من 3% | طلاء نهائي صلب شفاف للخشب والمعادن |
| YT-5130 | أنيوني أليفاتي، مستقر حراريًا | 32% | 7 – 9 | دون ابيضاض بعد 1 ساعة عند 60 °C | خدمة في بيئة حارة ورطبة، وأعمال حساسة للاصفرار |
قاعدتان لقراءته. نسبة المواد الصلبة ليست مؤشرًا على مقاومة الماء: YT-6122 يُشحن عند 38.5 ± 1% و YT-617 وعند 30 ± 1%، وكلاهما أقل من 3%، بينما YT-5110 وعند نفس نسبة المواد الصلبة يسجل 6 إلى 10%. نسبة المواد الصلبة تقول فقط كمية الماء التي تدفع مقابل نقلها. والغمر الساخن يفرّق أفضل من البارد، ولهذا فإن YT-5130 ملاحظة عدم الابيضاض بعد ساعة واحدة عند 60 °C تقول للمشتري أكثر من خانة عشرية إضافية في نتيجة الاختبار البارد.
ما الذي تغيّره أولًا عندما يفشل الطلاء في الاختبار الرطب؟
- غيّر الأمين المعادل قبل أن تغيّر الراتنج. يغادر ثلاثي إيثيل أمين الفيلم إلى حد كبير أثناء الجفاف؛ أما AMP والأمينات الأخرى عالية الغليان فتبقى في الفيلم، وتُبقي الكربوكسيل متأينًا وترفع pH الموضعي. الراتنج نفسه، وأمين مختلف، ونتيجة غمر مختلفة، والاختبار لا يكلف شيئًا.
- أزل المحتوى الأيوني، وأعد الوزن الجزيئي بالطريقة الكارهة للماء. اخفض نحو 0.5% من مكافئ DMPA، واستعد اللزوجة والمتانة المفقودتين باستخدام ثنائي إيبوكسيد أو مستوى صغير من TMP، ثم أعد اختبار ثبات التخفيف. تحرك بخطوات 0.5%؛ فخفض واحد بنسبة 1% غالبًا ما يكون الفرق بين تشتيت قابل للرش وتشتيت متخثر.
- استبدل جزءًا من الكربوكسيلات بالسلفونات عندما يكون القيد في كيمياء الماء لا في كيمياء الفيلم. مياه الغسيل العسرة، والركائز المعدنية، والأصباغ الحمضية كلها مشكلات إلكتروليتية، والسلفونات يحلها باسترطابية أقل لكل شحنة.
- غيّر المقطع الطري عندما يكون الهدف أقل من 3% فعليًا. درجة بولي كربونات مواصفاتها بالفعل أقل من 3%، مثل منتجنا YT-617 عالي الصلابة والمقاوم للماءوهو المسار الموثوق، وهو أيضًا الأكثر تكلفة. الفيلم الأكثر صلابة يتطلب تجفيفًا دافئًا أو عامل اندماج، مما يعيدك إلى فخ الطباشير المسامي المذكور أعلاه.
- احبس الكربوكسيل الذي لم تستطع إزالته بالتصميم. كربوديميد بوليمري مثل YT-G30 يتفاعل انتقائيًا مع COOH، محولًا الموقع نفسه الذي كان يحتجز الماء إلى أميد بنسبة 1 إلى 5% من التركيبة. يتصلب أبطأ بكثير من الأزيريدين عند درجة حرارة الغرفة، ويحتاج إلى خبز أو معالجة طويلة للحصول على الفائدة الكاملة.
لا شيء من هذه الحركات الخمس يحول PUD إلى بولي يوريثان مذيب. إذا كان البوليمر يحتاج إلى مجموعات أيونية ليتواجد في الماء، فهذه المجموعات تبقى في فيلمك إلى الأبد، وما نختاره هو مكان التسرب. الراتنج الذي يُذكر أن امتصاصه للماء صفر إما أنه مفرط في التشابك حتى حد الهشاشة، أو تم قياسه كفيلم جاف لم يلمس قماشًا مبللًا.
الأسئلة الشائعة
ما مقدار DMPA الذي يحتاجه PUD ليبقى مشتتًا؟
حوالي 1.5% على الراتنج هو الحد الأدنى العملي لمشتت أنيوني يتحمل التخفيف، وعند 6% تقريبًا، لم يعد الاستقرار الإضافي يستحق ما يخسره الفيلم. معظم درجات الطلاء تتراوح بين 2% و3.5%. حجم الجسيمات، والمواد الصلبة، ومستوى التعادل، كلها تغير هذه الأرقام.
هل يعطي PUD ذو محتوى المواد الصلبة الأعلى مقاومة أفضل للماء؟
لا. المواد الصلبة تصف العلبة، وليس الفيلم. YT-617 عند 30 ± 1% و YT-6122 عند 38.5 ± 1% كلاهما يستوفي مواصفة امتصاص أقل من 3%، بينما YT-5110 عند نفس 30% مواصفته 6 إلى 10%. المحتوى الأيوني وقطبية السلسلة الرئيسية هما ما يرتبط.
هل يستطيع المُركّب إصلاح مقاومة الماء دون تغيير الراتنج؟
جزئيًا، ويستحق المحاولة أولًا: استخدم أمينًا أكثر تطايرًا، وحافظ على عامل الاندماج عند الحد الأدنى الذي لا يزال يسمح للفيلم بالالتحام، وأضف 1 إلى 5% من رابط متصالب تفاعلي مع الكربوكسيل، وامنح الفيلم وقت تجفيف حقيقيًا أو خبزًا. لا يمكن لأي إضافة أن تزيل مادة إطالة محبة للماء مدمجة بالفعل في المقطع الصلب. لدينا مجموعة مشتتات البولي يوريثان المائي تغطي تصاميم الكربوكسيلات، والمتوازنة بالسلفونات، والكاتيونية، وغير الأيونية، ولدينا برنامج البحث والتطوير موجود للمواصفات الواقعة بينها.
إذا كان لديك لوح يبيض أو يزهر أو يرتفع تحت الماء وتريد رأياً ثانياً حول مستوى محتواه الأيوني، اسأل مختبر التطبيقات لدينا. بيانات المختبر للدرجات المذكورة أعلاه موجودة في نشرة البيانات الفنية YT-617 (PDF).
