Một xưởng gia công ở Phật Sơn gọi cho chúng tôi sau mười tám tháng kể từ khi họ chuyển lớp phủ trên mũ giày sang gốc nước. Mũ giày đã qua hết các bài kiểm tra đầu vào. Vậy mà chỉ qua một mùa mưa nằm trong kho ẩm, màng phim giòn đi, nứt ngay chỗ gấp ở mũi giày, và bong ra thành từng mảng nguyên vẹn. Chúng tôi lấy mẫu cạo ra chạy GPC. Khối lượng phân tử trung bình số tụt khoảng 40% so với mẫu lưu trong thùng gốc. Đây không phải lỗi quy trình. Đây là thủy phân PUD hoàn tất cái mà lựa chọn nhựa đã khởi mào.
Phần lớn người làm công thức chọn polyurethane dispersion theo độ cứng, gloss và giá. Nhưng chính mạch mềm (soft segment) mới quyết định lớp phủ còn dùng được đến năm thứ hai hay không — và đó lại là dòng trên TDS mà chẳng ai tranh cãi.
Thực sự cái gì gãy khi polyurethane bị thủy phân
Nước tấn công nhóm carbonyl của ester trong mạch mềm. PUD gốc polyester được dựng từ một diol như polyol gốc adipate, và liên kết ester đúng là chỗ mà nước cắt đứt. Một lần cắt cho ra một đầu hydroxyl và một đầu axit carboxylic. Axit đó giờ nằm ngay trong màng phim của bạn, xúc tác cho lần cắt tiếp theo. Chính tự xúc tác (autocatalysis) là lý do thủy phân trông ổn suốt mười bốn tháng rồi hỏng rất nhanh.
Đứt mạch biểu hiện thành sụp cơ tính trước khi thành khuyết tật nhìn thấy được. Màng mất độ giãn dài trước, rồi đến độ bám dính, rồi đến độ liên kết ở mép cắt của phép thử cross-cut. Độ cứng có thể đo ra cao hơn trong khi lớp phủ thực ra đang tệ đi, vì mạch ngắn xếp khít lại và cứng lên.
Mạch nền polyether không có carbonyl dễ thủy phân trong mạch mềm. Chuỗi C–O–C không bị bung ra trong điều kiện nóng ẩm, nên PUD polyether giữ được tính chất khi phục vụ trong môi trường ẩm ướt. Kiểu hỏng của nó khác và chậm hơn. Oxy hóa bắt đầu từ carbon bậc ba cạnh oxy ether, do nhiệt và UV thúc đẩy. Màng ố vàng trước, giòn sau. Ở cùng khối lượng phân tử, polyether cũng ưa nước hơn polyester về bản chất, nên lượng nước hấp thụ có thể cao hơn dù không có gì bị đứt gãy.
Diol polycarbonate nằm giữa hai loại trên. Liên kết carbonate có mang carbonyl, nhưng bị che chắn không gian và phản ứng kém hơn nhiều so với ester béo. Tốc độ thủy phân xuống gần mức polyether trong khi tính chất cơ học vẫn giữ kiểu polyester. Đó chính là toàn bộ lý do để trả thêm tiền.
So sánh ba loại mạch nền, kèm các mã chúng tôi đang bán
| Mạch nền (soft segment) | Bạn mua cái gì | Cái gì hỏng trước | Các mã trong danh mục của chúng tôi |
|---|---|---|---|
| Polyether | Ổn định trong môi trường ẩm ướt và chống thủy phân, độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp | Dễ ố vàng do oxy hóa và giòn; độ hút nước cao hơn | YT-X65 aliphatic polyether tự mờ, độ rắn 30 ± 2%, độ nhớt 500 đến 1.000 mPa·s |
| Polyester | Độ bền kéo, độ bám dính khi còn ướt, khả năng chịu nhiệt, giá thành | Este bị thủy phân trong điều kiện nóng ẩm, chính axit của nó xúc tác tự động cho phản ứng này | YT-X51 polyester tự mờ, chịu được sấy ở 240 °C; YT-6136 polyester aliphatic dùng cho mực in PVC, độ rắn 35 ± 1% |
| Polycarbonate | Chống thủy phân và chống dung môi, cơ tính tương đương polyester | Ngân sách và thời gian giao hàng, không phải màng phim | YT-617 Độ cứng bút chì 2H, độ hút nước dưới 3%; YT-5137 mềm hơn, YT-5140 trung bình cứng |
Toàn bộ dải polyurethane dispersion của chúng tôi trải trên cả ba loại backbone. Mức phân tán cơ tính trong cùng một lớp backbone cũng hữu ích chẳng kém gì khác biệt giữa các lớp. YT-5137 cho modulus 2,5 đến 3,5 MPa với độ giãn dài trên 700 phần trăm. YT-5140 cũng là hóa học polycarbonate đó nhưng ở 4 đến 6 MPa và độ bền kéo trên 40 MPa. Bạn chọn backbone trước, rồi mới chọn độ cứng, chứ không phải ngược lại.
Cách chúng tôi test tuổi thọ thủy phân, và mỗi phép test che giấu những gì
Phép ngâm nước tiêu chuẩn sẽ không bắt được kiểu hỏng này. ISO 2812-1 ở 23 °C trong 24 giờ đo mức hút nước, không đo sự cắt mạch. Màng polycarbonate của chúng tôi hút dưới 3 phần trăm trong khoảng thời gian đó và vẫn chẳng nói gì về tháng thứ mười tám.
Những gì chúng tôi yêu cầu với mọi job mà thủy phân là yếu tố then chốt:
- Gia nhiệt ẩm ở 70 °C và độ ẩm tương đối 100 phần trăm trong 500 giờ, không phải 168 giờ. Đo lại độ giãn dài và độ bám dính cross-cut sau đó, không chỉ nhìn ngoại quan.
- So sánh khối lượng phân tử bằng GPC trước và sau. Nếu giảm quá 15 phần trăm thì vấn đề nằm ở mạch chính, màng ngoài trông thế nào không còn quan trọng nữa.
- Đo trị số carboxyl hoặc pH của can ở mốc ba tháng và sáu tháng. Độ acid tăng dần nghĩa là vòng tự xúc tác đã bắt đầu chạy ngay trong thùng.
- Thử đông tan theo ASTM D2243, năm chu kỳ, vì một container đi qua Siberia thì bản thân nó đã là chất xúc tác thủy phân một khi nhũ tương bị phá.
- Độ bám dính ướt sau lão hóa, trên đúng nền thực tế. Liên kết nội khối có thể vẫn còn trong khi lớp tiếp giáp đã hỏng trước.
Nói thẳng về giới hạn của phép thử đầu tiên. Độ hấp thụ nước và tốc độ thủy phân tương quan lỏng lẻo với nhau. Một màng polyether khít có thể hút nhiều nước hơn mà vẫn sống lâu hơn một màng polyester đặc.
Chỗ nào polycarbonate đáng đồng tiền, chỗ nào không
Polycarbonate diol đắt hơn adipate polyol tính theo kilogam. Dispersion cũng thường chỉ đạt 30 phần trăm chất rắn, trong khi polyester có thể đẩy lên 40 hoặc 45. Tính trên cơ sở chất rắn thì giá dòng nhựa tăng, và chúng tôi không giả vờ ngược lại.
Nó hoàn vốn ở ba chỗ. Khả năng chịu lau cồn và dung môi, nơi YT-5137 vượt 80 lần lau với crosslinker aziridine và tự đứng được trên 50 lần. Lớp phủ mặt và keo tiếp xúc ướt phải qua chu kỳ ẩm, nơi các con số trong TDS YT-617 vẫn giữ được sau thử ẩm nóng. Và mọi hệ trong suốt mà bạn không chấp nhận hiện tượng mờ do acid xuất hiện muộn trên màng polyester.
Nó không hoàn vốn với chi tiết có vòng đời một năm. Cũng không phù hợp khi yêu cầu thực sự là bám dính lên PVC và các màng nhựa hóa dẻo tương tự. YT-6136 là một polyester aliphatic được tạo ra đúng cho việc đó: độ bám dính PVC vượt trội và độ bóng cao. Ở phân khúc này, không loại polycarbonate nào thắng được nó về giá. Polyester cũng vẫn thắng về khả năng chịu nhiệt: YT-X51 chịu được sấy 240 °C, điều mà không mác self-matting gốc polyether nào trong danh mục của chúng tôi sống nổi.
Các hướng xử lý khi bạn bị kẹt với polyester
Áp lực giá khiến hầu hết khách hàng vẫn dùng polyester, và đó là quyết định hợp lý nếu bạn kiểm soát được gốc ester. Bốn hướng, theo đúng thứ tự chúng tôi thường làm.
Thêm carbodiimide. YT-G30 là carbodiimide dạng polymer, hàm lượng rắn 50 ± 2% trong PMA. Nó phản ứng với nhóm carboxyl trong nhựa nên làm hai việc cùng lúc: crosslink, và loại bỏ nhóm acid đầu mạch vốn xúc tác cho quá trình thủy phân tiếp diễn. Ở nhiệt độ phòng nó phản ứng chậm, nhờ vậy vẫn giữ được open time khả dụng trong bồn, rồi crosslink nhanh khi màng khô và ấm lên. Vai trò được công bố là chịu thủy phân và chịu nhiệt lâu dài, và đây là hướng không gây mẫn cảm khi lẽ ra bạn phải dùng aziridine.
Tăng mật độ crosslink cho đúng cách. Isocyanate aliphatic hai thành phần tạo cho màng một mạng ba chiều mà nước phải làm trương lên chứ không bung tách được. YT-6300 có hàm lượng NCO 20,5 đến 21,5 phần trăm và phân tán vào nhựa bằng cách khuấy tay. Open time 3 đến 4 giờ. YT-1102 là bản không ion với cửa sổ 5 đến 6 giờ và chống ngả vàng tốt hơn, điều này quan trọng với da trắng. Bảng so sánh crosslinker nằm trong aziridine so với chất đóng rắn isocyanate.
Để ý đến pH. Cắt mạch ester tăng mạnh khi pH trên 9, và dùng quá liều neutraliser là cách phổ biến để mua một ca hỏng ba tháng tuổi từ trong thùng ra. Chúng tôi giữ dispersion anion ở 7,5 đến 8,5 và kiểm tra lại sau một tháng.
Sau đó thiết kế tuổi thọ theo đúng lớp tiếp giáp yếu nhất. Trong dán ghép nóng ẩm, đường keo hỏng trước lớp phủ, và kiểu hỏng đó trông y hệt như lỗi của topcoat. Keo PU gốc nước dùng cho dán composite và dán đế giày dép cũng cần đúng quy trình thử nóng ẩm đó. Chúng tôi đã tổng hợp các kiểu hỏng do mất khả năng chịu nước của dòng sản phẩm này trong vì sao keo PU gốc nước mất khả năng chịu nước.
Những câu hỏi khách hàng hay đặt cho phòng lab
Dùng mạch polyether thì có tránh được vấn đề thủy phân không?
Nghĩa là bạn đổi một kiểu hỏng lấy một kiểu hỏng khác. Phân đoạn mềm polyether không bị cắt mạch trong điều kiện nóng ẩm nên khối lượng phân tử giữ nguyên. Cái mất đi là khả năng chống oxy hóa. Cacbon alpha cạnh liên kết ether bị phân hủy chậm dưới nhiệt và UV, màng ngả vàng, và cứng dần theo năm tháng chứ không phải theo tháng. Ở cùng khối lượng phân tử, polyether cũng hút nước nhiều hơn. Một mác YT-X65 có thể cho kết quả kém hơn khi ngâm 24 giờ mà vẫn là lựa chọn đúng cho môi trường ẩm. Hãy đánh giá riêng hai chỉ số này.
Có thể cứu lớp phủ polyester đã bị thủy phân ngoài hiện trường không?
Không. Cắt mạch chuỗi là không thể đảo ngược, và lượng axit trong màng vẫn tiếp tục phản ứng. Phủ đè lên một màng đã thoái hóa là chuyển vấn đề sang lớp tiếp giáp của bạn, vì lớp yếu vẫn còn nằm bên dưới. Cách trung thực là bóc đi phủ lại, hoặc chấp nhận phế phẩm và đổi mạch chính hay crosslinker cho lô sau. Thêm carbodiimide vào lô mới chỉ bảo vệ được lô đó. Nó không có tác dụng gì với màng polyester đã đóng rắn.
Keo dán cho mối nối tiếp xúc ẩm nên dùng mạch chính nào?
Polyether hoặc polycarbonate, cả hai chúng tôi đều báo giá được. Keo giày kích hoạt nhiệt gốc polyester chạy rất tốt trên chuyền nhưng chỉ tầm tầm sau mùa mưa. Nếu chi tiết phải chịu 70 °C và độ ẩm cao suốt hàng trăm giờ, thì tiền nên đầu tư vào phân đoạn mềm. Gửi cho chúng tôi quy trình lão hóa, chúng tôi sẽ nói xem mạch chính đó có đáng trả thêm cho chi tiết của bạn không.
Liên hệ phòng lab ứng dụng của chúng tôi cho đường cong ẩm-nhiệt của một mác cụ thể trước khi bạn chốt cho dây chuyền.
