Resinas de poliuretano à base de água à base de poliéster e poliéter: uma comparação do desempenho de resistência ao calor

Do ponto de vista químico, a resina de poliuretano à base de água é essencialmente um líquido com viscosidade a-viscosa composto de partículas de gel uniformemente dispersas em água. Durante o crescimento da cadeia, a viscosidade da emulsão geralmente mantém um estado de equilíbrio, e sua variação advém principalmente do aumento do peso molecular das próprias partículas. Em aplicações práticas, quando a temperatura para a formação do filme excede o ponto de fusão das partículas de polímero, uma camada de filme contínua uniformemente distribuída é formada entre as partículas. No caso de temperaturas mais baixas, o revestimento seco apresenta um estado descontínuo de adesão partícula a partícula.

Ao discutir a resistência ao calor dos polímeros, dois importantes indicadores de temperatura devem ser mencionados: a temperatura de amolecimento e a temperatura de decomposição térmica. A temperatura de amolecimento, como o nome sugere, refere-se à temperatura crítica na qual o polímero transita do estado elástico para o estado de fluxo viscoso, ou seja, o ponto mais baixo no qual as cadeias poliméricas começam a deslizar. A deformação que ocorre a esta temperatura é irreversível. Esta temperatura não só determina a gama de processamento através da moldagem do polímero, mas também estabelece o limite de temperatura para a utilização de produtos poliméricos. A temperatura de decomposição térmica é a temperatura mais baixa na qual as ligações químicas no polímero se rompem durante o aquecimento, e a temperatura operacional de longo prazo dos produtos poliméricos deve ser inferior a esta temperatura. Vale ressaltar que a relação entre a temperatura de decomposição térmica e a temperatura de amolecimento não é fixa e pode ser maior ou menor que a temperatura de amolecimento. Para o poliuretano à base de água, a temperatura de decomposição térmica é geralmente inferior à temperatura de amolecimento, e o processo de decomposição térmica frequentemente se entrelaça com outros processos de degradação, como oxidação e hidrólise, promovendo-se mutuamente.

A temperatura de decomposição térmica da emulsão de poliuretano à base de água é grandemente influenciada pela resistência ao calor de vários grupos funcionais em sua estrutura macromolecular. Por exemplo, a temperatura de decomposição térmica do dímero de ureia e do metacrilato de uretano é significativamente mais baixa do que a do uretano e da ureia. De acordo com registros da literatura, a temperatura de decomposição térmica do dímero de uréia é de 120°C, enquanto a temperatura de decomposição do metacrilato de uretano é de apenas 106°C. A temperatura de decomposição térmica do uretano está intimamente relacionada com a estrutura do seu composto original, com os diisocianatos alifáticos geralmente tendo melhor resistência ao calor do que os diisocianatos aromáticos, e os álcoois alifáticos tendo melhor resistência ao calor do que os álcoois aromáticos (como o fenol). Nos diisocianatos aromáticos, a ordem de resistência ao calor é geralmente PPDI > NDI > MDI > TDI.

Além disso, existem diferenças significativas na temperatura de decomposição térmica do uretano-acrilato obtido a partir da reação de diferentes estruturas de álcoois graxos com o mesmo isocianato. Entre eles, o álcool primário tem a temperatura de decomposição térmica mais alta, enquanto o álcool terciário tem a mais baixa, e alguns podem até começar a se decompor a 50°C. Isto ocorre principalmente porque as ligações próximas ao átomo de carbono terciário e ao átomo de carbono quaternário são mais frágeis e propensas à quebra. A estrutura do segmento macio também afeta a temperatura de decomposição térmica. Devido à boa estabilidade térmica dos grupos carbonila e à suscetibilidade do hidrogênio no átomo de carbono α dos grupos éter à oxidação, os materiais à base de poliéster geralmente apresentam melhor resistência ao envelhecimento térmico ao ar do que os materiais à base de poliéter. Além disso, a presença de ligações duplas no segmento macio diminuirá a resistência ao calor do elastômero, enquanto a introdução de anéis de isocianurato e elementos inorgânicos pode efetivamente melhorar a resistência ao calor do elastômero. Os polióis de poliéster geralmente têm melhor desempenho de degradação térmica do que os polióis de poliéter devido às maiores forças intermoleculares entre as moléculas. A estabilidade térmica dos polímeros é significativamente aumentada pela presença de ligações silício-oxigênio devido às suas características de alta energia de ligação. Materiais inorgânicos são frequentemente usados ​​para aumentar a resistência ao calor de polímeros devido à sua excelente estabilidade térmica e resistência mecânica.