Влияние различных типов аэросила на загущение и тиксотропность полиуретановых клеев 

В связи с постоянно растущим спросом на высокоэффективные клеи в современной промышленности, полиуретановые клеи нашли широкое применение в автомобильной, строительной, электронной и упаковочной отраслях благодаря своей исключительной прочности сцепления, устойчивости к атмосферным воздействиям и гибкости. Однако традиционные полиуретановые клеи часто сталкиваются с такими проблемами, как провисание и плохая обрабатываемость во время использования, особенно при склеивании вертикальных поверхностей или сложных конструкций. Для решения этих проблем в качестве ключевой стратегии модификации появились загущающие тиксотропные агенты. Среди них пирогенный диоксид кремния (FMS) широко используется для регулирования реологических свойств клея благодаря своим уникальным характеристикам: высокой удельной поверхности, высокой поверхностной активности и трехмерной сетевой структуре. Это позволяет достичь идеального тиксотропного поведения: высокой вязкости при низком сдвиге и низкой вязкости при высоком сдвиге.

В последние годы многие предприятия как в стране, так и за рубежом внедрили различные марки продуктов из пирогенного кремнезема, чтобы удовлетворить потребности различных сценариев применения. Технический персонал АО Хубэй Хуэйфу Наноматериалы. на основе лабораторных базовых данных систематически изучил влияние различных видов пирогенного кремнезема на загущающие и тиксотропные свойства компонентов A и B полиуретанового клея. В данном исследовании систематически сравниваются различия в загущающей вязкости и тиксотропных значениях между HB-139, HB-139B с зарубежными конкурентами (A, B), отечественными конкурентами и HL-200 с точки зрения значений вязкости при загущении и тиксотропности, а также был проведен тщательный анализ основных причин их соответствующих преимуществ и недостатков.

Рисунок 1

Как показано на рисунке 1, в составе компонента A чистый образец демонстрирует вязкость около 2500 сП при 12 об/мин, что указывает на чрезвычайно слабую способность к загущению в системе без наполнителей. HB-139 увеличивает вязкость до примерно 18 000 сП, HB-139B продемонстрировал вязкость около 18 500 сП. Иностранный конкурент A продемонстрировал вязкость около 19 500 сП, иностранный конкурент B — около 22 500 сП, отечественный конкурент — около 17 800 сП, а HL-200 — около 18 200 сП.

Что касается тиксотропности, то проба-бланк продемонстрировала значение тиксотропности около 1,1, что свидетельствует о незначительной тиксотропности и слабом эффекте сдвигового разжижения. Значение тиксотропности HB-139 увеличилось до примерно 3,5, HB-139B — до примерно 3,7, иностранного конкурента A — до примерно 3,4, иностранного конкурента B — до примерно 3,6, а отечественного конкурента — до примерно 3,0. В то время как HL-200 продемонстрировал значение тиксотропии около 2,8.

Что касается вязкости, иностранный конкурент B продемонстрировал самую высокую вязкость среди всех образцов компонента A, проявив выдающиеся свойства загущения. Отечественные конкуренты продемонстрировали относительно более слабые свойства загущения, при этом HB-139 и HB-139B продемонстрировали загущающий эффект, сопоставимый с другими марками. Что касается тиксотропности, HB-139B демонстрирует самые высокие характеристики среди всех образцов компонента A, что указывает на оптимальную эффективность разрушения и восстановления его трехмерной сети под действием сдвигового напряжения.

Рисунок 2

Как показано на рисунке 2, в составе компонента B пустой образец продемонстрировал вязкость около 4000 сП при 12 об/мин, что свидетельствует о явно недостаточных загущающих свойствах. HB-139 повысил вязкость до примерно 16500 сП, HB-139B продемонстрировал вязкость около 26 000 сП. Иностранный конкурент A имел вязкость около 23 000 сП, иностранный конкурент B — около 35 000 сП, отечественные конкуренты — примерно 21 000 сП, а HL-200 — около 16 000 сП.

Что касается тиксотропности, то пустой образец продемонстрировал значение тиксотропности около 1,2, что указывает на плохую тиксотропность. Значение тиксотропности HB-139 увеличилось до примерно 2,8, значение тиксотропности HB-139B составило примерно 3,2, значение тиксотропности иностранного конкурента A составило примерно 3,3, значение тиксотропности иностранного конкурента B составило примерно 3,3, значение тиксотропности отечественного конкурента составило примерно 3,0. В то время как HL-200 демонстрирует значение тиксотропии около 2,2.

В целом, HB-139B достигает оптимального баланса «высокой вязкости + высокой тиксотропии» среди компонентов группы B. Его повышение вязкости превышает в шесть раз вязкость пустого образца, с устойчивым значением тиксотропии 3,1. Это демонстрирует его способность обеспечивать отличную устойчивость к оседанию в статических условиях, одновременно быстро снижая вязкость при перемешивании или нанесении, что облегчает использование.

Выдающаяся эффективность HB-139 и HB-139B обусловлена совместимостью технологии модификации поверхности с полиуретановой системой. Взаимодействие между поверхностными гидроксильными группами пирогенного кремнезема и молекулярными цепями полиуретана (образование и разрушение водородных связей) составляет основной механизм построения тиксотропной сети. HB-139 и HB-139B используют процессы обработки поверхности, более подходящие для полиуретана, что повышает эффективность взаимодействия между их поверхностно-активными группами и молекулярными цепями полиуретана. Это обеспечивает высокоэффективное загущение и контроль тиксотропности даже при более низких уровнях добавления. Кроме того, их превосходная дисперсия наночастиц предотвращает ухудшение характеристик, вызванное агломерацией, что дополнительно обеспечивает стабильность и однородность системы.
HB-139B демонстрирует превосходный контроль тиксотропности в полиуретановых клеях, обеспечивая повышенную эффективность загущения при более низких дозировках, улучшенную стабильность дисперсии и лучшую экологическую совместимость. Это указывает на то, что будущее развитие пирогенного кремнезема в полиуретановых клеях будет продолжать двигаться в направлении высокой производительности, индивидуализации, функционализации и более экологичных рецептур.
Что касается высокой производительности и индивидуализации, то точное управление удельной поверхностью, химическим составом поверхности и распределением частиц по размеру пирогенного кремнезема позволяет адаптировать загущающие и тиксотропные свойства полиуретановых клеев. Это отвечает требованиям «максимальной технологичности» клеев для высокотехнологичных применений, таких как облегчение конструкции автомобилей и герметизация прецизионной электроники. Например, в полиуретановых клеях для лопастей ветряных турбин можно разработать сверхэффективный тиксотропный пирогенный диоксид кремния, который обеспечит, что клей не будет стекать и капать при нанесении на сложные изогнутые поверхности, одновременно обеспечивая равномерное покрытие.
Функционализация представляет собой еще одну важную тенденцию. Будущие исследования могут быть направлены на изучение «интеллектуального тиксотропного» пирогенного кремнезема, позволяющего его тиксотропным свойствам динамически реагировать на факторы окружающей среды (такие как температура, влажность или электрические поля), тем самым придавая клею адаптивность. Одновременно с этим, интеграция технологии композитных материалов, синергетическое смешивание PVDSi с другими нанонаполнителями (например, углеродными нанотрубками, графеном) может одновременно улучшить функциональные свойства клея — механическую прочность, теплопроводность, электропроводность — и регулировать загущение и тиксотропность. Это расширит области применения полиуретановых клеев в таких передовых областях, как 6G-связь и новые энергетические батареи.
Зеленое развитие остается не менее важным. В условиях ужесточения экологической политики и повышения требований к устойчивости промышленности разработка VCSO, обработанного биологическими модификаторами поверхности, или использование биоразлагаемых полиуретановых систем в сочетании с VCSO будет способствовать двойному прорыву в области полиуретановых клеев с точки зрения производительности и экологических характеристик, внося значительный вклад в циркулярную экономику и низкоуглеродное производство.
Таким образом, как «ядро, регулирующее характеристики» полиуретановых клеев, технологическая эволюция пирогенного кремнезема будет и в дальнейшем стимулировать инновации в индустрии клеев. Он будет играть все более важную роль в ключевых секторах национальной экономики, включая интеллектуальное производство, экологичное строительство и высокотехнологичное оборудование, и в конечном итоге станет важнейшим краеугольным камнем, поддерживающим развитие передовых производств и процветание индустрии новых материалов.