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Teoría básica del secado por dispersión de poliuretano

Teoría básica del secado por dispersión de poliuretano
January 22, 2024
1. Evaporación de agua pura La evaporación de agua se refiere al proceso por el cual el agua líquida se convierte en forma gaseosa, que ocurre en estados sin ebullición y es un tipo de evaporación superficial donde las moléculas de agua escapan de la superficie del líquido al espacio de aire circundante. El calor latente de evaporación del agua se define como la energía necesaria para que las moléculas de agua se evaporen del estado líquido al aire (J/g). La evaporación del agua tiene dos características:
  • El calor latente de evaporación del agua es particularmente alto, alcanzando 2260 J/g. En comparación con los disolventes orgánicos como el tolueno, que tienen un punto de ebullición cercano pero sólo requieren 367 J/g para evaporarse, el agua necesita seis veces más energía para evaporarse.
  • Durante la evaporación del agua, ya hay vapor de agua presente en la atmósfera, lo que crea una presión de vapor de agua existente que afecta la tasa de evaporación del agua. Cuando la presión externa del vapor de agua se satura, la evaporación del agua cesa.
2. Evaporación del agua en dispersiones acuosas

Vanderhoff y cols. (1973) descubrieron que la evaporación de la humedad en geles en emulsión se puede dividir en tres etapas: un período inicial de velocidad constante seguido de un período de desaceleración y finalmente una progresión gradual hacia una fase de evaporación lenta con velocidad cero. Se produce un fenómeno de "desollado". Croll et al. (1986) descubrieron que algunos secados de emulsión solo implican dos etapas: un período de velocidad constante y un período de velocidad lenta, sin ningún tipo de piel. En el proceso de secado de dispersiones existen fenómenos de secado de tres y dos etapas, siendo la diferencia clave si durante el secado se forma una "piel" en la superficie.

3. Secado vertical y horizontal

En el proceso de secado de dispersiones, dado que la humedad solo puede evaporarse de la superficie, la evaporación inevitablemente causará que ciertas áreas se concentren de manera desigual. Los experimentos sobre el secado de emulsión han encontrado que las partículas se distribuyen de manera desigual durante el secado, apareciendo tanto vertical como horizontalmente. Fenómenos desiguales que ocurren en La dirección vertical se conoce como secado vertical. Los fenómenos desiguales que ocurren en la dirección horizontal se conocen como secado horizontal.

4. Los efectos del secado vertical y horizontal

El secado vertical es un fenómeno inevitable en el secado de emulsión:

  • A medida que el agua se evapora de la superficie, las partículas en la superficie de la emulsión se concentran.
  • Además de la concentración de partículas en la superficie, existe una tendencia a que las partículas se difundan desde concentraciones altas a bajas, por lo que surgen dos escalas de tiempo en competencia durante el secado: el tiempo de secado tevap de una película de emulsión con espesor húmedo H, y el tiempo tdiff requerido para las partículas superficiales. difundirse al sustrato.
  • Si las partículas tienden a permanecer concentradas en la superficie (tevap < tdiff), entonces se produce un fenómeno de formación de piel, característico del fenómeno de secado en tres etapas;
  • Si las partículas tienden a difundirse hacia el sustrato (tdiff < tevap), entonces se mantiene una concentración básica uniforme sin formación de piel, característica del fenómeno de secado en dos etapas.

Los factores que afectan el proceso de secado incluyen:

  • Aumentar la viscosidad μ, aumentar el tamaño de partícula de la emulsión R, aumentar el espesor de la película H y acelerar la velocidad de secado E aumentarán el número de Peclet (Pe), exacerbando el fenómeno de formación de piel durante el secado.
II. Tensión producida durante el secado y agrietamiento de la dispersión de poliuretano debido a la tensión

La generación de tensiones durante el secado de la dispersión y el agrietamiento inducido por tensiones son fenómenos comunes. Hay dos razones para la producción de estrés:

  1. Presión capilar: la tensión inducida por la presión capilar se produce durante la etapa de deformación de las partículas.
  2. Contracción de volumen: la contracción de volumen es más severa en las dispersiones acuosas de poliuretano y generalmente ocurre más tarde en la etapa de deformación de las partículas.
III. La naturaleza especial del proceso de secado de dispersión de poliuretano a base de agua

La mayor diferencia estructural entre las dispersiones de poliuretano a base de agua y otras dispersiones o emulsiones es que las partículas de PUD contienen una gran cantidad de agua combinada.

IV. El impacto del agua combinada en PUD (DISPERSIÓN DE POLIURETANO) en el agrietamiento inducido por el secado
  1. El impacto del agua combinada en partículas de dispersión de poliuretano a base de agua sobre el agrietamiento causado por la presión capilar.
  2. Grietas causadas por la contracción del volumen debido a la evaporación del agua combinada.

Las características del craqueo jerárquico:

  • Las grietas se forman secuencialmente y, al formarse, se desarrollan en una dirección particular hasta que encuentran grietas previamente formadas y terminan, lo que da como resultado una serie de patrones espacialmente segmentados con propiedades jerárquicas.

Las propiedades jerárquicas significan que las grietas presentan diferencias en longitud/ancho y escala:

  • Las primeras grietas formadas son largas y anchas;
  • Las grietas formadas más tarde son más cortas porque terminan en grietas anteriores; aunque liberan algo de tensión, su longitud limitada significa que crean grietas más estrechas;
  • Los ángulos en los que se cruzan las grietas son en su mayoría muy grandes. La tensión por contracción del volumen es significativa y no se puede comparar con la tensión inducida por la presión capilar.

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