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폴리우레탄 분산건조 기초이론

폴리우레탄 분산건조 기초이론
January 22, 2024
1. 순수 증발(Pure Water Evaporation) 수분 증발은 액체 물이 기체 형태로 변하는 과정을 말하며, 이는 끓지 않는 상태에서 발생하며, 물 분자가 액체 표면에서 주변 공기 공간으로 빠져나가는 표면 증발의 일종입니다. 물 증발 잠열은 물 분자가 액체 상태에서 공기 중으로 증발하는 데 필요한 에너지(J/g)로 정의됩니다. 물 증발에는 두 가지 특성이 있습니다.
  • 물 증발 잠열은 특히 높아 2260 J/g에 이릅니다. 끓는점이 비슷하지만 증발하는 데 367J/g만 필요한 톨루엔과 같은 유기 용매에 비해 물은 증발하는 데 6배 이상의 에너지가 필요합니다.
  • 물이 증발하는 동안 대기에는 이미 수증기가 존재하여 물 증발 속도에 영향을 미치는 기존 수증기압을 생성합니다. 외부 수증기압이 포화되면 수분 증발이 중단됩니다.
2. 수성 분산액의 수분 증발

Vanderhoffet al. (1973)은 에멀젼 젤의 수분 증발이 세 단계로 나눌 수 있음을 발견했습니다. 초기 일정한 속도 기간과 감속 기간, 마지막으로 속도가 0인 느린 증발 단계로의 점진적인 진행입니다. "스키닝" 현상이 발생합니다. Croll et al. (1986)은 일부 에멀젼 건조가 스키닝 없이 일정한 속도 기간과 느린 속도 기간이라는 두 단계만 포함한다는 사실을 발견했습니다. 분산액의 건조 과정에는 3단계 및 2단계 건조 현상이 모두 존재하며 주요 차이점은 다음과 같습니다. 건조 중에 표면에 "피부"가 형성되는지 여부.

3. 수직 및 수평 건조

분산액의 건조 과정에서는 수분이 표면에서만 증발하기 때문에 증발로 인해 필연적으로 특정 영역이 고르지 않게 집중됩니다. 에멀젼 건조 실험에 따르면 건조 중에 입자가 고르지 않게 분포되어 수직 및 수평으로 모두 나타납니다. 수직 방향을 수직 건조라고 합니다. 수평 방향으로 고르지 않게 나타나는 현상을 수평 건조라고 합니다.

4. 수직 및 수평 건조의 효과

수직 건조는 유제 건조에서 불가피한 현상입니다.

  • 표면에서 물이 증발함에 따라 에멀젼 표면의 입자가 농축됩니다.
  • 표면의 입자 농도와 함께 입자가 높은 농도에서 낮은 농도로 확산되는 경향이 있으므로 건조 중에 두 가지 경쟁 시간 척도가 나타납니다. 즉, 젖은 두께가 H인 유제 필름의 건조 시간 tevap와 표면 입자에 필요한 시간 tdiff입니다. 기판에 확산되도록 합니다.
  • 입자가 표면에 집중되어 있는 경향이 있으면(tevap < tdiff) 스키닝 현상이 발생합니다. 이는 3단계 건조 현상의 특징입니다.
  • 입자가 기질 쪽으로 확산되는 경향이 있는 경우(tdiff < tevap), 2단계 건조 현상의 특징인 스키닝 없이 기본적으로 균일한 농도가 유지됩니다.

건조 과정에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

  • 점도 μ 증가, 에멀젼 입자 크기 R 증가, 필름 두께 H 증가 및 건조 속도 E 가속화는 모두 Peclet 수(Pe)를 증가시켜 건조 중 스키닝 현상을 악화시킵니다.
II. 폴리우레탄 분산 건조시 발생하는 응력 및 응력으로 인한 균열

분산 건조 중 응력 발생과 응력으로 인한 균열은 일반적인 현상입니다. 스트레스 생성에는 두 가지 이유가 있습니다.

  1. 모세관 압력: 입자 변형 단계에서 모세관 압력으로 인한 응력이 발생합니다.
  2. 부피 수축: 부피 수축은 수성 폴리우레탄 분산액에서 더 심각하며 일반적으로 입자 변형 단계 후반에 발생합니다.
III. 수성 폴리우레탄 분산건조 공정 의 특수성

수성 폴리우레탄 분산액과 기타 분산액 또는 에멀젼의 가장 큰 구조적 차이점은 PUD 입자에 다량의 결합된 물이 포함되어 있다는 것입니다.

IV. 건조 유발 균열에 대한 PUD(POLYURETHANE DISPERSION)의 결합수가 미치는 영향
  1. 모세관 압력으로 인한 균열에 대한 수성 폴리우레탄 분산 입자의 결합된 물의 영향
  2. 결합된 물의 증발로 인한 부피수축으로 인한 균열

계층적 크래킹의 특징:

  • 균열은 순차적으로 형성되며, 형성되면 이전에 형성된 균열과 만나 종료될 때까지 특정 방향으로 발전하여 계층적 특성을 갖는 일련의 공간적으로 분할된 패턴이 생성됩니다.

계층적 특성은 균열이 길이/너비 및 규모에 차이를 보인다는 것을 의미합니다.

  • 초기에 형성된 균열은 길고 넓습니다.
  • 나중에 형성된 균열은 더 이른 균열에 의해 종결되기 때문에 더 짧습니다. 약간의 응력을 방출하기는 하지만 길이가 제한되어 있어 균열이 더 좁아집니다.
  • 균열이 교차하는 각도는 대부분 매우 큽니다. 부피 수축 응력은 중요하며 모세관 압력으로 인한 응력과 비교할 수 없습니다.

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