Poliüretan Dispersiyon Kurutma Temel Teorisi
January 22, 2024
1. Saf Su Buharlaşması Su buharlaşması, kaynamayan durumlarda meydana gelen sıvı suyun gaz formuna dönüşmesi sürecini ifade eder ve su moleküllerinin sıvı yüzeyden çevredeki hava boşluğuna kaçtığı bir tür yüzey buharlaşmasıdır. Suyun buharlaşmasının gizli ısısı, su moleküllerinin sıvı halden havaya buharlaşması için gereken enerji (J/g) olarak tanımlanır. Su buharlaşmasının iki özelliği vardır:
-
Suyun buharlaşmasının gizli ısısı özellikle yüksektir ve 2260 J/g'ye ulaşır. Kaynama noktası yakın olan ancak buharlaşmak için yalnızca 367 J/g gerektiren toluen gibi organik çözücülerle karşılaştırıldığında, suyun buharlaşmak için altı kat daha fazla enerjiye ihtiyacı vardır.
-
Suyun buharlaşması sırasında atmosferde zaten su buharı bulunur ve bu da suyun buharlaşma hızını etkileyen mevcut bir su buharı basıncı oluşturur. Dış su buharı basıncı doygunluğa ulaştığında suyun buharlaşması duracaktır.
2. Sulu Dispersiyonlarda Su Buharlaşması
Vanderhoff ve diğerleri. (1973), emülsiyon jellerindeki nem buharlaşmasının üç aşamaya bölünebileceğini keşfetmişlerdir: başlangıçta sabit hızlı bir periyot, bunu takip eden bir yavaşlama periyodu ve son olarak sıfır hızda yavaş bir buharlaşma fazına doğru kademeli bir ilerleme. Bir "kabarma" olgusu meydana gelir. Croll ve ark. (1986), bazı emülsiyon kurutmanın yalnızca iki aşama içerdiğini bulmuşlardır: herhangi bir kabuklaşma olmaksızın sabit hız periyodu ve yavaş hız periyodu. Dispersiyonların kurutma prosesinde hem üç aşamalı hem de iki aşamalı kuruma olgusu mevcuttur; temel fark şudur: kuruma sırasında yüzeyde bir "kabuk" oluşup oluşmadığı.
3. Dikey ve Yatay Kurutma
Dispersiyonların kurutulma sürecinde, nem yalnızca yüzeyden buharlaşabildiğinden, buharlaşma kaçınılmaz olarak belirli alanların eşit olmayan bir şekilde yoğunlaşmasına neden olacaktır. Emülsiyon kurutma üzerine yapılan deneyler, parçacıkların kurutma sırasında hem dikey hem de yatay olarak eşit olmayan şekilde dağıldığını bulmuştur. dikey yön, dikey kuruma olarak bilinir. Yatay yönde meydana gelen düzensiz olaylar, yatay kuruma olarak bilinir.
4. Dikey ve Yatay Kurutmanın Etkileri
Dikey kurutma, emülsiyon kurutmada kaçınılmaz bir olgudur:
-
Su yüzeyden buharlaştıkça emülsiyon yüzeyindeki parçacıklar yoğunlaşır.
-
Yüzeydeki parçacık konsantrasyonunun yanı sıra, parçacıkların yüksek konsantrasyonlardan düşük konsantrasyonlara doğru yayılma eğilimi vardır, dolayısıyla kurutma sırasında iki rakip zaman ölçeği ortaya çıkar: ıslak kalınlıkta H olan bir emülsiyon filminin kuruma süresi tevap'ı ve yüzey parçacıkları için gereken zaman tdiff Substrata yayılmak için.
-
Parçacıklar yüzeyde konsantre kalma eğilimindeyse (tevap < tdiff), o zaman üç aşamalı kuruma olgusunun karakteristiği olan bir kabuklanma olgusu meydana gelir;
-
Parçacıklar alt tabakaya doğru yayılma eğilimindeyse (tdiff < tevap), o zaman kabuklaşma olmadan temel tekdüze bir konsantrasyon korunur; bu, iki aşamalı kuruma olgusunun karakteristiğidir.
Kurutma işlemini etkileyen faktörler şunlardır:
-
Viskozitenin arttırılması μ, emülsiyon partikül boyutunun R arttırılması, film kalınlığının H arttırılması ve kuruma hızının E hızlandırılmasının tümü Peclet sayısını (Pe) artıracak ve kuruma sırasında kabuklanma olgusunu şiddetlendirecektir.
II. Poliüretan Dispersiyonun Kuruması Sırasında Oluşan Gerilme ve Gerilme Nedeniyle Çatlama
Dispersiyon kurutma sırasında gerilim oluşumu ve gerilim kaynaklı çatlama yaygın görülen olaylardır. Stres üretiminin iki nedeni vardır:
-
Kılcal basınç: Kılcal basınca bağlı stres, parçacık deformasyon aşamasında meydana gelir.
-
Hacim büzülmesi: Hacim büzülmesi sulu poliüretan dispersiyonlarda daha şiddetlidir ve genellikle parçacık deformasyon aşamasında daha sonra meydana gelir.
III. Su Bazlı Poliüretan Dispersiyon Kurutma Prosesinin Özel Doğası
Su bazlı poliüretan dispersiyonlar ile diğer dispersiyonlar veya emülsiyonlar arasındaki en büyük yapısal fark, PUD parçacıklarının büyük miktarda birleşik su içermesidir.
IV. PUD'daki (POLİÜRETAN DİSPERSİYONU) Birleşik Suyun Kurumaya Bağlı Çatlama Üzerindeki Etkisi
-
Su bazlı poliüretan dispersiyon parçacıklarındaki birleştirilmiş suyun kılcal basınçtan kaynaklanan çatlamaya etkisi
-
Bileşik suyun buharlaşmasından dolayı hacimsel büzülmeden kaynaklanan çatlama
Hiyerarşik çatlamanın özellikleri:
-
Çatlaklar sırayla oluşur ve oluştuktan sonra, önceden oluşturulmuş çatlaklarla karşılaşıncaya ve sona erene kadar belirli bir yönde gelişirler, bu da hiyerarşik özelliklere sahip bir dizi mekansal olarak bölümlenmiş desenle sonuçlanır.
Hiyerarşik özellikler, çatlakların uzunluk/genişlik ve ölçek açısından farklılıklar gösterdiği anlamına gelir:
-
Erken oluşan çatlaklar uzun ve geniştir;
-
Daha sonra oluşan çatlaklar daha kısadır çünkü daha önceki çatlaklar tarafından sonlandırılırlar; Bir miktar gerilimi serbest bıraksalar da sınırlı uzunlukları, daha dar çatlaklar yarattıkları anlamına gelir;
-
Çatlakların kesiştiği açılar çoğunlukla çok büyüktür. Hacimsel büzülme gerilimi önemlidir ve kılcal basıncın neden olduğu gerilimle karşılaştırılamaz.