Heilungsmechanismus von Polyaspartikum

Die Härtung von Polyaspartikum beruht auf einem einzigartigen chemischen Reaktionsmechanismus, der eine hocheffiziente Kreuzverbindungsreaktion zwischen Isocyanaten und Aspartikum-Estern beinhaltet.die zu einer dichten dreidimensionalen Netzwerkstruktur führt.

Grundlegende chemische Reaktion
Die Polyaspartikalhärtung ist im Wesentlichen eine schrittweise Polymerisationsreaktion zwischen Isocyanatgruppen (-NCO) und Amingruppen (-NH2) aus Asparagenextern, die Harnstoffbindungen (-NH-CO-NH-) bilden.Die Reaktion kann wie folgt ausgedrückt werden::

{R-NCO} + {R'-NH} → {R-NH-CO-NH-R'}

Dies ist eine exotherme Reaktion, bei der schnell Polymerketten gebildet und Verbindungsstellen hergestellt werden, um eine Netzwerkstruktur zu erzeugen.

Drei Stufen des Heilungsprozesses
Die Polyaspartikalhärtung erfolgt in drei Phasen, die durch die molekulare Struktur des Aspartikalester bestimmt werden.

1.Induktionsstadium (verzögerte Reaktion)

Estergruppen (-COOR) innerhalb des Asparageneistermoleküls hemmen vorübergehend die Reaktivität von Amingruppen (-NH2) durch sterische Hindernisse und elektronische Effekte,Verzögerung der anfänglichen Reaktion mit IsocyanatDiese Stufe bietet ein Betriebsfenster (normalerweise 10-30 Minuten) für das Mischen, Sprühen oder Walzen.

2.Schnelle Kreuzverbindung

Mit steigender Temperatur oder nach der Induktionsphase steigt die Reaktivität der Amine und reagiert schnell mit Isocyanat, um zahlreiche Harnstoffverbindungen zu erzeugen.mit einer Breite von mehr als 20 mm,, wodurch eine schnelle Heilung erreicht wird.3.Phase nach der Aufhärtung

Rest-NCO-Gruppen reagieren weiterhin mit Umgebungsfeuchtigkeit oder nicht reagierten Aminen.weitere Erhöhung der Verflechtungsdichte und Erreichung der endgültigen mechanischen Eigenschaften (z. B. Zugfestigkeit und Abriebfestigkeit) innerhalb von 24-48 Stunden.

Schlüsselrolle von Asparagine
Der Asparagineester wirkt als latenter Kettenverlängerer und optimiert den Aushärtungsprozess durch folgende Eigenschaften:

• Kontrollierbare Reaktionsgeschwindigkeit ∆sterische Hemmung durch Estergruppen reguliert die Reaktionsreaktivität, gleichermaßen die Anwendungszeit und die Härteeffizienz.
• Anpassungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen – Aufrechterhaltung der Reaktivität bei niedrigen Temperaturen (z. B. -10°C), wodurch die Härtungsfehler herkömmlicher Polyureen bei niedrigen Temperaturen vermieden werden.
• Umweltfreundlichkeit Reduzierung der Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) zur Einhaltung der Anforderungen an grünes Bauen.

Vergleich mit herkömmlicher Polyurea

Einfluss der Kur auf die Leistung

• Hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit: Eine hohe Verbunddichte verleiht hervorragende mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit > 20 MPa, Abrieb < 40 mg in Taber-Tests).
• Chemikalienbeständigkeit: Dichte Strukturen widerstehen dem Eindringen von Säuren, Basen und Salznebeln und eignen sich für chemische Anlagen und Meeresumgebungen.
• Wetterbeständigkeit: Das aliphatische Isocyanat-Rückgrat ist UV-beständig und verhindert bei langfristiger Anwendung Gelbfärbung oder Rissbildung.
• Elastizität und Haftung: Flexible Segmente (z. B. Polyetherketten) bieten eine hohe Dehnung (> 300%) und eine starke Haftung an Substrate (Beton und Metall).

Praktische Kontrolle der Heilung in der Anwendung

• Mischverhältnis: Isocyanat und Asparagenester müssen in genauen Verhältnissen (z. B. 1:1) streng gemischt werden, um nicht reagierte Monomere zu vermeiden.
• Temperaturkontrolle: Katalysatoren (z. B. Organotinverbindungen) können in Niedertemperaturumgebungen hinzugefügt werden, während die Anwendungszeiten in Hochtemperaturumgebungen reduziert werden müssen.
• Luftfeuchtigkeitskontrolle: Luftfeuchtigkeit kann mit Isocyanaten reagieren und als Nebenreaktion CO2 erzeugen; die Luftfeuchtigkeit sollte unter 80% gehalten werden.

Technologische Entwicklungen

• Intelligente Aushärtungssysteme: Entwicklung fotohärter oder temperaturgetriebener Polyaspartikalsysteme zur Erreichung einer Aufhärtung auf Abruf.
• Biobasierte Materialien: Verwendung von pflanzlichen Aspartikestern zur Verringerung der Abhängigkeit von petrochemischen Ressourcen.
• Selbstheilung: Einführung dynamischer Bindungen (z. B. Diels-Alder-Bindungen) in das Verbundnetz zur Selbstreparatur von geringfügigen Beschichtungsschäden.

Das Härterungsprinzip von Polyaspartikum sorgt durch eine strategische Kombination aus verzögerter Reaktion und schneller Verknüpfung für kontrollierte Anwendungsprozesse und eine effiziente Härtung.Die entworfene chemische Struktur bietet ein großes Potenzial für die Optimierung der Materialleistung und neue Anwendungsentwicklungen.

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