ПУ еластомер, такође познат као полиуретански еластомер, је полимерни синтетички материјал који садржи више уретанских група на главном ланцу. ПУ еластомери имају широк спектар својстава, што је уско повезано са његовом структуром, а њихова структура зависи од многих фактора као што су реактанти, време реакције, температура реакције, па чак и мале промене у садржају воде могу изазвати ПУ еластомере Огромна разлика у механичким својствима . Следеће, тхеПроизвођач ПУ пигментапредставиће структуру и перформансе ПУ еластомера за вас.
(1) Микрофазна структура раздвајања ПУ еластомера
На перформансе ПУ углавном утиче морфолошка структура макромолекуларног ланца. Јединствена флексибилност и одлична физичка својства ПУ могу се објаснити двофазном морфологијом. Степен раздвајања микрофаза и двофазна структура меких и тврдих сегмената у ПУ еластомерима су критични за њихов учинак. Умерено одвајање фаза је корисно за побољшање својстава полимера. Процес раздвајања микрофазног одвајања је да разлика у поларности између тврдог сегмента и меког сегмента и кристалност самог тврдог сегмента доводе до њихове термодинамичке некомпатибилности (немешљивости) и склоности ка спонтаном раздвајању фаза, па је тврди сегмент лак. да се агрегирају како би формирали домене, који су распршени у континуираној фази формираној од меких сегмената. Процес микрофазног одвајања је заправо процес одвајања и агрегације или кристализације тврдог сегмента у еластомеру из кополимерног система.
Феномен раздвајања ПУ микро-фаза први је предложио амерички научник Купер. Након тога урађено је доста истраживачког рада на структури полиуретана. Истраживање структуре ПУ агрегата је такође напредовало, формирајући релативно комплетну микрофазу. Систем теорије конструкција: У блок ПУ систему, микрофазно раздвајање тврдих и меких сегмената је изазвано термодинамичком некомпатибилношћу између сегмената и меких сегмената. Привлачна сила сегмената између тврдих сегмената је много већа од силе сегмената између меких сегмената. Тврди сегменти су нерастворљиви у фази меког сегмента, али су распоређени у њој, формирајући дисконтинуирану микрофазну структуру (структура море-острв). Он игра улогу физичког повезивања и ојачавања у меком сегменту. У процесу одвајања микрофаза, повећана интеракција између тврдих сегмената ће олакшати одвајање тврдих сегмената из система и агрегирати или кристализовати, промовишући раздвајање микрофаза. Наравно, постоји одређена компатибилност између пластичне фазе и гумене фазе, а фазе између пластичних микро-домена и гумених микро-домена се мешају да би се формирала проточна фаза. У исто време, предложени су и други модели који се односе на раздвајање микрофаза, као што су региони обогаћивања тврдог сегмента и меког сегмента које су предложили Сеимоур ет ал. Паик Сунг и Сцхнеиде су предложили реалистичнији структурни модел раздвајања микрофаза: степен раздвајања микрофаза у уретану је несавршен, није у потпуности микрофазни коегзистенција, али укључује мешовите јединице меког сегмента. У микро-домену долази до мешања сегмената, што има одређени степен утицаја на морфологију и механичка својства материјала. Меки сегмент садржи тврде сегменте, што може довести до промене температуре стакластог прелаза меког сегмента. Јасно побољшан, сужавајући опсег материјала који се користе у окружењима са ниским температурама. Укључивање меких сегмената у домене тврдог сегмента може смањити температуру стакластог прелаза домена тврдог сегмента, чиме се смањује отпорност материјала на топлоту.
(2) Понашање водоничне везе ПУ еластомера
Водоничне везе постоје између група које садрже атоме азота и атома кисеоника са јаком електронегативношћу и група које садрже атоме водоника. Енергија кохезије група повезана је са величином кохезивне енергије група. Јаке, водоничне везе углавном постоје између сегмената. Према извештајима, већина имин група у различитим групама у ПУ макромолекулима може да формира водоничне везе, а већину њих формирају иминске групе и карбонилне групе у тврдом сегменту, а мали део се формира са етарским кисеоником. у меком сегменту. формирана група или естар карбонил. У поређењу са силом везе интрамолекуларних хемијских веза, сила водоничне везе је много мања. Међутим, постојање великог броја водоничних веза у поларним полимерима је такође један од важних фактора који утичу на перформансе. Водоничне везе су реверзибилне. На нижим температурама, близак распоред полних сегмената подстиче стварање водоничних веза: на вишим температурама сегменти добијају енергију и подлежу топлотном кретању, растојање између сегмената и молекула се повећава, а водоничне везе слабе или чак нестају. Водоничне везе играју улогу физичког унакрсног повезивања, што може учинити да ПУ тело има већу чврстоћу, отпорност на абразију, отпорност на раствараче и мању затезну трајну деформацију. Што је више водоничних веза, то су јаче међумолекулске силе и већа је чврстоћа материјала. Количина водоничних веза директно утиче на степен микрофазне диференцијације система.
(3) Кристалност
Линеарни ПУ са правилном структуром, поларнијим и ригиднијим групама, више интермолекуларних водоничних веза и добрим кристалним својствима, неке особине ПУ материјала су побољшане, као што су чврстоћа, отпорност на раствараче, итд. Тврдоћа, чврстоћа и тачка омекшавања ПУ материјала повећавају се са повећањем кристалности, док се елонгација и растворљивост сходно томе смањују. За неке примене, као што су једнокомпонентни термопластични ПУ лепкови, потребна је брза кристализација да би се добила почетна лепљивост. Неки термопластични ПУ еластомери се брже ослобађају због своје високе кристалности. Кристални полимери често постају непрозирни због анизотропије преломљене светлости. Ако се мала количина разгранатих или висећих група унесе у кристални линеарни ПУ макромолекул, кристалност материјала се смањује. Када се густина умрежавања повећа до одређене мере, меки сегмент губи своју кристалност. Када се материјал растегне, затезни напон чини оријентисаним молекуларни ланац меког сегмента и побољшава се правилност, побољшава се кристалност ПУ еластомера, а сходно томе се побољшава и чврстоћа материјала. Што је јачи поларитет тврдог сегмента, то је погодније за побољшање енергије решетке ПУ материјала након кристализације. За полиетар ПУ, са повећањем садржаја тврдог сегмента, поларне групе се повећавају, повећава се интермолекуларна сила тврдог сегмента, повећава се степен раздвајања микрофаза, микродомен тврдог сегмента постепено формира кристале, а кристалност се повећава са тврдим сегментом. садржаја. Постепено повећавајте снагу материјала.
(4) Утицај структуре меког сегмента на перформансе ПУ еластомера
Олигомерни полиоли као што су полиетри и полиестери чине меке сегменте. Меки сегмент чини већину ПУ, а својства ПУ припремљених од различитих олигомер полиола и диизоцијаната су различита. Флексибилни (меки) сегмент ПУ еластомера углавном утиче на еластична својства материјала и значајно доприноси његовим ниским температурама и затезним својствима. Због тога је параметар Тг меког сегмента изузетно важан, а друго, кристалност, тачка топљења и кристализација изазвана деформацијом су такође фактори који утичу на његове крајње механичке особине. ПУ еластомер и пена од полиестера са јаким поларитетом као меки сегмент имају боља механичка својства. Пошто ПУ направљен од полиестер полиола садржи велику поларну естарску групу, овај ПУ материјал не може само да формира водоничне везе између тврдих сегмената, већ и поларне групе на меком сегменту могу делимично да интерагују са тврдим сегментима. Поларне групе формирају водоничне везе, тако да фаза тврдог сегмента може бити равномерније распоређена у фази меког сегмента, која делује као еластична тачка умрежавања. Неки полиестер полиоли могу формирати кристале меког сегмента на собној температури, што утиче на перформансе ПУ. Чврстоћа, отпорност на уље и термичко оксидативно старење полиестерског ПУ материјала су веће од оних од полиетерског полиестер ПУ материјала ППГ, али је отпорност на хидролизу лошија од отпорности полиетарског типа. Политетрахидрофуран (ПТМГ) ПУ је лако формирати кристале због своје правилне структуре молекулског ланца, а његова снага је упоредива са полиестерском ПУ. Уопштено говорећи, етарска група меког сегмента полиетар ПУ лакше се ротира изнутра, има добру флексибилност и има одличне перформансе на ниским температурама, а не постоји ниједна естарска група која се релативно лако хидролизује у ланцу полиетар полиола, што је отпоран на хидролизу. Боље од полиестера ПУ. α угљеник етарске везе полиетарског меког сегмента лако се оксидира да би се формирали пероксидни радикали, што резултира низом реакција оксидативне деградације. ПУ са полибутадиенским молекулским ланцем као меким сегментом има слаб поларитет, лошу компатибилност између меких и тврдих сегмената и слабу чврстоћу еластомера. Меки сегмент који садржи бочни ланац, због стеричке сметње, има слабе водоничне везе и лошу кристалност, а његова снага је лошија од оне код истог главног ланца меког сегмента без бочне групе ПУ. Молекуларна тежина меког сегмента утиче на механичка својства ПУ. Уопштено говорећи, под претпоставком исте молекулске тежине ПУ, снага ПУ материјала опада са повећањем молекулске тежине меког сегмента; ако је меки сегмент полиестерски ланац, чврстоћа полимерног материјала полако опада са повећањем молекулске тежине полиестер диола; Ако је мекани сегмент полиетерски ланац, јачина полимерног материјала опада са повећањем молекулске масе полиетар гликола, али расте издужење. Ово је због високог поларитета естарског меког сегмента и велике интермолекуларне силе, која може делимично да надокнади смањење чврстоће ПУ материјала услед повећања молекулске тежине и повећања садржаја меког сегмента. Међутим, поларитет меког сегмента полиетра је слаб. Ако се молекулска маса повећава, садржај тврдог сегмента у одговарајућем ПУ се смањује, што резултира смањењем чврстоће материјала. Компатибилност ПУ кополимера је повезана са ланчаном структуром макромолекула, а присуство ланаца калемова има значајан утицај на компатибилност и својства пригушења полиуретанских блок кополимера. Генерално, ефекат молекулске тежине меког сегмента на отпорност и својства термичког старења ПУ еластомера није значајан. Кристалиничност меког сегмента има велики допринос кристалности линеарног ПУ. Уопштено говорећи, кристалност је корисна за побољшање снаге ПУ. Али понекад кристализација смањује флексибилност материјала на ниској температури, а кристални полимери су често непрозирни. Да би се избегла кристализација, интегритет молекула се може смањити, као што је коришћење кополиестера или кополиетар полиола, или мешаног полиола, мешаног продуживача ланца итд.
(5) Утицај тврдог сегмента на перформансе ПУ еластомера
Структура тврдог сегмента је један од главних фактора који утичу на топлотну отпорност ПУ еластомера. Структура диизоцијаната и продужетка ланца који чине сегмент ПУ еластомера је различита, што такође утиче на отпорност на топлоту. Тврди сегмент ПУ материјала се састоји од полиизоцијаната и продуживача ланца. Садржи јаке поларне групе као што су уретанска група, арил група и супституисана уреа група. Обично се крути сегмент формиран од ароматичног изоцијаната није лако променити и растеже се на собној температури. у облику штапа. Тврди сегменти обично утичу на својства високе температуре ПУ, као што су температура омекшавања и топљења. Уобичајено коришћени диизоцијанати су ТДИ, МДИ, ИПДИ, ППДИ, НДИ, итд., најчешће коришћени алкохоли су етилен гликол, -бутандиол, хександиол, итд., а најчешће коришћени амини су МОЦА, ЕДА, ДЕТДА итд. Тип тврдог сегмента се бира према жељеним механичким својствима полимера, као што су максимална температура употребе, отпорност на временске услове, растворљивост итд., а такође треба узети у обзир његову економичност. Различите структуре диизоцијаната могу утицати на правилност тврдог сегмента и формирање водоничних веза, чиме имају већи утицај на чврстоћу еластомера. Уопштено говорећи, ароматични прстен који садржи изоцијанат чини да тврди сегмент има већу крутост и енергију кохезије, што генерално повећава снагу еластомера.
Крути сегмент који садржи уреа групу састављену од диизоцијанатног и диаминског продужетка ланца, јер је кохезија уреа групе веома велика, лако се формира пластични микро-домен, а ПУ састављен од овог крутог сегмента је веома склон раздвајању микрофаза. Уопштено говорећи, што је већа крутост крутог сегмента који чини ПУ, већа је вероватноћа да ће изазвати раздвајање микрофаза. У ПУ, што је већи садржај крутог сегмента, већа је вероватноћа да ће изазвати раздвајање микрофаза.
Продуживач ланца је повезан са структуром тврдог сегмента ПУ еластомера и има велики утицај на перформансе еластомера. У поређењу са ПУ продуженим ланцем алифатичних диола, ПУ са продуженим ланцем који садржи дијамин ароматичног прстена има већу чврстоћу, јер продужни ланац амина може да формира везу урее, а поларитет везе урее је већи од поларитета уретанске везе . Штавише, разлика у параметрима растворљивости између тврдог сегмента урее везе и меког сегмента полиетра је велика, тако да тврди сегмент полиурее и меки сегмент полиетра имају већу термодинамичку некомпатибилност, због чега ПУ уреа има боље одвајање микрофаза. Стога, ПУ са продуженим ланцем диамина има већу механичку чврстоћу, модул, вискоеластичност и отпорност на топлоту од ПУ продуженог ланца диола, а такође има боље перформансе на ниским температурама. Ливени ПУ еластомери углавном користе ароматичне диамине као продужетке ланца јер ПУ еластомери припремљени од њих имају добра свеобухватна својства. Реаговањем анхидрида малеинске киселине и полиола да би се формирао полиол карбокси естра, а затим реакцијом са другим мономерима као што су ТДИ-80, агенс за умрежавање и продужни ланац, припремљен је ПУ преполимер који садржи карбоксил, који је диспергован у три воденог раствора етаноламина. , направљен је ПУ на бази воде, а проучаван је утицај врсте и количине продужавача ланца на својства смоле. Коришћење бисфенола А као продужавача ланца не само да може побољшати механичка својства смоле, већ и повећати температуру стакластог прелаза смоле, проширити ширину унутрашњег трења и побољшати температурни опсег смоле у стању коже [ 12]. Структура продуживача диаминског ланца који се користи у ПУ уреи директно утиче на водоничну везу, кристализацију и раздвајање микрофазне структуре у материјалу и у великој мери одређује перформансе материјала [13]. Са повећањем садржаја тврдог сегмента, затезна чврстоћа и тврдоћа ПУ материјала се постепено повећавају, а растезање при ломљењу се смањује. То је зато што постоји микрофазно раздвајање између фазе са одређеним степеном кристалности коју формира тврди сегмент и аморфне фазе коју формира меки сегмент, а кристални регион тврдог сегмента делује као ефикасна тачка унакрсног повезивања. Такође игра сличну улогу као и ојачање пунилом за аморфни регион меког сегмента. Када се садржај повећа, појачава се ефекат ојачања и ефектно умрежавање тврдог сегмента у меком сегменту, што промовише повећање чврстоће материјала.
(6) Утицај умрежавања на својства ПУ еластомера
Умерено интрамолекуларно умрежавање може повећати тврдоћу, температуру омекшавања и модул еластичности ПУ материјала, и смањити издужење при прекиду, трајну деформацију и бубрење у растварачима. За ПУ еластомере, правилно умрежавање може произвести материјале са одличном механичком чврстоћом, високом тврдоћом, еластичношћу и одличном отпорношћу на хабање, отпорност на уље, отпорност на озон и отпорност на топлоту. Међутим, ако је умрежавање прекомерно, својства као што су затезна чврстоћа и издужење могу се смањити. У блок ПУ еластомерима, хемијско умрежавање се може поделити у две категорије: (1) коришћењем трифункционалних продуживача ланца (као што је ТМП) за формирање структуре умрежавања; (2) коришћење вишка изоцијаната да реагује да би се формирао дикондензат Уреа (преко група урее) или алофанат (преко уретанских група) умрежавање. Умрежење има значајан утицај на степен водоничне везе, а формирање унакрсних веза у великој мери смањује степен водоничне везе материјала, али хемијско умрежавање има бољу термичку стабилност од физичког умрежавања изазваног водоничним везом. Када су утицаји хемијске мреже за умрежавање на морфологију, механичка својства и термичка својства ПУ урее еластомера проучавани помоћу ФТ-ИР и ДСЦ, установљено је да еластомери ПУ урее са различитим мрежама умрежавања имају различите морфологије. Како се густина повећава, степен микрофазног мешања еластомера се повећава, температура стакластог прелаза меког сегмента се значајно повећава, а затезна чврстоћа еластомера од 300% постепено расте, док се издужење при прекиду постепено смањује. Када , механичка својства (затезна чврстоћа и чврстоћа на кидање) еластомера достижу највише.