Produsen pigmen PU memperkenalkan struktur dan sifat elastomer PU kepada Anda

Elastomer PU, juga dikenal sebagai elastomer poliuretan, adalah bahan sintetis polimer yang mengandung lebih banyak gugus uretan pada rantai utama. Elastomer PU memiliki berbagai macam sifat, yang berkaitan erat dengan strukturnya, dan strukturnya bergantung pada banyak faktor seperti reaktan, waktu reaksi, suhu reaksi, dan bahkan perubahan kecil pada kandungan air dapat menyebabkan elastomer PU Perbedaan besar dalam sifat mekanik . Selanjutnya,Produsen pigmen PUakan memperkenalkan struktur dan kinerja elastomer PU untuk Anda.

Sifat mekanik elastomer PU berhubungan langsung dengan struktur internal elastomer PU, dan struktur mikro serta morfologinya sangat dipengaruhi oleh interaksi antar gugus polar, seperti jenis, struktur dan morfologi segmen lunak dan keras. Sifat mekanik dan ketahanan panas elastomer PU. Dalam beberapa tahun terakhir, orang-orang mulai mempelajari hubungan antara sifat mekanik elastomer PU dan struktur agregat serta struktur mikronya.
(1) Struktur pemisahan mikrofasa elastomer PU
Kinerja PU terutama dipengaruhi oleh struktur morfologi rantai makromolekul. Fleksibilitas unik dan sifat fisik PU yang sangat baik dapat dijelaskan oleh morfologi dua fase. Tingkat pemisahan mikrofasa dan struktur dua fase segmen lunak dan keras pada elastomer PU sangat penting untuk kinerjanya. Pemisahan fasa sedang bermanfaat untuk meningkatkan sifat polimer. Proses pemisahan pemisahan mikrofasa adalah perbedaan polaritas antara segmen keras dan segmen lunak serta kristalinitas segmen keras itu sendiri menyebabkan ketidakcocokan termodinamika (immiscibility) dan kecenderungan pemisahan fase secara spontan, sehingga segmen keras mudah terjadi. untuk Beragregasi bersama untuk membentuk domain, yang tersebar dalam fase kontinu yang dibentuk oleh segmen lunak. Proses pemisahan mikrofasa sebenarnya adalah proses pemisahan dan agregasi atau kristalisasi segmen keras pada elastomer dari sistem kopolimer.
Fenomena pemisahan fase mikro PU pertama kali dikemukakan oleh sarjana Amerika Cooper. Setelah itu, banyak penelitian dilakukan pada struktur poliuretan. Penelitian tentang struktur agregat PU juga mengalami kemajuan, membentuk fase mikro yang relatif lengkap. Sistem teori struktural: Dalam sistem blok PU, pemisahan fase mikro segmen keras dan lunak disebabkan oleh ketidakcocokan termodinamika antara segmen dan segmen lunak. Gaya tarik menarik segmen antar segmen keras jauh lebih besar dibandingkan dengan gaya tarik menarik segmen antar segmen lunak. Segmen keras tidak larut dalam fase segmen lunak, tetapi terdistribusi di dalamnya, membentuk struktur mikrofasa terputus-putus (struktur pulau laut). Ini memainkan peran penghubung dan penguatan fisik di segmen lunak. Dalam proses pemisahan mikrofasa, peningkatan interaksi antara segmen keras akan memfasilitasi pemisahan segmen keras dari sistem dan mengagregasi atau mengkristal, sehingga mendorong pemisahan mikrofasa. Tentu saja, terdapat kesesuaian tertentu antara fase plastik dan fase karet, dan fase antara domain mikro plastik dan domain mikro karet dicampur untuk membentuk fase aliran. Pada saat yang sama, model lain yang terkait dengan pemisahan mikrofase juga telah diusulkan, seperti daerah pengayaan segmen keras dan segmen lunak yang diusulkan oleh Seymour et al. Paik Sung dan Schneide mengusulkan model struktural pemisahan mikrofasa yang lebih realistis: tingkat pemisahan mikrofasa dalam uretan tidak sempurna, tidak sepenuhnya hidup berdampingan mikrofasa, tetapi mencakup unit segmen lunak campuran. Terdapat pencampuran antar segmen dalam domain mikro, yang memiliki tingkat pengaruh tertentu terhadap morfologi dan sifat mekanik material. Segmen lunak mengandung segmen keras, yang dapat menyebabkan perubahan suhu transisi gelas pada segmen lunak. Sangat ditingkatkan, mempersempit jangkauan material yang digunakan di lingkungan bersuhu rendah. Dimasukkannya segmen lunak ke dalam domain segmen keras dapat menurunkan suhu transisi gelas dari domain segmen keras, sehingga mengurangi ketahanan panas material.
(2) Perilaku ikatan hidrogen elastomer PU
Ikatan hidrogen terjadi antara gugus yang mengandung atom nitrogen dan atom oksigen dengan elektronegativitas kuat dan gugus yang mengandung atom hidrogen. Energi kohesif suatu kelompok berkaitan dengan besar kecilnya energi kohesif suatu kelompok. Ikatan hidrogen yang kuat sebagian besar terjadi antar segmen. Menurut laporan, sebagian besar gugus imina dalam berbagai gugus makromolekul PU dapat membentuk ikatan hidrogen, dan sebagian besar dibentuk oleh gugus imina dan gugus karbonil pada segmen keras, dan sebagian kecil dibentuk dengan oksigen eter. di segmen lunak. terbentuk gugus atau ester karbonil. Dibandingkan dengan kekuatan ikatan ikatan kimia intramolekul, kekuatan ikatan hidrogen jauh lebih kecil. Namun, keberadaan sejumlah besar ikatan hidrogen pada polimer polar juga merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kinerja. Ikatan hidrogen bersifat reversibel. Pada suhu yang lebih rendah, susunan segmen seksual yang berdekatan mendorong pembentukan ikatan hidrogen: pada suhu yang lebih tinggi, segmen tersebut menerima energi dan mengalami gerakan termal, jarak antara segmen dan molekul meningkat, dan ikatan hidrogen melemah atau bahkan hilang. Ikatan hidrogen berperan sebagai ikatan silang fisik, yang dapat membuat badan PU memiliki kekuatan lebih tinggi, ketahanan abrasi, ketahanan pelarut, dan deformasi permanen tarik yang lebih kecil. Semakin banyak ikatan hidrogen, semakin kuat gaya antarmolekulnya dan semakin tinggi kekuatan materialnya. Jumlah ikatan hidrogen secara langsung mempengaruhi derajat diferensiasi mikrofasa sistem.
(3) Kristalinitas
PU linier dengan struktur teratur, gugus lebih polar dan kaku, ikatan hidrogen antarmolekul lebih banyak, dan sifat kristal yang baik, beberapa sifat bahan PU telah ditingkatkan, seperti kekuatan, ketahanan pelarut, dll. Kekerasan, kekuatan dan titik lunak bahan PU meningkat seiring dengan peningkatan kristalinitas, sedangkan pemanjangan dan kelarutan menurun. Untuk beberapa aplikasi, seperti perekat PU termoplastik satu komponen, diperlukan kristalisasi cepat untuk mendapatkan kelengketan awal. Beberapa elastomer PU termoplastik dilepaskan lebih cepat karena kristalinitasnya yang tinggi. Polimer kristal sering kali menjadi buram karena anisotropi cahaya yang dibiaskan. Jika sejumlah kecil gugus bercabang atau liontin dimasukkan ke dalam makromolekul PU linier kristalin, kristalinitas material menurun. Ketika kepadatan ikatan silang meningkat sampai batas tertentu, segmen lunak kehilangan kristalinitasnya. Ketika material diregangkan, tegangan tarik membuat rantai molekul dari segmen lunak berorientasi dan keteraturannya ditingkatkan, kristalinitas elastomer PU ditingkatkan, dan kekuatan material juga meningkat. Semakin kuat polaritas segmen keras, semakin kondusif bagi peningkatan energi kisi bahan PU setelah kristalisasi. Untuk polieter PU, dengan meningkatnya kandungan segmen keras, gugus polar meningkat, gaya antarmolekul segmen keras meningkat, derajat pemisahan mikrofasa meningkat, mikrodomain segmen keras secara bertahap membentuk kristal, dan kristalinitas meningkat dengan segmen keras isi. Tingkatkan kekuatan material secara bertahap.
(4) Pengaruh struktur segmen lunak terhadap kinerja elastomer PU
Poliol oligomer seperti polieter dan poliester membentuk segmen lunak. Segmen lunak menyumbang sebagian besar PU, dan sifat PU yang dibuat dari poliol oligomer dan diisosianat yang berbeda juga berbeda. Segmen elastomer PU yang fleksibel (lunak) terutama mempengaruhi sifat elastis material dan memberikan kontribusi signifikan terhadap suhu rendah dan sifat tariknya. Oleh karena itu, parameter Tg dari segmen lunak sangat penting, dan kedua, kristalinitas, titik leleh, dan kristalisasi yang disebabkan oleh regangan juga merupakan faktor yang mempengaruhi sifat mekanik utamanya. Elastomer PU dan busa yang terbuat dari poliester dengan polaritas kuat sebagai segmen lunak memiliki sifat mekanik yang lebih baik. Karena PU yang terbuat dari poliester poliol mengandung gugus ester polar yang besar, bahan PU ini tidak hanya dapat membentuk ikatan hidrogen antar ruas keras, tetapi gugus polar pada ruas lunak juga dapat berinteraksi sebagian dengan ruas keras. Gugus polar membentuk ikatan hidrogen, sehingga fase segmen keras dapat terdistribusi lebih merata pada fase segmen lunak, yang berfungsi sebagai titik ikatan silang elastis. Beberapa poliol poliester dapat membentuk kristal segmen lunak pada suhu kamar, yang mempengaruhi kinerja PU. Kekuatan, ketahanan minyak dan penuaan oksidatif termal bahan poliester PU lebih tinggi dibandingkan bahan polieter PU PPG, namun ketahanan hidrolisisnya lebih buruk dibandingkan jenis polieter. Polytetrahydrofuran (PTMG) PU mudah membentuk kristal karena struktur rantai molekulnya yang teratur, dan kekuatannya sebanding dengan poliester PU. Secara umum, gugus eter dari segmen lunak polieter PU lebih mudah diputar secara internal, memiliki fleksibilitas yang baik, dan memiliki kinerja suhu rendah yang sangat baik, serta tidak ada gugus ester yang relatif mudah terhidrolisis dalam rantai polieter poliol, yaitu tahan terhadap hidrolisis. Lebih baik dari poliester PU. Karbon α dari ikatan eter segmen lunak polieter mudah teroksidasi membentuk radikal peroksida, menghasilkan serangkaian reaksi degradasi oksidatif. PU dengan rantai molekul polibutadiena sebagai segmen lunak memiliki polaritas yang lemah, kompatibilitas yang buruk antara segmen lunak dan keras, dan kekuatan elastomer yang buruk. Segmen lunak yang mengandung rantai samping, karena hambatan sterik, memiliki ikatan hidrogen yang lemah dan kristalinitas yang buruk, dan kekuatannya lebih buruk dibandingkan dengan rantai utama segmen lunak yang sama tanpa gugus samping PU. Berat molekul segmen lunak berdampak pada sifat mekanik PU. Secara umum, dengan asumsi berat molekul PU sama, kekuatan bahan PU menurun seiring dengan bertambahnya berat molekul segmen lunak; jika segmen lunaknya adalah rantai poliester, kekuatan bahan polimer menurun perlahan seiring dengan peningkatan berat molekul poliester diol; Jika segmen lunaknya adalah rantai polieter, kekuatan bahan polimer menurun seiring dengan bertambahnya berat molekul polieter glikol, namun perpanjangannya meningkat. Hal ini disebabkan oleh tingginya polaritas segmen lunak ester dan gaya antarmolekul yang besar, yang sebagian dapat mengimbangi penurunan kekuatan bahan PU akibat peningkatan berat molekul dan peningkatan kandungan segmen lunak. Namun, polaritas segmen lunak polieter lemah. Jika berat molekul meningkat, kandungan segmen keras pada PU yang bersangkutan menurun, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan material. Kompatibilitas kopolimer PU berkaitan dengan struktur rantai makromolekul, dan keberadaan rantai cangkok mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat kompatibilitas dan redaman kopolimer blok poliuretan. Secara umum, pengaruh berat molekul segmen lunak terhadap ketahanan dan sifat penuaan termal elastomer PU tidak signifikan. Kristalinitas segmen lunak memiliki kontribusi yang besar terhadap kristalinitas PU linier. Secara umum, kristalinitas bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan PU. Namun terkadang kristalisasi mengurangi fleksibilitas material pada suhu rendah, dan polimer kristal seringkali buram. Untuk menghindari kristalisasi, integritas molekul dapat dikurangi, seperti menggunakan kopoliester atau kopolieter poliol, atau poliol campuran, pemanjang rantai campuran, dll.
(5) Pengaruh segmen keras terhadap kinerja elastomer PU
Struktur segmen keras merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi ketahanan panas elastomer PU. Struktur diisosianat dan pemanjang rantai penyusun segmen elastomer PU berbeda-beda, sehingga juga mempengaruhi ketahanan panas. Segmen keras bahan PU terdiri dari poliisosianat dan pemanjang rantai. Ini mengandung gugus polar yang kuat seperti gugus uretan, gugus aril dan gugus urea tersubstitusi. Biasanya segmen kaku yang dibentuk oleh isosianat aromatik tidak mudah berubah, dan meregang pada suhu kamar. berbentuk batang. Segmen keras biasanya mempengaruhi sifat suhu tinggi PU, seperti suhu pelunakan dan leleh. Diisosianat yang umum digunakan adalah TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI, dll, alkohol yang umum digunakan adalah etilen glikol, -butanediol, hexanediol, dll, dan amina yang umum digunakan adalah MOCA, EDA, DETDA, dll. Jenis segmen keras dipilih sesuai dengan sifat mekanik polimer yang diinginkan, seperti suhu penggunaan maksimum, ketahanan cuaca, kelarutan, dll., dan keekonomiannya juga harus dipertimbangkan. Struktur diisosianat yang berbeda dapat mempengaruhi keteraturan segmen keras dan pembentukan ikatan hidrogen, sehingga berdampak lebih besar pada kekuatan elastomer. Secara umum, cincin aromatik yang mengandung isosianat membuat segmen keras memiliki kekakuan dan energi kohesif yang lebih besar, yang umumnya meningkatkan kekuatan elastomer.
Segmen kaku yang mengandung gugus urea tersusun dari diisosianat dan pemanjang rantai diamina, karena kohesi gugus urea sangat besar, maka mudah terbentuk domain mikro plastis, dan PU yang tersusun dari segmen kaku ini sangat rentan terhadap pemisahan mikrofasa. Secara umum, semakin tinggi kekakuan segmen kaku yang menyusun PU, semakin besar kemungkinan terjadinya pemisahan mikrofasa. Pada PU, semakin tinggi kandungan segmen kakunya, semakin besar kemungkinan terjadinya pemisahan mikrofasa.
Pemanjang rantai terkait dengan struktur segmen keras elastomer PU dan memiliki pengaruh besar terhadap kinerja elastomer. Dibandingkan dengan PU yang diperpanjang rantai dari diol alifatik, PU yang diperpanjang rantai yang mengandung cincin aromatik diamina memiliki kekuatan yang lebih tinggi, karena pemanjang rantai amina dapat membentuk ikatan urea, dan polaritas ikatan urea lebih tinggi dibandingkan dengan ikatan uretan. . Selain itu, perbedaan parameter kelarutan antara segmen keras ikatan urea dan segmen lunak polieter besar, sehingga segmen keras poliurea dan segmen lunak polieter memiliki ketidakcocokan termodinamika yang lebih besar, sehingga urea PU memiliki pemisahan mikrofasa yang lebih baik. Oleh karena itu, PU yang diperpanjang rantai diamina memiliki kekuatan mekanik, modulus, viskoelastisitas, dan ketahanan panas yang lebih tinggi dibandingkan PU yang diperpanjang rantai diol, dan juga memiliki kinerja suhu rendah yang lebih baik. Elastomer PU pengecoran sebagian besar menggunakan diamina aromatik sebagai pemanjang rantai karena elastomer PU yang dibuat darinya memiliki sifat komprehensif yang baik. Dengan mereaksikan anhidrida maleat dan poliol untuk membentuk poliol ester karboksil, dan kemudian bereaksi dengan monomer lain seperti TDI-80, zat pengikat silang dan pemanjang rantai, prapolimer PU yang mengandung karboksil dibuat, yang didispersikan menjadi tiga dalam larutan etanolamin berair. , PU berbahan dasar air dibuat, dan pengaruh jenis dan jumlah pemanjang rantai terhadap sifat resin dipelajari. Menggunakan bisphenol A sebagai pemanjang rantai tidak hanya dapat meningkatkan sifat mekanik resin, tetapi juga meningkatkan suhu transisi gelas resin, memperluas lebar puncak gesekan internal, dan meningkatkan kisaran suhu resin dalam keadaan kulit [ 12]. Struktur pemanjang rantai diamina yang digunakan dalam PU urea secara langsung mempengaruhi ikatan hidrogen, kristalisasi, dan pemisahan struktur mikrofasa dalam material, dan sangat menentukan kinerja material [13]. Dengan bertambahnya kandungan segmen keras, kekuatan tarik dan kekerasan bahan PU berangsur-angsur meningkat, dan perpanjangan putus menurun. Hal ini disebabkan adanya pemisahan mikrofasa antara fasa dengan derajat kristalinitas tertentu yang dibentuk oleh segmen keras dan fasa amorf yang dibentuk oleh segmen lunak, dan daerah kristalin pada segmen keras berperan sebagai titik ikatan silang yang efektif. Ini juga memainkan peran yang mirip dengan penguatan pengisi untuk wilayah amorf segmen lunak. Ketika konten meningkat, efek penguatan dan efek pengikatan silang yang efektif dari segmen keras ke segmen lunak ditingkatkan, yang mendorong peningkatan kekuatan material.
(6) Pengaruh ikatan silang terhadap sifat elastomer PU
Ikatan silang intramolekul sedang dapat meningkatkan kekerasan, suhu pelunakan dan modulus elastisitas bahan PU, serta mengurangi perpanjangan putus, deformasi permanen, dan pembengkakan dalam pelarut. Untuk elastomer PU, ikatan silang yang tepat dapat menghasilkan bahan dengan kekuatan mekanik yang sangat baik, kekerasan tinggi, elastisitas, dan ketahanan aus yang sangat baik, tahan minyak, tahan ozon, dan tahan panas. Namun jika ikatan silangnya berlebihan maka sifat seperti kekuatan tarik dan perpanjangan dapat berkurang. Pada elastomer blok PU, ikatan silang kimia dapat dibagi menjadi dua kategori: (1) menggunakan pemanjang rantai trifungsional (seperti TMP) untuk membentuk struktur ikatan silang; (2) menggunakan kelebihan isosianat untuk bereaksi membentuk ikatan silang Urea dikondensasi (melalui gugus urea) atau alofanat (melalui gugus uretan). Ikatan silang mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap derajat ikatan hidrogen, dan pembentukan ikatan silang sangat mengurangi derajat ikatan hidrogen pada material, namun ikatan silang kimia memiliki stabilitas termal yang lebih baik daripada ikatan silang fisik yang disebabkan oleh ikatan hidrogen. Ketika pengaruh jaringan ikatan silang kimia terhadap morfologi, sifat mekanik dan sifat termal elastomer urea PU dipelajari dengan menggunakan FT-IR dan DSC, ditemukan bahwa elastomer urea PU dengan jaringan ikatan silang yang berbeda memiliki morfologi yang berbeda. Dengan meningkatnya densitas, derajat pencampuran mikrofasa elastomer meningkat, suhu transisi gelas segmen lunak meningkat secara signifikan, dan kekuatan tarik 300% elastomer meningkat secara bertahap, sedangkan perpanjangan putus menurun secara bertahap. Ketika , sifat mekanik (kekuatan tarik dan kekuatan sobek) elastomer mencapai titik tertinggi.