Pengeluar pigmen PU memperkenalkan struktur dan sifat elastomer PU kepada anda

PU elastomer, juga dikenali sebagai poliuretana elastomer, adalah bahan sintetik polimer yang mengandungi lebih banyak kumpulan uretana pada rantai utama. PU elastomer mempunyai pelbagai sifat, yang berkait rapat dengan strukturnya, dan strukturnya bergantung kepada banyak faktor seperti reaktan, masa tindak balas, suhu tindak balas, dan perubahan kecil dalam kandungan air boleh menyebabkan PU elastomer Perbezaan besar dalam sifat mekanikal. . Seterusnya, yangPengeluar pigmen PUakan memperkenalkan struktur dan prestasi PU elastomer untuk anda.

Sifat mekanikal elastomer PU secara langsung berkaitan dengan struktur dalaman elastomer PU, dan struktur mikro dan morfologinya sangat dipengaruhi oleh interaksi antara kumpulan kutub, seperti jenis, struktur dan morfologi segmen lembut dan keras. Sifat mekanikal dan rintangan haba elastomer PU. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, orang ramai telah mula mengkaji hubungan antara sifat mekanikal elastomer PU dan struktur agregat dan mikrostrukturnya.
(1) Struktur pemisahan mikrofasa elastomer PU
Prestasi PU dipengaruhi terutamanya oleh struktur morfologi rantai makromolekul. Fleksibiliti unik dan sifat fizikal PU yang sangat baik boleh dijelaskan oleh morfologi dua fasa. Tahap pemisahan mikrofasa dan struktur dua fasa segmen lembut dan keras dalam elastomer PU adalah penting untuk prestasinya. Pemisahan fasa sederhana bermanfaat untuk memperbaiki sifat polimer. Proses pemisahan pemisahan mikrofasa ialah perbezaan kekutuban antara segmen keras dan segmen lembut dan kehabluran segmen keras itu sendiri membawa kepada ketidakserasian termodinamik (ketidakbolehcampuran) dan kecenderungan kepada pemisahan fasa spontan, jadi segmen keras adalah mudah. kepada Agregat bersama untuk membentuk domain, yang tersebar dalam fasa berterusan yang dibentuk oleh segmen lembut. Proses pengasingan mikrofasa sebenarnya adalah proses pengasingan dan pengagregatan atau penghabluran segmen keras dalam elastomer daripada sistem kopolimer.
Fenomena pemisahan fasa mikro PU pertama kali dicadangkan oleh sarjana Amerika Cooper. Selepas itu, banyak kerja penyelidikan dilakukan terhadap struktur poliuretana. Penyelidikan mengenai struktur agregat PU juga telah mencapai kemajuan, membentuk fasa mikro yang agak lengkap. Sistem teori struktur: Dalam sistem PU blok, pemisahan fasa mikro bagi segmen keras dan lembut disebabkan oleh ketidakserasian termodinamik antara segmen dan segmen lembut. Daya tarikan segmen antara segmen keras adalah lebih besar daripada daya tarikan segmen antara segmen lembut. Segmen keras tidak larut dalam fasa segmen lembut, tetapi diedarkan di dalamnya, membentuk struktur mikrofasa tak selanjar (struktur pulau laut). Ia memainkan peranan penghubung dan pengukuhan fizikal dalam segmen lembut. Dalam proses pengasingan mikrofasa, peningkatan interaksi antara segmen keras akan memudahkan pengasingan segmen keras daripada sistem dan mengagregat atau menghablur, menggalakkan pemisahan mikrofasa. Sudah tentu, terdapat keserasian tertentu antara fasa plastik dan fasa getah, dan fasa antara domain mikro plastik dan domain mikro getah dicampur untuk membentuk fasa melalui aliran. Pada masa yang sama, model lain yang berkaitan dengan pemisahan mikrofasa juga telah dicadangkan, seperti segmen keras dan kawasan pengayaan segmen lembut yang dicadangkan oleh Seymour et al. Paik Sung dan Schneide mencadangkan model struktur pemisahan mikrofasa yang lebih realistik: tahap pemisahan mikrofasa dalam uretana adalah tidak sempurna, bukan kewujudan bersama mikrofasa sepenuhnya, tetapi termasuk unit segmen lembut campuran. Terdapat percampuran antara segmen dalam domain mikro, yang mempunyai tahap pengaruh tertentu pada morfologi dan sifat mekanikal bahan. Segmen lembut mengandungi segmen keras, yang boleh membawa kepada perubahan dalam suhu peralihan kaca bagi segmen lembut. Diperbaiki dengan terang, mengecilkan julat bahan yang digunakan dalam persekitaran suhu rendah. Kemasukan segmen lembut dalam domain segmen keras boleh menurunkan suhu peralihan kaca domain segmen keras, dengan itu mengurangkan rintangan haba bahan.
(2) Tingkah laku ikatan hidrogen elastomer PU
Ikatan hidrogen wujud antara kumpulan yang mengandungi atom nitrogen dan atom oksigen dengan keelektronegatifan kuat dan kumpulan yang mengandungi atom hidrogen. Tenaga kohesi kumpulan adalah berkaitan dengan saiz tenaga kohesi kumpulan. Ikatan hidrogen yang kuat kebanyakannya wujud di antara segmen. Menurut laporan, kebanyakan kumpulan imina dalam pelbagai kumpulan dalam makromolekul PU boleh membentuk ikatan hidrogen, dan kebanyakannya dibentuk oleh kumpulan imina dan kumpulan karbonil dalam segmen keras, dan sebahagian kecil terbentuk dengan oksigen eter. dalam segmen lembut. kumpulan atau ester karbonil terbentuk. Berbanding dengan daya ikatan ikatan kimia intramolekul, daya ikatan hidrogen adalah jauh lebih kecil. Walau bagaimanapun, kewujudan sejumlah besar ikatan hidrogen dalam polimer kutub juga merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi prestasi. Ikatan hidrogen boleh diterbalikkan. Pada suhu yang lebih rendah, susunan rapat segmen seksual menggalakkan pembentukan ikatan hidrogen: pada suhu yang lebih tinggi, segmen menerima tenaga dan mengalami gerakan haba, jarak antara segmen dan molekul meningkat, dan ikatan hidrogen menjadi lemah atau hilang. Ikatan hidrogen memainkan peranan penghubung silang fizikal, yang boleh menjadikan badan PU mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, rintangan lelasan, rintangan pelarut dan ubah bentuk kekal tegangan yang lebih kecil. Semakin banyak ikatan hidrogen, semakin kuat daya antara molekul dan semakin tinggi kekuatan bahan. Jumlah ikatan hidrogen secara langsung mempengaruhi tahap pembezaan mikrofasa sistem.
(3) Kehabluran
PU linear dengan struktur tetap, kumpulan yang lebih polar dan tegar, lebih banyak ikatan hidrogen antara molekul, dan sifat kristal yang baik, beberapa sifat bahan PU telah diperbaiki, seperti kekuatan, rintangan pelarut, dll. Kekerasan, kekuatan dan titik lembut bahan PU meningkat dengan peningkatan kehabluran, manakala pemanjangan dan keterlarutan menurun dengan sewajarnya. Untuk beberapa aplikasi, seperti pelekat PU termoplastik satu komponen, penghabluran pantas diperlukan untuk mendapatkan tack awal. Sesetengah elastomer PU termoplastik melepaskan lebih cepat kerana kehablurannya yang tinggi. Polimer kristal sering menjadi legap kerana anisotropi cahaya terbias. Jika sejumlah kecil kumpulan bercabang atau loket dimasukkan ke dalam makromolekul PU linear kristal, kehabluran bahan berkurangan. Apabila ketumpatan silang silang meningkat ke tahap tertentu, segmen lembut kehilangan kehablurannya. Apabila bahan diregangkan, tegasan tegangan menjadikan rantaian molekul segmen lembut berorientasikan dan ketetapan bertambah baik, kehabluran elastomer PU bertambah baik, dan kekuatan bahan juga bertambah baik. Lebih kuat kekutuban segmen keras, lebih kondusif untuk peningkatan tenaga kekisi bahan PU selepas penghabluran. Untuk PU polieter, dengan peningkatan kandungan segmen keras, kumpulan kutub meningkat, daya antara molekul segmen keras meningkat, tahap pemisahan mikrofasa meningkat, mikrodomain segmen keras secara beransur-ansur membentuk kristal, dan kehabluran meningkat dengan segmen keras. kandungan. Meningkatkan kekuatan bahan secara beransur-ansur.
(4) Pengaruh struktur segmen lembut terhadap prestasi elastomer PU
Poliol oligomerik seperti polieter dan poliester membentuk segmen lembut. Segmen lembut menyumbang sebahagian besar PU, dan sifat PU yang disediakan daripada poliol oligomer dan diisosianat berbeza adalah berbeza. Segmen fleksibel (lembut) elastomer PU terutamanya mempengaruhi sifat keanjalan bahan dan menyumbang dengan ketara kepada suhu rendah dan sifat tegangannya. Oleh itu, parameter Tg bagi segmen lembut adalah amat penting, dan kedua, kehabluran, takat lebur dan penghabluran teraruh terikan juga merupakan faktor yang mempengaruhi sifat mekanikal muktamadnya. Elastomer PU dan buih diperbuat daripada poliester dengan kekutuban yang kuat sebagai segmen lembut mempunyai sifat mekanikal yang lebih baik. Oleh kerana PU yang diperbuat daripada poliol poliester mengandungi kumpulan ester kutub yang besar, bahan PU ini bukan sahaja boleh membentuk ikatan hidrogen antara segmen keras, tetapi juga kumpulan kutub pada segmen lembut boleh berinteraksi sebahagiannya dengan segmen keras. Kumpulan polar membentuk ikatan hidrogen, supaya fasa segmen keras boleh diedarkan dengan lebih seragam dalam fasa segmen lembut, yang bertindak sebagai titik penghubung silang elastik. Sesetengah poliester poliol boleh membentuk kristal segmen lembut pada suhu bilik, yang menjejaskan prestasi PU. Kekuatan, rintangan minyak dan penuaan oksidatif terma bahan PU poliester lebih tinggi daripada bahan PU polieter PPG, tetapi rintangan hidrolisis lebih buruk daripada jenis polieter. Polytetrahydrofuran (PTMG) PU mudah untuk membentuk kristal kerana struktur rantai molekulnya yang biasa, dan kekuatannya adalah setanding dengan PU poliester. Secara umumnya, kumpulan eter segmen lembut PU polieter lebih mudah untuk berputar secara dalaman, mempunyai kelenturan yang baik, dan mempunyai prestasi suhu rendah yang sangat baik, dan tidak ada kumpulan ester yang agak mudah dihidrolisis dalam rantai polieter poliol, iaitu tahan hidrolisis. Lebih baik daripada poliester PU. Karbon α bagi ikatan eter segmen lembut polieter mudah teroksida untuk membentuk radikal peroksida, menghasilkan satu siri tindak balas degradasi oksidatif. PU dengan rantai molekul polybutadiena sebagai segmen lembut mempunyai kekutuban yang lemah, keserasian yang lemah antara segmen lembut dan keras, dan kekuatan elastomer yang lemah. Segmen lembut yang mengandungi rantai sisi, disebabkan halangan sterik, mempunyai ikatan hidrogen yang lemah dan kehabluran yang lemah, dan kekuatannya lebih buruk daripada rantai utama segmen lembut yang sama tanpa kumpulan sampingan PU. Berat molekul segmen lembut mempunyai kesan ke atas sifat mekanikal PU. Secara umumnya, dengan mengandaikan berat molekul PU yang sama, kekuatan bahan PU berkurangan dengan pertambahan berat molekul segmen lembut; jika segmen lembut ialah rantai poliester, kekuatan bahan polimer berkurangan dengan perlahan dengan peningkatan berat molekul poliester diol; Jika segmen lembut ialah rantai polieter, kekuatan bahan polimer berkurangan dengan pertambahan berat molekul polieter glikol, tetapi pemanjangan bertambah. Ini disebabkan oleh kekutuban tinggi segmen lembut ester dan daya antara molekul yang besar, yang sebahagiannya boleh mengimbangi penurunan kekuatan bahan PU disebabkan oleh peningkatan berat molekul dan peningkatan kandungan segmen lembut. Walau bagaimanapun, kekutuban segmen lembut polieter adalah lemah. Jika berat molekul meningkat, kandungan segmen keras dalam PU yang sepadan berkurangan, mengakibatkan penurunan kekuatan bahan. Keserasian kopolimer PU adalah berkaitan dengan struktur rantaian makromolekul, dan kehadiran rantai cantuman mempunyai kesan yang ketara terhadap keserasian dan sifat redaman kopolimer blok poliuretana. Secara amnya, kesan berat molekul segmen lembut pada rintangan dan sifat penuaan haba elastomer PU adalah tidak ketara. Kehabluran segmen lembut mempunyai sumbangan besar kepada kehabluran PU linear. Secara umumnya, kehabluran adalah bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan PU. Tetapi kadangkala penghabluran mengurangkan fleksibiliti suhu rendah bahan, dan polimer kristal selalunya legap. Untuk mengelakkan penghabluran, integriti molekul boleh dikurangkan, seperti menggunakan kopoliester atau poliol kopolieter, atau poliol campuran, pemanjang rantai campuran, dsb.
(5) Pengaruh segmen keras terhadap prestasi elastomer PU
Struktur segmen keras adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi rintangan haba elastomer PU. Struktur diisosianat dan pemanjang rantai yang membentuk segmen elastomer PU adalah berbeza, yang juga mempengaruhi rintangan haba. Segmen keras bahan PU terdiri daripada poliisosianat dan pemanjang rantai. Ia mengandungi kumpulan polar yang kuat seperti kumpulan uretana, kumpulan aril dan kumpulan urea yang digantikan. Biasanya, segmen tegar yang dibentuk oleh isosianat aromatik tidak mudah berubah, dan terbentang pada suhu bilik. berbentuk Rod. Segmen keras biasanya menjejaskan sifat suhu tinggi PU, seperti suhu pelembutan dan lebur. Diisosianat yang biasa digunakan ialah TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI, dsb., Alkohol yang biasa digunakan ialah etilena glikol, -butanediol, heksanediol, dsb., dan amina yang biasa digunakan ialah MOCA, EDA, DETDA, dsb. Jenis segmen keras dipilih mengikut sifat mekanikal polimer yang dikehendaki, seperti suhu penggunaan maksimum, rintangan cuaca, keterlarutan, dsb., dan ekonominya juga harus dipertimbangkan. Struktur diisosianat yang berbeza boleh menjejaskan keteraturan segmen keras dan pembentukan ikatan hidrogen, dengan itu mempunyai kesan yang lebih besar terhadap kekuatan elastomer. Secara umumnya, isosianat yang mengandungi cincin aromatik menjadikan segmen keras mempunyai ketegaran yang lebih besar dan tenaga padu, yang secara amnya meningkatkan kekuatan elastomer.
Segmen tegar yang mengandungi kumpulan urea terdiri daripada pemanjang rantai diisosianat dan diamine, kerana perpaduan kumpulan urea adalah sangat besar, mudah untuk membentuk domain mikro plastik, dan PU yang terdiri daripada segmen tegar ini sangat terdedah kepada pemisahan mikrofasa. Secara umumnya, semakin tinggi ketegaran segmen tegar yang membentuk PU, semakin besar kemungkinan menyebabkan pemisahan mikrofasa. Dalam PU, semakin tinggi kandungan segmen tegar, semakin besar kemungkinan menyebabkan pemisahan mikrofasa.
Pemanjangan rantai berkaitan dengan struktur segmen keras elastomer PU dan mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi elastomer. Berbanding dengan PU dilanjutkan rantai diol alifatik, PU dilanjutkan rantai yang mengandungi diamina cincin aromatik mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, kerana pemanjang rantai amina boleh membentuk ikatan urea, dan kekutuban ikatan urea lebih tinggi daripada ikatan uretana. . Selain itu, perbezaan dalam parameter keterlarutan antara segmen keras ikatan urea dan segmen lembut polieter adalah besar, jadi segmen keras poliurea dan segmen lembut polieter mempunyai ketidakserasian termodinamik yang lebih besar, yang menjadikan PU urea mempunyai pemisahan mikrofasa yang lebih baik. Oleh itu, PU yang dilanjutkan rantai diamine mempunyai kekuatan mekanikal, modulus, kelikatan, dan rintangan haba yang lebih tinggi daripada PU yang dilanjutkan rantai diol, dan juga mempunyai prestasi suhu rendah yang lebih baik. Elastomer PU tuangan kebanyakannya menggunakan diamina aromatik sebagai pemanjang rantai kerana elastomer PU yang disediakan daripadanya mempunyai sifat komprehensif yang baik. Dengan bertindak balas anhidrida maleik dan poliol untuk membentuk poliol ester karboksil, dan kemudian bertindak balas dengan monomer lain seperti TDI-80, agen penghubung silang dan pemanjang rantai, prapolimer PU yang mengandungi karboksil telah disediakan, yang tersebar dalam tiga Dalam larutan akueus etanolamin. , PU berasaskan air telah dibuat, dan pengaruh jenis dan jumlah pemanjang rantai pada sifat resin telah dikaji. Menggunakan bisphenol A sebagai pemanjang rantai bukan sahaja boleh meningkatkan sifat mekanikal resin, tetapi juga meningkatkan suhu peralihan kaca resin, meluaskan lebar puncak geseran dalaman, dan meningkatkan julat suhu resin dalam keadaan kulit [ 12]. Struktur pemanjang rantai diamina yang digunakan dalam PU urea secara langsung mempengaruhi ikatan hidrogen, penghabluran, dan pemisahan struktur mikrofasa dalam bahan, dan sebahagian besarnya menentukan prestasi bahan [13]. Dengan peningkatan kandungan segmen keras, kekuatan tegangan dan kekerasan bahan PU secara beransur-ansur meningkat, dan pemanjangan semasa putus berkurangan. Ini kerana terdapat pemisahan mikrofasa antara fasa dengan tahap kehabluran tertentu yang dibentuk oleh segmen keras dan fasa amorf yang dibentuk oleh segmen lembut, dan kawasan hablur segmen keras bertindak sebagai titik silang silang yang berkesan. Ia juga memainkan peranan yang serupa dengan tetulang pengisi untuk kawasan amorfus segmen lembut. Apabila kandungan meningkat, kesan tetulang dan kesan silang silang berkesan segmen keras dalam segmen lembut dipertingkatkan, yang menggalakkan peningkatan kekuatan bahan.
(6) Pengaruh ikatan silang pada sifat elastomer PU
Pautan silang intramolekul sederhana boleh meningkatkan kekerasan, suhu melembutkan dan modulus keanjalan bahan PU, dan mengurangkan pemanjangan semasa putus, ubah bentuk kekal dan bengkak dalam pelarut. Untuk elastomer PU, pemautan silang yang betul boleh menghasilkan bahan dengan kekuatan mekanikal yang sangat baik, kekerasan yang tinggi, keanjalan, dan rintangan haus yang sangat baik, rintangan minyak, rintangan ozon dan rintangan haba. Walau bagaimanapun, jika penghubung silang adalah berlebihan, sifat seperti kekuatan tegangan dan pemanjangan boleh dikurangkan. Dalam elastomer blok PU, penyambung silang kimia boleh dibahagikan kepada dua kategori: (1) menggunakan pemanjang rantai tiga fungsi (seperti TMP) untuk membentuk struktur penyambung silang; (2) menggunakan lebihan isosianat untuk bertindak balas membentuk dicondensate Urea (melalui kumpulan urea) atau allophanate (melalui kumpulan urethane) silang silang. Pautan silang mempunyai kesan ketara pada tahap ikatan hidrogen, dan pembentukan pautan silang sangat mengurangkan tahap ikatan hidrogen bahan, tetapi pautan silang kimia mempunyai kestabilan terma yang lebih baik daripada pautan silang fizikal yang disebabkan oleh ikatan hidrogen. Apabila kesan rangkaian silang silang kimia terhadap morfologi, sifat mekanikal dan sifat terma elastomer urea PU dikaji melalui FT-IR dan DSC, didapati bahawa elastomer urea PU dengan rangkaian silang silang yang berbeza mempunyai morfologi yang berbeza. Apabila ketumpatan meningkat, tahap pencampuran mikrofasa elastomer meningkat, suhu peralihan kaca segmen lembut meningkat dengan ketara, dan kekuatan tegangan 300% elastomer secara beransur-ansur meningkat, manakala pemanjangan pada pecah berkurangan secara beransur-ansur. Apabila , sifat mekanikal (kekuatan tegangan dan kekuatan koyakan) elastomer mencapai tahap tertinggi.