Pengaruh Segmen Lunak Elastomer Poliuretan pada Sifat Mekaniknya
Urethane elastomer (PUE) terutama disintesis dari poliol oligomer, poliisosianat dan pemanjang rantai sebagai bahan baku. Sifat mekaniknya dapat disesuaikan dalam rentang yang luas. Itu dapat disintesis dengan memilih bahan baku yang sesuai dengan kebutuhan untuk menyiapkan produk yang memenuhi kebutuhan. Secara umum, oligomer poliol merupakan segmen lunak poliuretan, poliisosianat dan pemanjang rantai merupakan segmen keras, dan pemisahan mikrofase terjadi antara segmen lunak dan segmen keras, sehingga PUE memiliki kinerja yang sangat baik. Ada banyak metode klasifikasi untuk PUE: menurut teknologi pemrosesannya, dapat dibagi menjadi tiga jenis: tipe casting, tipe termoplastik dan tipe pencampuran; menurut proses reaksi kimia, dapat dibagi menjadi metode satu langkah dan metode dua langkah; Jenis alkohol dapat dibagi menjadi jenis polieter dan jenis poliester.
1 bagian Eksperimental
1.1 Bahan baku dan instrumen
Tetrahydrofuran homopolyether polyol (PTMG): Mn=1000 dan Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, produk industri; Polikaprolakton poli (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., Produk industri; polibutilena adipat diol (PBA, Mn=1000, 2000), polietilena adipat diol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., produk industri; Polycarbonate diol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., produk industri; 4, 4' – Diphenylmethane diisocyanate (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., produk industri; 1, 4 – Butanediol (BDO): Pabrik Kimia Beijing, kelas analitik; Dibutyltin dilaurate (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., kelas reagen.
Mesin uji universal elektronik: Model CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Durometer Karet: Model LX-A, Pabrik Bahan Eksperimental Yingkou.
1.2 Sintesis PUE
1.2.1 Persiapan prapolimer
Dehidrasi poliol oligomer di bawah vakum pada 100 ~ 110 derajat selama 2 jam, dinginkan hingga 50 ~ 55 derajat untuk digunakan; tuangkan MDI cair ke dalam botol berleher tiga, ketika suhu MDI turun menjadi 50 ~ 55 derajat, tambahkan meteran Untuk poliol oligomer yang baik, pertama-tama bereaksi secara alami selama 30 menit tanpa pemanasan, lalu aduk dan panaskan selama 2 jam pada 80 ~ 85 derajat, ambil sampel untuk menganalisis fraksi massa NCO, dan akhiri reaksi ketika nilai analisis mendekati nilai desain. Prapolimer dapat diperoleh, yang disegel dan disimpan untuk digunakan nanti.
1.2.2 Persiapan elastomer
Timbang jumlah prapolimer yang sesuai, tambahkan BDO dan T12 secara proporsional, aduk dengan cepat dan merata, tuangkan ke dalam cetakan datar 120 derajat yang telah dipanaskan sebelumnya, dan tekan dan keringkan selama 30 menit ketika mencapai titik gel. Sifat mekanik diuji setelah pengawetan selama 18 jam dalam oven pada suhu kamar selama 24 jam.
1.3 Metode pengujian
Konten NCO ditentukan menurut HG/T2409-1992; Kekerasan Shore A ditentukan menurut GB/T531.1-2008; 300 persen tegangan tarik, perpanjangan putus dan kekuatan tarik ditentukan menurut GB/T528-2009; kekuatan sobek ditentukan sesuai dengan penentuan GB/T531.1-2008 GB/T529-2008.
2.1 Pengaruh poliol oligomer pada sifat mekanik PUE
Berbagai jenis dan struktur molekul poliol oligomer memiliki dampak langsung pada sifat mekanik PUE. Gunakan polieter poliol dan poliester poliol dengan massa molekul relatif yang sama (keduanya 2000), pertahankan fraksi massa segmen lunak pada 55 persen , sintesis prapolimer dengan MDI, koefisien perpanjangan rantai [n(OH) dalam sistem: n(NCO )] adalah 1, prapolimer diperpanjang rantai dengan BDO, dan sifat mekanik dari PUE yang disiapkan ditunjukkan pada Tabel 1.
Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa ketika w(NCO) prapolimer sama, sifat mekanik PUE yang segmen lunaknya adalah PCL, PBA, PEA dan PCDL umumnya lebih baik daripada yang segmen lunaknya PTMG. Hal ini karena PCL, PBAPEA dan PCDL semuanya merupakan poliester poliol dengan gugus ester di dalamnya, sedangkan PTMG adalah polieter poliol dengan gugus eter di dalamnya, dan gugus ester lebih polar dari pada gugus eter, membuat bagian dalam poliuretan lebih mudah Ikatan hidrogen dihasilkan, dan sifat mekaniknya lebih baik. Dalam poliester PUE, karena PCDL mengandung gugus karbonat, polaritasnya paling besar, dan PUE yang diperoleh memiliki tingkat kristalinitas tertinggi di segmen lunak, sehingga kekerasan dan kekuatan tariknya paling tinggi, dan perpanjangan putus paling rendah; kandungan gugus ester pada PCL Kekerasan dan kekuatan tarik Shore A terendah, dan perpanjangan putus tertinggi; PBA dan PEA memiliki lebih banyak gugus ester PEA, tetapi karena pemanjang rantai menggunakan BDO, jumlah atom karbon antara dua gugus hidroksil adalah 4, dan PEA memiliki 2 atom karbon lebih sedikit daripada PBA. Struktur PBA dan BDO lebih mirip, poliuretan yang dihasilkan lebih teratur, dan kristalinitas lebih kuat. Oleh karena itu, kinerja PUE yang disintesis oleh PBA sebagai segmen lunak lebih baik daripada PEA.
2.2 Pengaruh berat molekul relatif oligomer poliol pada sifat mekanik PUE
Poliol oligomer yang sama dengan berat molekul relatif berbeda digunakan untuk mensintesis poliuretan, karena ukuran segmen lunak berbeda, dan pengaruhnya terhadap sifat mekanik PUE juga berbeda. Gunakan polieter poliol dan poliester poliol dengan berat molekul relatif berbeda, pertahankan w(NCO) yang sama, sintesis prapolimer dengan MDI, gunakan BDO sebagai pemanjang rantai, dan koefisien perpanjangan rantai adalah 1. Sifat mekanik elastomer yang disiapkan ditunjukkan pada Tabel 2.
Seperti dapat dilihat dari Tabel 2, apakah itu poliester PUE yang disintesis oleh PBA atau polieter PUE yang disintesis oleh PTMG, ketika w(NCO) dari prapolimer adalah sama, dengan peningkatan berat molekul relatif oligomer poliol, PUE akan berkurang. Kekerasan, tegangan tarik 300 persen, kekuatan tarik dan kekuatan sobek menurun, sedangkan perpanjangan putus meningkat. Ketika massa molekul relatif oligomer poliol meningkat, polaritas PUE yang disiapkan menurun, yang tidak kondusif untuk pembentukan ikatan hidrogen, tingkat pemisahan mikrofase antara segmen lunak dan keras melemah, dan kekerasan terkait, modulus dan kekuatan berkurang; Massa molekul relatif poliol oligomer meningkat, yang melemahkan interaksi antara ikatan hidrogen, mengurangi kecenderungan kristalisasi segmen lunak, mempertahankan elastisitas tinggi PUE, dan meningkatkan perpanjangan putus.
2.3 Pengaruh kandungan NCO pada sifat mekanik elastomer poliuretan
Kandungan NCO prapolimer yang berbeda akan menyebabkan perbedaan kandungan segmen lunak PUE sintetis, sehingga mempengaruhi sifat mekanik elastomer. Pertama, polieter poliol dan poliester poliol dengan massa molekul relatif yang sama digunakan untuk mensintesis prapolimer dengan nilai NCO yang berbeda dengan MDI. Sifat fisik dan mekanik ditunjukkan pada Tabel 3.
Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa apakah itu poliester PUE yang disintesis oleh PBA atau polieter PUE yang disintesis oleh PTMG, dengan peningkatan prepolimer w (NCO), kekerasan, tegangan tarik 300 persen, kekuatan tarik dan kekuatan sobek PUE meningkat. Kekuatan putus meningkat, sedangkan perpanjangan putus berkurang. Ini karena semakin tinggi w(NCO) dalam prapolimer, semakin tinggi kandungan poliisosianat, dan pada saat yang sama, jumlah pemanjang rantai akan meningkat, yang akan meningkatkan kandungan segmen keras PUE dan meningkatkan kekerasan; w(NCO) dalam prapolimer akan meningkat. ), kelompok uretan meningkat, polaritas poliuretan menjadi lebih besar, dan tingkat pemisahan mikrofase meningkat untuk meningkatkan modulus dan kekuatan; peningkatan w(NCO) memudahkan pembentukan ikatan hidrogen di dalam poliuretan, dan interaksi ikatan hidrogen meningkat. besar, sehingga elongasi berkurang.
2.4 Pengaruh koefisien perpanjangan rantai terhadap sifat mekanik PUE
Jika koefisien perpanjangan rantai berbeda, jumlah pemanjang rantai yang digunakan akan berbeda, yang akan menyebabkan perbedaan kandungan segmen lunak PUE sintetis, sehingga mempengaruhi sifat mekanik PUE. Menggunakan polieter poliol dan poliester poliol dengan massa molekul relatif yang sama, menjaga w(NCO) yang sama, mensintesis prapolimer dengan MDI, kemudian mengubah koefisien perpanjangan rantai, dan menggunakan BDO untuk memperpanjang rantai prapolimer, mekanisme PUE yang disiapkan kinerja ditunjukkan pada Tabel 4.
Dapat dilihat dari Tabel 4 bahwa apakah itu poliester PUE yang disintesis oleh PBA atau polieter PUE yang disintesis oleh PTMG, ketika w(NCO) dari prepolimernya sama, dengan peningkatan koefisien perpanjangan rantai, kekerasan PUE, 300 persen Tegangan tarik, perpanjangan putus, kekuatan tarik dan kekuatan sobek meningkat pertama dan kemudian menurun, dan sifat mekanik adalah yang terbaik ketika koefisien perpanjangan rantai adalah 1,00. Ini karena ketika koefisien perpanjangan rantai adalah 1,00, elastomer poliuretan cenderung membentuk molekul rantai panjang dengan tingkat linieritas tertinggi, dan PUE memiliki sifat mekanik terbaik saat ini. Ketika koefisien perpanjangan rantai lebih rendah dari 1.00, karena jumlah pemanjang rantai yang tidak mencukupi, rantai panjang makromolekul tidak dapat dibentuk, dan kinerja poliuretan rendah; ketika koefisien ekstensi rantai lebih besar dari 1,00, karena agen ekstensi rantai yang berlebihan, dapat memenuhi persyaratan ekstensi rantai. Ada residu, dan residu ini bertindak sebagai plasticizer untuk menurunkan sifat mekanik PUE.
Kesimpulan
Bila prepolimer w (NCO) sama: sifat mekanik PUE yang segmen lunaknya adalah PCL, PBA, PEA, dan PCDL umumnya lebih baik daripada yang segmen lunaknya PTMG; Kekerasan, 300 persen tegangan tarik, kekuatan tarik dan kekuatan sobek menurun, sedangkan perpanjangan putus meningkat; dengan kenaikan koefisien perpanjangan rantai, kekerasan, tegangan tarik 300 persen, perpanjangan putus, kekuatan tarik PUE Kekuatan dan kekuatan sobek menunjukkan tren meningkat pertama dan kemudian menurun, dan ketika koefisien ekstensi rantai 1,00, mekanik properti adalah yang terbaik.
Dengan meningkatnya prepolimer w(NCO), kekerasan, tegangan tarik 300 persen, kekuatan tarik dan kekuatan sobek PUE meningkat, sedangkan perpanjangan putus menurun.
