Elastomer poliuretan, juga dikenal sebagai elastomer poliuretan, adalah bahan sintetis polimer yang mengandung lebih banyak gugus uretan pada rantai utama. Ini umumnya terdiri dari oligomer seperti poliester, polieter dan poliolefin. Ini dibentuk oleh penambahan bertahap dan polimerisasi poliol, poliisosianat dan diol atau pemanjang rantai diamina. Ini adalah bahan elastis antara karet umum dan plastik, yaitu memiliki elastisitas karet yang tinggi dan kekuatan plastik yang tinggi. Ini memiliki perpanjangan besar dan berbagai kekerasan; ketahanan aus, biokompatibilitas, dan kompatibilitas darahnya sangat luar biasa. Pada saat yang sama, ia juga memiliki ketahanan minyak yang sangat baik, ketahanan benturan, ketahanan suhu rendah, ketahanan radiasi dan ketahanan beban, insulasi panas, insulasi dan sifat lainnya. Oleh karena itu, bidang aplikasi elastomer poliuretan sangat luas. Ia telah menjadi bahan yang sangat diperlukan dan berharga dalam perekonomian nasional dan kehidupan masyarakat.
Elastomer poliuretan memiliki berbagai sifat, yang terkait erat dengan strukturnya, dan strukturnya tergantung pada banyak faktor seperti reaktan, waktu reaksi, suhu reaksi, dan bahkan perubahan kecil dalam kadar air dapat menyebabkan elastomer poliuretan Perbedaan besar dalam sifat mekanik .
1. Ikhtisar Elastomer Poliuretan
Elastomer poliuretan, juga dikenal sebagai karet poliuretan, termasuk karet sintetis khusus dan merupakan jenis polimer elastis yang mengandung lebih banyak gugus uretana (-NHCOO-) dalam rantai utama molekul. Ini adalah bahan kopolimer multi-blok yang khas. . Elastomer poliuretan biasanya dibuat dengan reaksi poliadisi menggunakan poliol polimer, isosianat, pemanjang rantai, zat pengikat silang dan sejumlah kecil zat pembantu sebagai bahan baku. Dalam hal struktur molekul, elastomer poliuretan (PUE) adalah polimer blok, dan rantai molekulnya umumnya terdiri dari dua bagian. Pada suhu normal, satu bagian berada dalam keadaan elastis tinggi, yang disebut segmen lunak; Keadaan kristal disebut segmen keras. Umumnya, segmen lunak terdiri dari rantai panjang fleksibel polimer poliol, dan segmen keras terdiri dari isosianat dan pemanjang rantai. Segmen lunak dan segmen keras disusun secara bergantian untuk membentuk unit struktural yang berulang. Selain gugus uretan, rantai utama molekul poliuretan juga mengandung gugus polar seperti gugus eter, ester atau urea. Karena keberadaan sejumlah besar gugus polar ini, ikatan hidrogen dapat terbentuk dalam molekul poliuretan dan antara molekul, dan segmen lunak dan segmen keras secara termodinamika tidak kompatibel, yang menginduksi pembentukan segmen keras dan segmen lunak. segmen microdomain dan menghasilkan struktur pemisahan fase mikroskopis. Poliuretan linier juga dapat membentuk ikatan silang fisik melalui ikatan hidrogen. Karakteristik struktural ini membuat elastomer poliuretan memiliki ketahanan aus dan ketangguhan yang sangat baik, yang dikenal sebagai "karet tahan aus" [1], dan karena ada banyak jenis bahan baku poliuretan, variasi dan rasio bahan baku dapat disesuaikan untuk mensintesis produk dengan karakteristik kinerja yang berbeda. produk, membuat elastomer poliuretan banyak digunakan dalam bidang perekonomian nasional. Meskipun keluaran elastomer poliuretan tidak mencakup sebagian kecil produk poliuretan, variasi dan jangkauan aplikasinya yang luas tidak tertandingi oleh bahan lain. Elastomer poliuretan memiliki sifat komprehensif yang sangat baik, dan modulusnya berada di antara karet umum dan plastik. Ini memiliki karakteristik sebagai berikut: Kekuatan dan elastisitas tinggi, dapat mempertahankan elastisitas tinggi dalam berbagai kekerasan (Shore A10-Shore D75); Di bawah kekerasan yang sama, ia memiliki daya dukung yang lebih tinggi daripada elastomer lainnya; Ketahanan aus yang sangat baik, ketahanan ausnya 2-10 kali lipat dari karet alam; Ketahanan lelah yang baik dan ketahanan getaran, cocok untuk aplikasi defleksi frekuensi tinggi; Resistensi dampak tinggi; Resistensi poliuretan aromatik Radiasi yang sangat baik, ketahanan oksigen dan ketahanan ozon; Ketahanan lemak dan bahan kimia yang sangat baik; Umumnya, kekerasan rendah yang diperlukan dapat dicapai tanpa plasticizer, sehingga tidak ada masalah yang disebabkan oleh migrasi plasticizer; Pencetakan dan biaya pemrosesan rendah; Poliuretan biasa tidak dapat digunakan di atas 100 derajat, tetapi formulanya dapat menahan suhu tinggi 140 derajat. Dalam keadaan normal, dibandingkan dengan bahan logam, produk elastomer poliuretan memiliki keunggulan ringan, ketahanan kehilangan, suara rendah, biaya pemrosesan rendah, dan ketahanan korosi; dibandingkan dengan karet, elastomer poliuretan memiliki ketahanan aus, ketahanan potong, ketahanan sobek, bantalan beban tinggi, dapat dituang, dapat diminum, transparan atau tembus cahaya, ketahanan ozon, rentang kekerasan dan keunggulan lainnya; dibandingkan dengan plastik, elastomer poliuretan memiliki keunggulan tidak rapuh, memori elastis, ketahanan aus, dll. Ada berbagai metode pemrosesan untuk elastomer poliester, teknologi baru dan varietas baru terus muncul, dan prospek aplikasi akan sangat luas [2] .
2. Teknologi pemrosesan elastomer poliuretan
Di laboratorium, elastomer poliuretan umumnya disintesis dengan metode prapolimer pengecoran tangan, termasuk metode satu langkah, metode prapolimer, dan metode semi-prapolimer.
Metode satu langkah adalah menambahkan diisosianat, poliol, katalis dan bahan pembantu lainnya dalam formula sekaligus, dan menuangkannya ke dalam cetakan setelah pengadukan kecepatan tinggi untuk menyiapkan produk elastomer poliuretan. Meskipun produk yang diperoleh dengan metode satu langkah memiliki keseragaman dan pengulangan kinerja yang buruk, dan dapat memasukkan sejumlah besar gelembung udara ke dalam sistem reaksi, sehingga ada sejumlah besar produk dalam produk, proses metode ini adalah sederhana, menghemat energi, dan mengurangi biaya, sehingga metode ini terutama digunakan pada tahun Digunakan dalam industri pembusaan, tetapi jarang digunakan dalam produksi elastomer poliuretan cor [3]. Saat ini, dengan munculnya beberapa proses pencetakan baru seperti teknologi reaksi injection molding (RIM), metode satu langkah juga telah berkembang lebih pesat.
Elastomer poliuretan yang dibuat dengan metode prapolimer dibagi menjadi dua langkah, sehingga disebut juga metode dua langkah. Pertama, oligomer alkohol dan poliisosianat berlebih direaksikan untuk membentuk prapolimer dengan gugus NCO pada gugus akhir, dan kemudian polimer direaksikan dengan pemanjang rantai selama pengecoran untuk membuat elastomer poliuretan. Metode ini banyak digunakan dalam produksi elastisitas poliuretan. Kekurangannya adalah prepolimer sensitif terhadap suhu, membutuhkan peralatan yang tinggi selama pengecoran, dan memiliki proses yang lama. Perbedaan antara metode semi-prapolimer dan metode prapolimer adalah bahwa beberapa poliester poliol atau polieter poliol, pemanjang rantai, bahan tambahan kimia, dll. ditambahkan ke prapolimer dalam bentuk campuran. Artinya, oligomer poliol dalam formula dibagi menjadi beberapa bagian, satu bagian direaksikan dengan diisosianat berlebih untuk mensintesis prapolimer, dan bagian lainnya dicampur dengan pemanjang rantai dan ditambahkan selama injeksi. Fraksi massa NCO bebas dalam prapolimer yang dihasilkan relatif tinggi, umumnya 0.12-0,15 (12 persen - persen ), sehingga prapolimer ini sering disebut "prapolimer kuasi". Karakteristik metode semi-prapolimer: Viskositas komponen prapolimer rendah, dan dapat disesuaikan agar serupa dengan viskositas komponen campuran bahan pengawet; Rasionya juga mendekati (yaitu, rasio massa pencampuran bisa 1:1). Ini tidak hanya meningkatkan keseragaman pencampuran, tetapi juga meningkatkan beberapa sifat elastisitas. Metode ini mudah untuk mewujudkan industrialisasi: di antara tiga metode di atas, secara umum, elastomer poliuretan yang dibuat dengan metode prapolimer memiliki kinerja terbaik, dan metode satu langkah memiliki kinerja terburuk. Hal ini karena pada metode satu langkah, reaksi polimerisasi dan perpanjangan rantai dilakukan secara bersamaan. Pada tahap reaksi selanjutnya, karena peningkatan tajam dalam viskositas sistem, aktivitas rantai molekul dikendalikan oleh reaksi difusi, reaksi tidak selesai, dan berat molekul elastomer poliuretan yang diperoleh relatif kecil. Strukturnya tidak seragam, yang mempengaruhi kinerja elastomer poliuretan. Dalam proses metode prapolimer, reaksi prapolimer poliuretan dan reaksi antara prapolimer poliuretan dan pemanjang rantai dilakukan selangkah demi selangkah, dan semuanya merupakan reaksi yang dapat dikontrol. Reaksi relatif menyeluruh, dan poliuretan elastis yang diperoleh Berat molekul curah relatif besar dan strukturnya relatif seragam, yang kondusif untuk pembentukan ikatan hidrogen antara makromolekul, sehingga meningkatkan kinerja elastomer poliuretan. Sifat-sifat elastomer poliuretan yang dibuat dengan metode semi-prapolimer adalah antara metode prapolimer dan metode satu langkah, dan suhu reaksi rendah, yang cocok untuk produksi industri. Makalah ini membahas hubungan antara struktur dan sifat elastomer poliuretan yang semuanya disintesis dengan metode prapolimer.
3. Struktur dan sifat elastomer poliuretan
Sifat mekanik elastomer poliuretan berhubungan langsung dengan struktur internal elastomer poliuretan, dan struktur mikro serta morfologinya sangat dipengaruhi oleh interaksi antara gugus polar, seperti jenis, struktur, dan morfologi segmen lunak dan keras. Sifat mekanik dan ketahanan panas elastomer poliuretan. Dalam beberapa tahun terakhir, orang telah mulai mempelajari hubungan antara sifat mekanik elastomer poliuretan dan struktur agregat dan struktur mikronya.
sebuah. Struktur pemisahan mikrofase dari elastomer poliuretan
Sifat-sifat poliuretan terutama dipengaruhi oleh struktur morfologi rantai makromolekul. Fleksibilitas yang unik dan sifat fisik yang sangat baik dari poliuretan dapat dijelaskan oleh morfologi dua fase. Tingkat pemisahan mikrofase dan struktur dua fase segmen lunak dan keras dalam elastomer poliuretan sangat penting untuk kinerjanya. Pemisahan fasa sedang bermanfaat untuk meningkatkan sifat polimer. Proses pemisahan pemisahan mikrofase adalah bahwa perbedaan polaritas antara segmen keras dan segmen lunak dan kristalinitas segmen keras itu sendiri menyebabkan ketidakcocokan termodinamika (immiscibility) dan kecenderungan pemisahan fase spontan, sehingga segmen keras mudah untuk Agregat bersama untuk membentuk domain, yang tersebar dalam fase kontinu yang dibentuk oleh segmen lunak. Proses pemisahan mikrofase sebenarnya adalah proses pemisahan dan agregasi atau kristalisasi segmen keras pada elastomer dari sistem kopolimer.
Fenomena pemisahan fase mikro poliuretan pertama kali diusulkan oleh sarjana Amerika Cooper. Setelah itu, banyak penelitian dilakukan pada struktur poliuretan [4]. Penelitian tentang struktur agregat poliuretan juga mengalami kemajuan, membentuk struktur yang relatif lengkap. Teori struktur mikrofase sistem [5]: dalam sistem blok poliuretan, pemisahan mikrofase segmen keras dan segmen lunak disebabkan oleh ketidakcocokan termodinamika antara segmen dan segmen lunak. Gaya tarik menarik segmen antara segmen keras jauh lebih besar daripada gaya tarik segmen antara segmen lunak. Segmen keras tidak larut dalam fase segmen lunak, tetapi didistribusikan di dalamnya, membentuk struktur mikrofase terputus-putus (struktur pulau laut). Ini memainkan peran penghubung dan penguatan fisik di segmen lunak. Dalam proses pemisahan mikrofase, peningkatan interaksi antara segmen keras akan memfasilitasi pemisahan segmen keras dari sistem dan agregat atau kristal, mendorong pemisahan mikrofase. Tentu saja, ada kompatibilitas 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 Seymour [6] dan lainnya mengusulkan bahwa segmen keras dan segmen lunak yang diperkaya membentuk jaringan cross-linked kontinu satu sama lain. Paik Sung dan Schneide [7] mengusulkan model struktur pemisahan mikrofase yang lebih realistis: tingkat pemisahan mikrofase dalam uretan tidak sempurna, tidak sepenuhnya koeksistensi mikrofase, tetapi mencakup unit segmen lunak campuran. Ada pencampuran antara segmen dalam domain mikro, yang memiliki tingkat pengaruh tertentu pada morfologi dan sifat mekanik material. Segmen lunak mengandung segmen keras, yang dapat menyebabkan perubahan suhu transisi gelas dari segmen lunak. Sangat ditingkatkan, mempersempit kisaran bahan yang digunakan di lingkungan bersuhu rendah. Dimasukkannya segmen lunak dalam domain segmen keras dapat menurunkan suhu transisi gelas dari domain segmen keras, sehingga mengurangi ketahanan panas material.
b. Perilaku Ikatan Hidrogen dari Elastomer Poliuretan
Ikatan hidrogen ada antara kelompok yang mengandung atom nitrogen dan atom oksigen dengan elektronegativitas yang kuat dan kelompok yang mengandung atom hidrogen. Energi kohesif dari kelompok terkait dengan ukuran energi kohesif dari kelompok. Kuat, ikatan hidrogen sebagian besar ada di antara segmen. Menurut laporan, sebagian besar gugus imina dalam berbagai kelompok makromolekul poliuretan dapat membentuk ikatan hidrogen, dan sebagian besar dibentuk oleh gugus imina dan gugus karbonil di segmen keras, dan sebagian kecil dibentuk dengan oksigen eter. pada segmen lunak. gugus atau ester karbonil yang terbentuk. Dibandingkan dengan kekuatan ikatan ikatan kimia intramolekul, gaya ikatan hidrogen jauh lebih kecil. Namun, keberadaan sejumlah besar ikatan hidrogen dalam polimer polar juga merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kinerja. Ikatan hidrogen bersifat reversibel. Pada suhu yang lebih rendah, susunan yang dekat dari segmen seksual mendorong pembentukan ikatan hidrogen: pada suhu yang lebih tinggi, segmen menerima energi dan mengalami gerakan termal, jarak antara segmen dan molekul meningkat, dan ikatan hidrogen melemah atau bahkan menghilang. Ikatan hidrogen memainkan peran ikatan silang fisik, yang dapat membuat tubuh poliuretan memiliki kekuatan yang lebih tinggi, ketahanan abrasi, ketahanan pelarut, dan deformasi permanen tarik yang lebih kecil. Semakin banyak ikatan hidrogen, semakin kuat gaya antarmolekul dan semakin tinggi kekuatan material. Besarnya ikatan hidrogen secara langsung mempengaruhi derajat diferensiasi mikrofase sistem [8].
c. Kristalinitas
Poliuretan linier dengan struktur teratur, gugus yang lebih polar dan kaku, ikatan hidrogen antarmolekul yang lebih banyak, dan kristalinitas yang baik, telah meningkatkan beberapa sifat bahan poliuretan, seperti kekuatan dan ketahanan pelarut. Kekerasan, kekuatan dan titik pelunakan bahan poliuretan meningkat dengan meningkatnya kristalinitas, sedangkan perpanjangan dan kelarutan menurun. Untuk beberapa aplikasi, seperti perekat poliuretan termoplastik satu komponen, kristalisasi cepat diperlukan untuk mendapatkan tack awal. Beberapa elastomer poliuretan termoplastik melepaskan lebih cepat karena kristalinitasnya yang tinggi. Polimer kristal sering menjadi buram karena anisotropi cahaya yang dibiaskan. Jika sejumlah kecil kelompok bercabang atau liontin dimasukkan ke dalam makromolekul poliuretan linier kristalin, kristalinitas material menurun. Ketika kerapatan ikatan silang meningkat sampai batas tertentu, segmen lunak kehilangan kristalinitasnya. Ketika bahan diregangkan, tegangan tarik membuat rantai molekul segmen lunak berorientasi dan keteraturan ditingkatkan, kristalinitas elastomer poliuretan ditingkatkan, dan kekuatan bahan secara bersamaan ditingkatkan. Semakin kuat polaritas segmen keras, semakin kondusif untuk peningkatan energi kisi bahan poliuretan setelah kristalisasi. Untuk polieter poliuretan, dengan meningkatnya konten segmen keras, kelompok kutub meningkat, gaya antarmolekul dari segmen keras meningkat, tingkat pemisahan mikrofase meningkat, mikrodomain segmen keras secara bertahap membentuk kristalisasi, dan kristalinitas meningkat dengan segmen keras. isi. Tingkatkan kekuatan material secara bertahap.
d. Pengaruh struktur segmen lunak pada sifat elastomer poliuretan
Poliol oligomer seperti polieter dan poliester membentuk segmen lunak. Segmen lunak menyumbang sebagian besar poliuretan, dan sifat poliuretan yang dibuat dari poliol oligomer dan diisosianat yang berbeda berbeda. Segmen fleksibel (lunak) dari elastomer poliuretan terutama mempengaruhi sifat elastis material dan berkontribusi secara 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 diinduksi regangan juga merupakan faktor yang mempengaruhi sifat mekanik utamanya. Elastomer dan busa poliuretan terbuat dari poliester dengan polaritas kuat karena segmen lunak memiliki sifat mekanik yang lebih baik. Karena poliuretan yang terbuat dari poliester poliol mengandung gugus ester polar yang besar, tidak hanya ikatan hidrogen yang dapat terbentuk di antara segmen keras, tetapi juga gugus polar pada segmen lunak sebagian dapat berinteraksi dengan segmen keras. Gugus polar membentuk ikatan hidrogen, sehingga fase segmen keras dapat terdistribusi lebih merata dalam fase segmen lunak, yang bertindak sebagai titik ikat silang elastis. Beberapa poliester poliol dapat membentuk kristalisasi segmen lunak pada suhu kamar, yang mempengaruhi sifat poliuretan. Kekuatan, ketahanan minyak dan penuaan oksidatif termal bahan poliuretan poliester lebih tinggi daripada bahan poliuretan polieter PPG, tetapi ketahanan hidrolisis lebih buruk daripada jenis polieter. Polytetrahydrofuran (PTMG) poliuretan mudah membentuk kristal karena struktur rantai molekulnya yang teratur, dan kekuatannya sebanding dengan poliester poliuretan. Secara umum, kelompok eter dari segmen lunak polieter poliuretan mudah diputar secara internal, memiliki fleksibilitas yang baik, dan memiliki kinerja suhu rendah yang sangat baik, dan tidak ada kelompok ester yang relatif mudah terhidrolisis dalam rantai polieter poliol, dan ketahanan terhadap hidrolisis Lebih baik dari poliester poliuretan. Karbon dari ikatan eter segmen lunak polieter mudah teroksidasi membentuk radikal peroksida, menghasilkan serangkaian reaksi degradasi oksidatif. Poliuretan dengan rantai molekul polibutadiena sebagai segmen lunak memiliki polaritas yang lemah, kompatibilitas yang buruk antara segmen lunak dan keras, dan kekuatan elastomer yang buruk. Karena hambatan sterik, segmen lunak yang mengandung rantai samping memiliki ikatan hidrogen yang lemah, kristalinitas yang buruk, dan kekuatannya lebih buruk daripada rantai utama segmen lunak yang sama tanpa poliuretan kelompok samping. Berat molekul segmen lunak memiliki efek pada sifat mekanik poliuretan. Secara umum, dengan asumsi bahwa berat molekul poliuretan adalah sama, kekuatan bahan poliuretan menurun dengan meningkatnya berat molekul segmen lunak; jika segmen lunak adalah rantai poliester, kekuatan bahan polimer menurun perlahan dengan peningkatan berat molekul poliester diol; Jika segmen lunak adalah rantai polieter, kekuatan bahan polimer berkurang dengan meningkatnya berat molekul polieter glikol, tetapi perpanjangannya meningkat. Hal ini disebabkan oleh polaritas tinggi dari segmen lunak ester dan gaya antarmolekul yang besar, yang sebagian dapat mengimbangi penurunan kekuatan bahan poliuretan karena peningkatan berat molekul dan peningkatan konten segmen lunak. Segmen lunak polieter lemah dalam polaritas. Jika berat molekul meningkat, kandungan segmen keras dalam poliuretan yang sesuai berkurang, mengakibatkan penurunan kekuatan material. Zhu Jinhua dkk. [9] mensintesis serangkaian kopolimer blok poliuretan dan kopolimer cangkok yang mengandung segmen lunak yang berbeda, dan menguji sifat mekanik dinamisnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kompatibilitas kopolimer poliuretan dan rantai makromolekul Terkait struktur, keberadaan rantai cangkok berpengaruh signifikan terhadap kompatibilitas dan sifat redaman kopolimer blok poliuretan. Umumnya, pengaruh berat molekul segmen lunak pada ketahanan dan sifat penuaan termal elastomer poliuretan tidak signifikan. Kristalinitas segmen lunak memiliki kontribusi besar terhadap kristalinitas poliuretan linier. Secara umum, kristalinitas bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan poliuretan. Tetapi terkadang kristalisasi mengurangi fleksibilitas suhu rendah dari material, dan polimer kristalin seringkali buram. Untuk menghindari kristalisasi, integritas molekul dapat dikurangi, seperti menggunakan kopoliester atau kopolieter poliol, atau poliol campuran, pemanjang rantai campuran, dll.
e. Pengaruh segmen keras pada sifat elastomer poliuretan
Struktur segmen keras adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi ketahanan panas elastomer poliuretan. Struktur diisosianat dan pemanjang rantai yang membentuk segmen elastomer poliuretan berbeda, yang juga mempengaruhi ketahanan panas. Segmen keras bahan poliuretan 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 poliuretan, seperti pelunakan, suhu 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 ekonominya juga harus dipertimbangkan. Struktur diisosianat yang berbeda dapat mempengaruhi keteraturan segmen keras dan pembentukan ikatan hidrogen, sehingga memiliki dampak yang 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 kelompok urea yang terdiri dari diisosianat dan pemanjang rantai diamina sangat mudah untuk membentuk domain mikro plastik karena kohesi yang besar dari kelompok urea, dan poliuretan yang terdiri dari segmen kaku ini rentan terhadap fase mikro. pemisahan. Secara umum, semakin tinggi kekakuan segmen kaku yang merupakan poliuretan, semakin mudah pemisahan mikrofase terjadi. Dalam poliuretan, semakin tinggi kandungan segmen kaku, semakin besar kemungkinan pemisahan mikrofase terjadi.
Pemanjang rantai terkait dengan struktur segmen keras elastomer poliuretan dan memiliki pengaruh besar pada kinerja elastomer. Dibandingkan dengan poliuretan rantai dari diol alifatik, poliuretan rantai panjang yang mengandung cincin aromatik diamina memiliki kekuatan yang lebih tinggi, karena pemanjang rantai amina dapat membentuk ikatan urea, dan polaritas ikatan urea lebih tinggi daripada 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, yang membuat poliuretan memiliki pemisahan mikrofase yang lebih baik. [10], sehingga poliuretan rantai diamina memiliki kekuatan mekanik yang lebih tinggi, modulus, viskoelastisitas, ketahanan panas, dan kinerja suhu rendah yang lebih baik daripada poliuretan rantai diol. Pengecoran elastomer poliuretan sebagian besar menggunakan diamina aromatik sebagai pemanjang rantai karena elastomer poliuretan yang dibuat darinya memiliki sifat komprehensif yang baik. Xu Guangjie dkk. [11] melaporkan bahwa karboksil ester poliol dibuat dengan mereaksikan anhidrida maleat dengan poliol, dan kemudian bereaksi dengan monomer lain seperti TDI-80, zat pengikat silang dan pemanjang rantai untuk membuat poliol yang mengandung karboksil. Prapolimer poliuretan didispersikan dalam larutan trietanolamina berair untuk membuat poliuretan berbasis air, dan pengaruh jenis dan jumlah pemanjang rantai pada kinerja resin dipelajari, dan ditemukan bahwa pemanjang rantai amina lebih efektif daripada pemanjang rantai hidroksil Hal ini bermanfaat untuk meningkatkan sifat mekanik resin. Menggunakan bisphenol A sebagai pemanjang rantai tidak hanya dapat meningkatkan sifat mekanik resin, tetapi juga meningkatkan suhu transisi kaca resin, memperluas lebar puncak gesekan internal, dan meningkatkan kisaran suhu resin dalam keadaan kulit [ 12]. Struktur pemanjang rantai diamina yang digunakan dalam urea poliuretan secara langsung mempengaruhi ikatan hidrogen, kristalisasi, dan pemisahan struktur mikrofase pada bahan, dan sangat menentukan kinerja bahan [13]. Dengan peningkatan konten segmen keras, kekuatan tarik dan kekerasan bahan poliuretan secara bertahap meningkat, dan perpanjangan putus menurun. Hal ini karena ada pemisahan mikrofase antara fase dengan derajat kristalinitas tertentu yang dibentuk oleh segmen keras dan fase amorf yang dibentuk oleh segmen lunak, dan daerah kristal dari segmen keras bertindak sebagai titik ikatan silang yang efektif. Ini juga memainkan peran yang mirip dengan penguatan pengisi untuk wilayah amorf dari segmen lunak. Ketika konten meningkat, efek penguatan dan efek ikatan silang yang efektif dari segmen keras di segmen lunak ditingkatkan, yang mendorong peningkatan kekuatan material.
f. Pengaruh ikatan silang pada sifat elastomer poliuretan
Ikatan silang intramolekul moderat dapat meningkatkan kekerasan, suhu pelunakan dan modulus elastisitas bahan poliuretan, dan mengurangi perpanjangan putus, deformasi permanen dan pembengkakan dalam pelarut. Untuk elastomer poliuretan, pengikatan silang yang tepat dapat menghasilkan bahan dengan kekuatan mekanik yang sangat baik, kekerasan tinggi, elastisitas, dan ketahanan aus yang sangat baik, ketahanan minyak, ketahanan ozon dan tahan panas. Namun, jika ikatan silang berlebihan, sifat-sifat seperti kekuatan tarik dan perpanjangan dapat dikurangi. Dalam elastomer poliuretan blok, ikatan silang kimia dapat dibagi menjadi dua kategori: (1) penggunaan pemanjang rantai trifungsional (seperti TMP) untuk membentuk struktur ikatan silang; (2) penggunaan isosianat berlebih untuk bereaksi membentuk ikatan silang Urea dikondensat (melalui gugus urea) atau alofanat (melalui gugus uretan). Ikatan silang memiliki efek yang signifikan pada tingkat ikatan hidrogen, dan pembentukan ikatan silang sangat mengurangi tingkat ikatan hidrogen bahan, tetapi ikatan silang kimia memiliki stabilitas termal yang lebih baik daripada ikatan silang fisik yang disebabkan oleh ikatan hidrogen. Ketika efek jaringan ikat silang kimia pada morfologi, sifat mekanik dan sifat termal elastomer urea poliuretan dipelajari dengan menggunakan FT-IR dan DSC, ditemukan bahwa elastomer urea poliuretan dengan jaringan ikat silang yang berbeda memiliki morfologi yang berbeda. Ketika densitas meningkat, tingkat pencampuran mikrofase elastomer meningkat, suhu transisi gelas dari segmen lunak meningkat secara signifikan, dan kekuatan tarik 300 persen elastomer secara bertahap meningkat, sedangkan perpanjangan putus menurun secara bertahap. Ketika , sifat mekanik (kekuatan tarik dan kekuatan sobek) dari elastomer mencapai tertinggi.
4. Aplikasi Elastomer Poliuretan
sebuah. Aplikasi dalam persiapan batubara, pertambangan, metalurgi dan industri lainnya
Elastomer poliuretan adalah bahan non-logam paling banyak yang memenuhi persyaratan tambang dan dapat menggantikan beberapa bahan logam. Produk elastomer poliuretan untuk pegunungan termasuk pelat saringan, pelapis elastomer, ban berjalan, dan sejenisnya. Saringan karet poliuretan termasuk saringan relaksasi, saringan tegangan, saringan berlubang, dll. Pelat layar karet poliuretan memiliki karakteristik ketahanan aus yang sangat baik, tahan air, tahan minyak, penyerapan getaran dan pengurangan kebisingan, kekuatan tinggi, ikatan kuat dengan bingkai logam, rendah kebisingan, efek pembersihan diri yang baik, meringankan beban mesin layar, menghemat konsumsi energi, dan memperpanjang waktu layar. Kehidupan mesin, kualitas penyaringan tinggi. Banyak peralatan pertambangan seperti shaker, konsentrator khusus, mesin flotasi, konsentrator, palung spiral, pulverizer, konsentrator, pipa dan siku, bahan kontak seperti kerikil, dan membutuhkan lapisan tahan aus; menambang derek monorel Roda penggerak uretan inti baja, tahan api dan sabuk konveyor poliuretan antistatik, selubung TPU kabel peralatan, cincin debu, penyerapan goncangan, dll., elastomer poliuretan adalah bahan yang disukai.
b. Rol karet poliuretan
Polyurethane rubber roller adalah sejenis produk karet polyurethane dengan kinerja yang sangat baik, yang umumnya terbuat dari baja atau besi yang dilapisi dengan lapisan elastomer poliuretan dengan proses pengecoran. Menurut penggunaannya, ada: rol karet penggilingan untuk pengolahan biji-bijian, rol karet ekstrusi dan rol karet pulping di industri kertas, rol penarik kawat, rol penarik dan rol pemotong di industri tekstil, kayu, kaca dan kemasan rol karet bantalan transmisi digunakan dalam industri, berbagai rol karet untuk mesin cetak dan pencelupan, rol karet kecil untuk berbagai instrumen, rol karet transmisi untuk sistem pengangkutan, rol karet cetak, rol karet transmisi penggulung dingin logam, rol pelapis warna pelat baja logam, dll., karet lapisan rol karet ini dapat dibuat dari elastomer poliuretan. Sebagian besar rol karet diproduksi dengan proses pengecoran. Umumnya, inti baja ditempatkan di tengah cetakan silinder dan elastomer dicetak. Dipan khusus dapat menggunakan pengecoran sentrifugal atau pengecoran berputar. Pengecoran spin menghilangkan kebutuhan akan cetakan dan menggunakan vulkanisasi suhu kamar untuk melemparkan sistem elastomer, mengurangi waktu pemrosesan secara keseluruhan.
c. Roda dan ban karet poliuretan
Elastomer poliuretan memiliki daya dukung yang besar, ketahanan aus, ketahanan minyak, dan terikat kuat pada rangka logam. Ini dapat digunakan untuk memproduksi rol karet yang banyak digunakan dalam berbagai mekanisme transmisi, seperti; sabuk konveyor lini produksi, rol pemandu, seluncuran kereta gantung, dll. . Untuk olahraga dan hiburan, roda sepatu roda dan skuter kelas atas semuanya terbuat dari poliuretan. Roda karet urethane juga memiliki karakteristik tahan minyak, ketangguhan yang baik dan daya rekat yang kuat. Poliuretan juga digunakan dalam transmisi instrumen elektronik dan presisi kecil, berbagai roda universal, dll. Ada juga ban busa mikro, ban berisi busa PU, dll.
d. Aksesoris mekanik
Berbagai cincin penyegel, blok penyerap goncangan, kopling, rantai salju mobil, dll.
e. bahan sepatu
Elastomer poliuretan memiliki karakteristik kinerja bantalan yang baik, ringan, ketahanan aus, anti selip, dll., Dan kinerja pemrosesan yang baik. Ini telah menjadi bahan sintetis penting untuk sepatu di industri sepatu, membuat sepatu olahraga seperti sepatu bisbol, bola golf, dan sepak bola. , sol, tumit, penutup kaki, serta sepatu bot ski, sepatu keselamatan, sepatu kasual, dll. Bahan poliuretan yang digunakan untuk bahan sepatu termasuk elastomer mikroseluler cor dan elastomer poliuretan termoplastik, dll., dan sol elastomer mikroseluler adalah yang utama . Elastomer mikroseluler poliuretan ringan dan baik dalam ketahanan abrasi. Ini disukai oleh produsen sepatu. Produk ini memiliki kepadatan rendah dan jauh lebih ringan daripada sol karet tradisional dan bahan sepatu PVC. Elastomer poliuretan mikro terutama digunakan di sol dan sol sepatu perjalanan, sepatu kulit, sepatu olahraga, sandal, dll. di Cina. Mereka terutama digunakan di sol sepatu olahraga khusus yang membutuhkan ketahanan aus dan elastisitas di luar negeri. Desainnya bisa beragam. Tumit TPU untuk ketahanan abrasi yang tinggi. Agen berbusa yang dapat didekomposisi secara termal dapat ditambahkan dalam cetakan injeksi untuk membuat bahan sepatu elastis TPU berbusa.
f. Die lining dan blanking template untuk membentuk bagian lembaran logam, dll.
Saat meninju bagian lembaran tipis dengan cetakan baja konvensional, sering ada gerinda pada permukaan fraktur. Teknologi stamping untuk mengganti cetakan baja tradisional dengan karet poliuretan adalah lompatan dalam teknologi stamping lembaran logam, yang dapat sangat mempersingkat siklus pembuatan cetakan, memperpanjang masa pakai cetakan, mengurangi biaya produksi bagian yang dicetak, dan meningkatkan kualitas permukaan dan akurasi dimensi bagian, terutama cocok untuk. Cocok untuk produksi percobaan batch kecil dan menengah dan produk satu bagian, dan lebih cocok untuk bagian stamping yang tipis dan kompleks. Di lini produksi ubin dan keramik, penggunaan cetakan lapisan elastomer PU dapat mengurangi biaya produksi, meningkatkan efisiensi dan hasil produksi. Polyurethane dapat digunakan untuk membuat cetakan beton. Cetakan poliuretan dapat digunakan untuk mereproduksi berbagai pola dan menghasilkan balok dekoratif. Dalam produksi stamping cetakan logam, batang elastomer poliuretan, tabung dan bantalan pelat digunakan sebagai pengganti pegas logam sebagai komponen penyangga, dengan elastisitas tinggi, fleksibilitas, kompresi Kekuatan deformasi tinggi, tidak ada kerusakan pada cetakan.
g. Produk elastomer medis
Elastomer poliuretan medis terutama poliuretan termoplastik di luar negeri, dan ada juga sejumlah kecil elastomer poliuretan cor dan elastomer mikroseluler. Karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan aus, biokompatibilitas, dan tidak ada plasticizer dan aditif inert molekul kecil lainnya, elastomer poliuretan menempati posisi penting dalam bahan polimer medis. Produk poliuretan medis meliputi selang gastroskop poliuretan, selang medis, bahan buatan dan diafragma dan enkapsulasi, perban elastis poliuretan, lengan trakea, dll. [14].
h. Pipa
Memanfaatkan fleksibilitas, kekuatan tarik tinggi, kekuatan benturan, ketahanan suhu rendah, ketahanan suhu tinggi, dan kekuatan tekan tinggi elastomer poliuretan, dapat dibuat menjadi berbagai selang dan pipa keras, seperti selang tekanan tinggi, kateter medis, pipa minyak , pipa pengiriman udara, pipa pengiriman bahan bakar, selang cat, selang kebakaran, pipa pengiriman bahan gas, dll. Pipa uretan sebagian besar diekstrusi dari poliuretan termoplastik.
