Sing diaranipoliuretanyaiku singkatan saka poliuretan, sing dibentuk saka reaksi poliisosianat lan poliol, lan ngemot akeh gugus ester amino sing bola-bali (- NH-CO-O -) ing rantai molekul. Ing resin poliuretan sing disintesis nyata, saliyane gugus ester amino, ana uga gugus kayata urea lan biuret. Poliol kalebu molekul rantai dawa kanthi gugus hidroksil ing pungkasan, sing diarani "segmen rantai alus", dene poliisosianat diarani "segmen rantai keras".
Antarane resin poliuretan sing diasilake dening segmen rantai alus lan atos, mung persentase cilik minangka ester asam amino, saengga ora cocog kanggo diarani poliuretan. Ing pangertèn sing wiyar, polyurethane minangka aditif isosianat.
Jinis isosianat sing beda-beda bereaksi karo senyawa polihidroksi kanggo ngasilake macem-macem struktur poliuretan, saengga entuk bahan polimer kanthi sifat sing beda, kayata plastik, karet, lapisan, serat, adhesive, lsp. Karet poliuretan
Karet poliuretan kalebu jinis karet khusus, sing digawe kanthi reaksi polieter utawa poliester kanthi isosianat. Ana macem-macem jinis amarga macem-macem jinis bahan mentah, kahanan reaksi, lan metode crosslinking. Saka perspektif struktur kimia, ana jinis poliester lan polieter, lan saka sudut pandang metode pangolahan, ana telung jinis: jinis campuran, jinis casting, lan jinis termoplastik.
Karet poliuretan sintetis umume disintesis kanthi reaksi poliester linier utawa polieter kanthi diisosianat kanggo mbentuk prepolimer bobot molekul sing kurang, sing banjur ngalami reaksi ekstensi rantai kanggo ngasilake polimer bobot molekul sing dhuwur. Banjur, agen crosslinking sing cocok ditambahake lan digawe panas kanggo ngobati, dadi karet vulkanisir. Cara iki diarani prepolymerization utawa metode rong langkah.
Sampeyan uga bisa nggunakake cara siji-langkah - langsung nyampur poliester linear utawa polieter karo diisocyanates, extenders chain, lan agen crosslinking kanggo miwiti reaksi lan ngasilaken karet polyurethane.
Segmen A ing molekul TPU nggawe rantai makromolekul gampang diputar, menehi karet poliuretan kanthi elastisitas sing apik, nyuda titik softening lan titik transisi sekunder polimer, lan nyuda kekerasan lan kekuatan mekanik. Segmen B bakal ngiket rotasi rantai makromolekul, nyebabake titik softening lan titik transisi sekunder polimer mundhak, nyebabake kekerasan lan kekuatan mekanik, lan nyuda elastisitas. Kanthi nyetel rasio molar antarane A lan B, TPU kanthi sifat mekanik sing beda bisa diprodhuksi. Struktur ikatan silang TPU ora mung kudu nimbang ikatan silang primer, nanging uga ikatan silang sekunder sing dibentuk dening ikatan hidrogen ing antarane molekul. Ikatan silang utama poliuretan beda karo struktur vulkanisasi karet hidroksil. Klompok ester amino, gugus biuret, gugus urea formate lan gugus fungsi liyane disusun ing segmen rantai kaku sing biasa lan jarak, sing nyebabake struktur jaringan karet biasa, sing nduweni resistensi nyandhang sing apik lan sifat sing apik banget. Kapindho, amarga ana akeh gugus fungsi sing kohesif kayata urea utawa karbamat ing karet poliuretan, ikatan hidrogen sing dibentuk ing antarane rantai molekul nduweni kekuatan dhuwur, lan ikatan silang sekunder sing dibentuk dening ikatan hidrogen uga duwe pengaruh sing signifikan marang sifat karet poliuretan. Sambungan silang sekunder mbisakake karet poliuretan nduweni karakteristik elastomer termoset ing tangan siji, lan ing tangan liyane, sambungan silang iki ora bener-bener disambung silang, dadi sambungan silang virtual. Kondisi cross-linking gumantung ing suhu. Nalika suhu mundhak, cross-linking iki mboko sithik weakened lan ilang. Polimer nduweni fluiditas tartamtu lan bisa diproses termoplastik. Nalika suhu mudhun, salib-linking iki mboko sithik pulih lan dibentuk maneh. Tambahan saka jumlah cilik ngisi nambah jarak antarane molekul, weakens kemampuan kanggo mbentuk ikatan hidrogen antarane molekul, lan ndadékaké kanggo nyuda cetha ing kekuatan. Riset nuduhake manawa urutan stabilitas macem-macem gugus fungsi ing karet poliuretan saka dhuwur nganti kurang yaiku: ester, eter, urea, karbamat, lan biuret. Sajrone proses tuwa karet poliuretan, langkah pisanan yaiku pemecahan ikatan salib antara biuret lan urea, banjur pedhot ikatan karbamat lan urea, yaiku, pemecahan rantai utama.
01 Lelembut
Elastomer poliuretan, kaya akeh bahan polimer, alus ing suhu dhuwur lan transisi saka negara elastis menyang negara aliran kenthel, sing nyebabake nyuda kekuatan mekanik kanthi cepet. Saka perspektif kimia, temperatur elastisitas pelunakan utamane gumantung marang faktor kayata komposisi kimia, bobot molekul relatif, lan kapadhetan silang.
Umumé, nambah bobot molekul relatif, nambah rigidity saka babagan hard (kayata ngenalke dering benzena menyang molekul) lan isi bagean hard, lan nambah Kapadhetan crosslinking kabeh ono gunane kanggo nambah suhu softening. Kanggo elastomer termoplastik, struktur molekul utamané linear, lan suhu softening elastomer uga mundhak nalika bobot molekul relatif tambah.
Kanggo elastomer polyurethane cross-linked, kapadhetan crosslinking nduweni pengaruh sing luwih gedhe tinimbang bobot molekul relatif. Mula, nalika nggawe elastomer, nambah fungsi isosianat utawa poliol bisa mbentuk struktur ikatan silang kimia jaringan sing stabil termal ing sawetara molekul elastis, utawa nggunakake rasio isosianat sing berlebihan kanggo mbentuk struktur ikatan silang isosianat sing stabil ing awak elastis yaiku. sarana kuat kanggo nambah resistance panas, resistance solvent, lan kekuatan mechanical saka elastomer.
Nalika PPDI (p-phenyldiisocyanate) digunakake minangka bahan mentahan, amarga sambungan langsung saka rong klompok isocyanate kanggo dering benzena, bagean hard kawangun nduweni isi ring benzena luwih, kang mbenakake rigidity saka babagan hard lan kanthi mangkono nambah. resistance panas saka elastomer.
Saka perspektif fisik, suhu softening elastomer gumantung saka tingkat pamisahan mikrofase. Miturut lapuran, suhu softening elastomer sing ora ngalami pemisahan microphase sithik banget, kanthi suhu pangolahan mung sekitar 70 ℃, dene elastomer sing ngalami pemisahan mikrofase bisa tekan 130-150 ℃. Mulane, nambah derajat pemisahan mikrofase ing elastomer minangka salah sawijining cara sing efektif kanggo nambah resistensi panas.
Tingkat pamisahan mikrofase elastomer bisa ditingkatake kanthi ngganti distribusi bobot molekul relatif saka segmen rantai lan konten segmen rantai kaku, saengga bisa nambah resistensi panas. Umume peneliti percaya yen alasan pamisahan mikrofase ing poliuretan yaiku incompatibility termodinamika antarane segmen alus lan hard. Jinis chain extender, bagean hard lan isine, jinis segmen alus, lan ikatan hidrogen kabeh duwe pengaruh sing signifikan.
Dibandhingake karo extender chain diol, extender chain diamine kayata MOCA (3,3-dichloro-4,4-diaminodiphenylmethane) lan DCB (3,3-dichloro-biphenylenediamine) mbentuk gugus ester amino sing luwih polar ing elastomer, lan luwih akeh ikatan hidrogen. dibentuk ing antarane segmen hard, nambah interaksi antarane segmen hard lan ningkatake tingkat pamisahan mikrofase ing elastomer; Extender rantai aromatik simetris kayata p, p-dihydroquinone, lan hydroquinone migunani kanggo normalisasi lan pengepakan segmen sing ketat, saéngga ningkatake pamisahan mikrofase produk.
Segmen ester amino sing dibentuk dening isosianat alifatik nduweni kompatibilitas sing apik karo segmen alus, nyebabake segmen sing luwih keras larut ing segmen alus, nyuda tingkat pamisahan mikrofase. Segmen ester amino sing dibentuk dening isosianat aromatik nduweni kompatibilitas sing kurang karo segmen alus, dene tingkat pemisahan mikrofase luwih dhuwur. Polyolefin polyurethane nduweni struktur pemisahan mikrofase sing meh lengkap amarga kasunyatane segmen alus ora mbentuk ikatan hidrogen lan ikatan hidrogen mung bisa kedadeyan ing segmen hard.
Efek ikatan hidrogen ing titik pelunak elastomer uga signifikan. Senajan polieter lan karbonil ing bagean alus bisa mbentuk akeh ikatan hidrogen karo NH ing bagean hard, iku uga nambah suhu softening saka elastomer. Wis dikonfirmasi manawa ikatan hidrogen isih tetep 40% ing 200 ℃.
02 Panguraian termal
Klompok ester amino ngalami dekomposisi ing suhu dhuwur:
- RNHCOOR - RNC0 HO-R
- RNHCOOR - RNH2 CO2
- RNHCOOR - RNHR CO2
Ana telung wangun utama dekomposisi termal saka bahan adhedhasar polyurethane:
① Mbentuk isosianat lan poliol asli;
② α— Ikatan oksigen ing basa CH2 pecah lan gabung karo siji ikatan hidrogen ing CH2 kapindho kanggo mbentuk asam amino lan alkena. Asam amino terurai dadi siji amina primer lan karbon dioksida:
③ Wujud 1 amina sekunder lan karbon dioksida.
Dekomposisi termal struktur karbamat:
Aryl NHCO Aryl,~120 ℃;
N-alkil-NHCO-aril,~180 ℃;
Aryl NHCO n-alkil,~200 ℃;
N-alkil-NHCO-n-alkil, ~250 ℃.
Stabilitas termal ester asam amino ana gandhengane karo jinis bahan wiwitan kayata isosianat lan poliol. Isosianat alifatik luwih dhuwur tinimbang isosianat aromatik, dene alkohol lemak luwih dhuwur tinimbang alkohol aromatik. Nanging, literatur nyatakake yen suhu dekomposisi termal ester asam amino alifatik antara 160-180 ℃, lan ester asam amino aromatik antara 180-200 ℃, sing ora konsisten karo data ing ndhuwur. Alesan bisa uga ana gandhengane karo metode tes.
Nyatane, CHDI alifatik (1,4-cyclohexane diisocyanate) lan HDI (hexamethylene diisocyanate) nduweni daya tahan panas sing luwih apik tinimbang MDI lan TDI aromatik sing umum digunakake. Utamane CHDI trans kanthi struktur simetris wis diakoni minangka isosianat sing paling tahan panas. Elastomer poliuretan sing disiapake saka iku nduweni kemampuan proses sing apik, resistensi hidrolisis sing apik, suhu pelunak sing dhuwur, suhu transisi kaca sing kurang, histeresis termal sing sithik, lan resistensi UV sing dhuwur.
Saliyane gugus ester amino, elastomer poliuretan uga nduweni gugus fungsi liyane kayata urea formate, biuret, urea, lan liya-liyane. Kelompok kasebut bisa ngalami dekomposisi termal ing suhu dhuwur:
NHCONCOO – (format urea alifatik), 85-105 ℃;
- NHCONCOO – (format urea aromatik), ing kisaran suhu 1-120 ℃;
- NHCONCONH – (biuret alifatik), ing suhu antara 10 ° C nganti 110 ° C;
NHCONCONH – (biuret aromatik), 115-125 ℃;
NHCONH – (urea alifatik), 140-180 ℃;
- NHCONH – (urea aromatik), 160-200 ℃;
Ring isosianurat> 270 ℃.
Suhu dekomposisi termal biuret lan format adhedhasar urea luwih murah tinimbang aminoformat lan urea, dene isosianurat nduweni stabilitas termal sing paling apik. Ing produksi elastomer, isosianat sing berlebihan bisa luwih bereaksi karo aminoformate lan urea sing dibentuk kanggo mbentuk formate adhedhasar urea lan struktur salib biuret. Sanajan bisa nambah sifat mekanik elastomer, ora stabil banget kanggo panas.
Kanggo nyuda klompok ora stabil termal kayata biuret lan format urea ing elastomer, perlu kanggo nimbang rasio bahan mentah lan proses produksi. Rasio isosianat sing gedhe banget kudu digunakake, lan cara liya kudu digunakake sabisa-bisa kanggo mbentuk cincin isosianat parsial ing bahan mentah (utamane isosianat, poliol, lan extender rantai), lan banjur ngenalake menyang elastomer miturut proses normal. Iki wis dadi cara sing paling umum digunakake kanggo ngasilake elastomer poliuretan tahan panas lan tahan api.
03 Hidrolisis lan oksidasi termal
Elastomer poliuretan rentan kanggo dekomposisi termal ing segmen sing atos lan owah-owahan kimia sing cocog ing segmen alus ing suhu dhuwur. Elastomer poliester nduweni resistensi banyu sing kurang lan cenderung luwih abot kanggo hidrolisis ing suhu dhuwur. Urip layanan polyester / TDI / diamine bisa tekan 4-5 sasi ing 50 ℃, mung rong minggu ing 70 ℃, lan mung sawetara dina ndhuwur 100 ℃. Ikatan ester bisa terurai dadi asam lan alkohol sing cocog nalika kena banyu panas lan uap, lan gugus urea lan amino ester ing elastomer uga bisa ngalami reaksi hidrolisis:
RCOOR H20- → RCOOH HOR
Ester alkohol
Siji RNHCONHR siji H20- → RXHCOOH H2NR -
Ureamide
Siji RNHCOOR-H20- → RNCOOH HOR -
Amino formate ester Amino formate alkohol
Elastomer adhedhasar polieter nduweni stabilitas oksidasi termal sing kurang, lan elastomer adhedhasar eter α- Hidrogen ing atom karbon gampang dioksidasi, mbentuk hidrogen peroksida. Sawise dekomposisi lan pembelahan luwih lanjut, ngasilake radikal oksida lan radikal hidroksil, sing pungkasane terurai dadi format utawa aldehida.
Poliester sing beda-beda duweni pangaruh sing sithik ing tahan panas elastomer, dene polieter sing beda duwe pengaruh tartamtu. Dibandhingake karo TDI-MOCA-PTMEG, TDI-MOCA-PTMEG nduweni tingkat penylametan kekuatan tensile 44% lan 60% mungguh nalika umur ing 121 ℃ kanggo 7 dina, karo terakhir kang Ngartekno luwih apik saka mantan. Alasan kasebut bisa uga amarga molekul PPG duwe rantai cabang, sing ora cocog karo susunan molekul elastis sing biasa lan nyuda resistensi panas awak elastis. Urutan stabilitas termal polieter yaiku: PTMEG>PEG>PPG.
Gugus fungsi liyane ing elastomer poliuretan, kayata urea lan karbamat, uga ngalami reaksi oksidasi lan hidrolisis. Nanging, gugus eter paling gampang dioksidasi, dene gugus ester paling gampang dihidrolisis. Urutan antioksidan lan resistensi hidrolisis yaiku:
Aktivitas antioksidan: ester>urea>karbamat>eter;
Tahan hidrolisis: ester
Kanggo nambah resistance oksidasi polyether polyurethane lan resistance hidrolisis polyester polyurethane, aditif uga ditambahake, kayata nambah 1% phenolic antioksidan Irganox1010 kanggo PTMEG polyether elastomer. Kekuwatan tensile elastomer iki bisa ditambah 3-5 kaping dibandhingake tanpa antioksidan (asil tes sawise tuwa ing 1500C kanggo 168 jam). Nanging ora saben antioksidan duweni efek ing elastomer poliuretan, mung phenolic 1rganox 1010 lan TopanOl051 (antioksidan fenolik, penstabil cahya amine terhambat, kompleks benzotriazole) duweni efek sing signifikan, lan sing paling apik, bisa uga amarga antioksidan fenolik nduweni kompatibilitas sing apik karo elastomer. Nanging, amarga peran penting gugus hidroksil fenolik ing mekanisme stabilisasi antioksidan fenolik, kanggo ngindhari reaksi lan "kegagalan" gugus hidroksil fenolik iki kanthi gugus isosianat ing sistem kasebut, rasio isosianat kanggo poliol kudu ora ana. gedhe banget, lan antioksidan kudu ditambahake menyang prepolymers lan chain extenders. Yen ditambahake sajrone produksi prepolymers, bakal mengaruhi efek stabilisasi.
Aditif sing digunakake kanggo nyegah hidrolisis elastomer poliuretan poliester utamane yaiku senyawa karbodiimida, sing bereaksi karo asam karboksilat sing diasilake dening hidrolisis ester ing molekul elastomer poliuretan kanggo ngasilake turunan asil urea, nyegah hidrolisis luwih lanjut. Penambahan carbodiimide ing fraksi massa 2% nganti 5% bisa nambah stabilitas banyu poliuretan kanthi 2-4 kali. Kajaba iku, tert butyl catechol, hexamethylenetetramine, azodicarbonamide, lan liya-liyane uga duwe efek anti hidrolisis tartamtu.
04 Karakteristik kinerja utama
Elastomer poliuretan minangka kopolimer multi blok sing khas, kanthi rantai molekul sing kasusun saka segmen fleksibel kanthi suhu transisi kaca luwih murah tinimbang suhu kamar lan segmen kaku kanthi suhu transisi kaca sing luwih dhuwur tinimbang suhu kamar. Ing antarane, poliol oligomerik mbentuk segmen fleksibel, dene diisosianat lan pemanjang rantai molekul cilik mbentuk segmen kaku. Struktur sing dipasang saka segmen rantai sing fleksibel lan kaku nemtokake kinerja sing unik:
(1) Ing sawetara atose karet biasa umume antarane Shaoer A20-A90, nalika sawetara atose plastik kira Shaoer A95 Shaoer D100. Elastomer poliuretan bisa nganti Shaoer A10 lan dhuwure Shaoer D85, tanpa perlu bantuan pengisi;
(2) Kekuwatan lan elastisitas sing dhuwur isih bisa dijaga ing macem-macem kekerasan;
(3) resistance nyandhang banget, 2-10 kaping saka karet alam;
(4) Tahan banget kanggo banyu, lenga, lan bahan kimia;
(5) Resistance impact dhuwur, resistance lemes, lan resistance geter, cocok kanggo aplikasi mlengkung frekuensi dhuwur;
(6) Good kurang-suhu resistance, karo kurang-suhu brittleness ngisor -30 ℃ utawa -70 ℃;
(7) Nduwe kinerja insulasi sing apik, lan amarga konduktivitas termal sing kurang, duwe efek insulasi sing luwih apik tinimbang karet lan plastik;
(8) Sifat biokompatibilitas lan antikoagulan sing apik;
(9) Isolasi listrik sing apik, tahan jamur, lan stabilitas UV.
Elastomer poliuretan bisa dibentuk kanthi nggunakake proses sing padha karo karet biasa, kayata plastikisasi, campuran, lan vulkanisasi. Padha uga bisa dicithak ing wangun karet cair kanthi cara tuang, cetakan sentrifugal, utawa nyemprot. Bisa uga digawe dadi bahan granular lan dibentuk kanthi nggunakake injeksi, ekstrusi, rolling, blow molding, lan proses liyane. Kanthi cara iki, ora mung nambah efisiensi kerja, nanging uga nambah akurasi dimensi lan tampilan produk.
Wektu kirim: Dec-05-2023