Utjecaj mekog segmenta poliuretanskog elastomera na njegova mehanička svojstva
Uretanski elastomer (PUE) se uglavnom sintetizira iz oligomer poliola, poliizocijanata i produživača lanca kao sirovina. Njegova mehanička svojstva mogu se podesiti u širokom rasponu. Može se sintetizirati odabirom odgovarajućih sirovina prema potrebama za pripremu proizvoda koji zadovoljavaju potrebe. Uopšteno govoreći, oligomer poliol čini meki segment poliuretana, poliizocijanat i produžni lanac čine tvrdi segment, a mikrofazno razdvajanje se dešava između mekog segmenta i tvrdog segmenta, tako da PUE ima odlične performanse. Postoje mnoge metode klasifikacije za PUE: prema svojoj tehnologiji obrade, može se podijeliti u tri tipa: tip livenja, termoplastični tip i tip miješanja; prema procesu hemijske reakcije, može se podijeliti na metodu u jednom koraku i metodu u dva koraka; Tipovi alkohola se mogu podijeliti na polieterske i poliesterske.
1 Eksperimentalni dio
1.1 Sirovine i instrumenti
Tetrahidrofuran homopolieter poliol (PTMG): Mn=1000 i Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, industrijski proizvod; Polikaprolakton poliol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., industrijski proizvodi; polibutilen adipat diol (PBA, Mn=1000, 2000), polietilen adipat diol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., industrijski proizvodi; Polikarbonatni diol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., industrijski proizvod; 4, 4' – Difenilmetan diizocijanat (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., industrijski proizvod; 1, 4 – Butanediol (BDO): Pekinška hemijska tvornica, analitička kvaliteta; Dibutilkalaj dilaurat (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., kvaliteta reagensa.
Elektronska univerzalna mašina za testiranje: Model CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Gumeni durometar: model LX-A, tvornica eksperimentalnih materijala Yingkou.
1.2 Sinteza PUE
1.2.1 Priprema predpolimera
Dehidrirati oligomer poliol pod vakuumom na 100~110 stepeni tokom 2h, ohladiti na 50~55 stepeni za upotrebu; sipajte otopljeni MDI u bocu sa tri grla, kada temperatura MDI padne na 50~55 stepeni, dodajte odmereni Za dobre oligomer poliole, prvo reagujte prirodno 30 minuta bez grejanja, a zatim mešajte i zagrevajte 2 sata na 80~ 85 stepeni, uzmite uzorke za analizu masenog udjela NCO i završite reakciju kada se vrijednost analize približi projektnoj vrijednosti. Može se dobiti predpolimer, koji se zatvori i čuva za kasniju upotrebu.
1.2.2 Priprema elastomera
Izvagati odgovarajuću količinu prepolimera, dodati BDO i T12 u omjeru, brzo i ravnomjerno promiješati, sipati u prethodno zagrijani pljosnati kalup na 120 stepeni, te pritisnuti i sušiti 30 minuta kada dostigne tačku gela. Mehanička svojstva su ispitana nakon sušenja od 18h u pećnici na sobnoj temperaturi tokom 24h.
1.3 Metoda ispitivanja
NCO sadržaj se utvrđuje prema HG/T2409-1992; Tvrdoća po Shoreu A se određuje prema GB/T531.1-2008; 300 posto zateznog naprezanja, istezanje pri prekidu i vlačna čvrstoća određuju se prema GB/T528-2009; Čvrstoća kidanja se određuje prema GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 određivanju.
2.1 Utjecaj oligomer poliola na mehanička svojstva PUE
Različite vrste i molekularne strukture oligomer poliola imaju direktan uticaj na mehanička svojstva PUE. Koristite polieter poliol i poliester poliol sa istom relativnom molekulskom masom (oba 2000), održavajte maseni udio mekog segmenta na 55 posto, sintetizirajte prepolimer s MDI, koeficijent produženja lanca [n(OH) u sistemu: n(NCO)] je 1, predpolimer je proširen lancem sa BDO, a mehanička svojstva pripremljenog PUE prikazana su u tabeli 1.
Iz Tabele 1 se može vidjeti da kada je w(NCO) predpolimera isti, mehanička svojstva PUE čiji je meki segment PCL, PBA, PEA i PCDL općenito su bolja od onih čiji je meki segment PTMG. To je zato što su PCL, PBAPEA i PCDL svi poliesterski polioli sa esterskim grupama unutra, dok je PTMG polieter poliol sa eterskim grupama unutra, a estarske grupe su polarnije od eterskih grupa, čineći unutrašnjost poliuretana lakšim stvaranjem vodikovih veza, a mehanička svojstva su bolja. Kod poliesterskog PUE, pošto PCDL sadrži karbonatnu grupu, polaritet je najveći, a dobijeni PUE ima najveći stepen kristalnosti u mekom segmentu, pa su mu tvrdoća i zatezna čvrstoća najveća, a izduženje pri lomljenju najmanji; sadržaj estarske grupe u PCL Najniža Shore A tvrdoća i zatezna čvrstoća, i najveće istezanje pri prekidu; PBA i PEA imaju više PEA esterskih grupa, ali budući da produžni lanac koristi BDO, broj atoma ugljika između dvije hidroksilne grupe je 4, a PEA ima 2 manje ugljikova atoma od PBA. Struktura PBA i BDO je sličnija, dobijeni poliuretan je pravilniji, a kristalnost je jača. Stoga je učinak PUE sintetiziranog od strane PBA kao mekog segmenta bolji od PEA.
2.2 Utjecaj relativne molekulske težine oligomer poliola na mehanička svojstva PUE
Ista vrsta oligomernih poliola sa različitim relativnim molekularnim težinama koristi se za sintezu poliuretana, jer je veličina mekog segmenta različita, a uticaj na mehanička svojstva PUE je takođe različit. Koristite polieter poliol i poliester poliol sa različitim relativnim molekulskim težinama, zadržite isti w(NCO), sintetizirajte prepolimer sa MDI, koristite BDO kao produžetak lanca, a koeficijent produženja lanca je 1. Mehanička svojstva pripremljenog elastomera prikazana su u tabeli 2.
Kao što se može vidjeti iz Tabele 2, da li se radi o poliesterskom PUE sintetiziranom PBA ili polieterskom PUE sintetiziranom PTMG, kada je w(NCO) predpolimera isti, s povećanjem relativne molekulske težine oligomernog poliola, PUE će biti smanjen. Tvrdoća, 300-postotno vlačno naprezanje, vlačna čvrstoća i čvrstoća na kidanje su se smanjile, dok se istezanje pri kidanju povećalo. Kada se relativna molekulska masa oligomera poliola poveća, polaritet pripremljenog PUE opada, što ne pogoduje stvaranju vodikovih veza, stepen mikrofazne separacije između mekih i tvrdih segmenata je oslabljen, a vezana tvrdoća, modul i snaga se smanjuje; Relativna molekulska masa oligomernih poliola se povećava, što slabi interakciju između vodikovih veza, smanjuje sklonost kristalizaciji mekih segmenata, održava visoku elastičnost PUE i povećava istezanje pri prekidu.
2.3 Utjecaj sadržaja NCO na mehanička svojstva poliuretanskih elastomera
Različiti sadržaj NCO u prepolimeru će dovesti do različitog sadržaja mekog segmenta sintetičkog PUE, što utiče na mehanička svojstva elastomera. Prvo, polieter poliol i poliester poliol iste relativne molekulske mase korišteni su za sintezu prepolimera s različitim NCO vrijednostima s MDI. Fizička i mehanička svojstva prikazana su u tabeli 3.
Iz Tabele 3 se može vidjeti da je to poliester PUE sintetiziran PBA ili polieter PUE sintetiziran PTMG, s povećanjem prepolimera w (NCO), povećavaju se tvrdoća, 300 posto zatezno naprezanje, vlačna čvrstoća i čvrstoća na kidanje PUE. Čvrstoća na lomljenje se povećava, dok se rastezanje pri kidanju smanjuje. To je zato što što je veći w(NCO) u predpolimeru, to je veći sadržaj poliizocijanata, a istovremeno će se povećati količina produljivača lanca, što će povećati sadržaj tvrdog segmenta PUE i povećati tvrdoću; w(NCO) u predpolimeru će se povećati. ), povećavaju se uretanske grupe, polaritet poliuretana postaje veći, a stepen razdvajanja mikrofaza se povećava kako bi se povećao modul i čvrstoća; povećanje w(NCO) olakšava formiranje vodoničnih veza unutar poliuretana, a interakcija vodonične veze se povećava. velika, pa se izduženje smanjuje.
2.4. Utjecaj koeficijenta produženja lanca na mehanička svojstva PUE
Ako je koeficijent produžetka lanca drugačiji, količina upotrijebljenog produljivača lanca bit će različita, što će dovesti do različitog sadržaja sintetičkog PUE mekog segmenta, što će utjecati na mehanička svojstva PUE. Koristeći polieter poliol i poliester poliol iste relativne molekulske mase, zadržavajući isti w(NCO), sintetizirajući predpolimer s MDI, zatim mijenjajući koeficijent produžetka lanca, i koristeći BDO za produžavanje lanca predpolimera, pripremljena PUE mehanika performanse su prikazane u tabeli 4.
Iz Tabele 4 se može vidjeti da je to poliester PUE sintetiziran PBA ili polieter PUE sintetiziran PTMG, kada je w(NCO) predpolimera isti, sa povećanjem koeficijenta produženja lanca, tvrdoća PUE, 300 posto Zatezni napon, izduženje pri prekidu, vlačna čvrstoća i čvrstoća na kidanje su se prvo povećali, a zatim smanjili, a mehanička svojstva su bila najbolja kada je koeficijent produženja lanca bio 1.00. To je zato što kada je koeficijent produžetka lanca 1.00, poliuretanski elastomer teži formiranju dugolančane molekule sa najvišim stepenom linearnosti, a PUE ima najbolja mehanička svojstva u ovom trenutku. Kada je koeficijent produžetka lanca manji od 1.00, zbog nedovoljne količine produljivača lanca, makromolekularni dugi lanci se ne mogu formirati, a performanse poliuretana su niske; kada je koeficijent produžetka lanca veći od 1,00, zbog prekomjernog sredstva za produžavanje lanca, može ispuniti zahtjeve za produženje lanca. Postoje ostaci, a ti ostaci djeluju kao plastifikatori za degradaciju mehaničkih svojstava PUE.
Zaključak
① Kada je predpolimer w (NCO) isti: mehanička svojstva PUE čiji je meki segment PCL, PBA, PEA i PCDL općenito su bolja od onih čiji je meki segment PTMG; Tvrdoća, 300 posto zateznog naprezanja, vlačna čvrstoća i čvrstoća na kidanje su smanjene, dok je rastezanje pri kidanju povećano; s povećanjem koeficijenta produžetka lanca, tvrdoće, 300 posto zateznog naprezanja, istezanja pri prekidu, vlačne čvrstoće PUE Čvrstoća i čvrstoća na kidanje su pokazivale trend rasta prvo pa opadanja, a kada je koeficijent produženja lanca bio 1,00, mehanički nekretnine su bile najbolje.
② Sa povećanjem prepolimera w(NCO), povećana je tvrdoća, 300 posto zateznog naprezanja, vlačna čvrstoća i čvrstoća na kidanje PUE, dok se istezanje pri lomljenju smanjilo.
