A poliuretán elasztomer lágy szegmensének hatása a mechanikai tulajdonságaira
Az uretán elasztomert (PUE) főként oligomer poliolokból, poliizocianátokból és lánchosszabbítókból szintetizálják nyersanyagként. Mechanikai tulajdonságai széles tartományban állíthatók. Az igényeknek megfelelő alapanyagok kiválasztásával szintetizálható az igényeknek megfelelő termékek előállítására. Általánosságban elmondható, hogy az oligomer poliol alkotja a poliuretán lágy szegmensét, a poliizocianát és a lánchosszabbító alkotja a kemény szegmenst, és a lágy szegmens és a kemény szegmens között mikrofázis-szétválás következik be, így a PUE kiváló teljesítményt nyújt. A PUE-re számos osztályozási módszer létezik: feldolgozási technológiája szerint három típusra osztható: öntési típus, hőre lágyuló típusú és keverési típus; a kémiai reakció folyamata szerint egylépéses módszerre és kétlépéses módszerre osztható; Az alkoholtípusokat poliéter típusúra és poliészter típusra oszthatjuk.
1 Kísérleti rész
1.1 Nyersanyagok és műszerek
Tetrahidrofurán homopoliéter-poliol (PTMG): Mn=1000 és Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, ipari termék; Polikaprolakton poliol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., ipari termékek; polibutilén-adipát-diol (PBA, Mn=1000, 2000), polietilén-adipát-diol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., ipari termékek; Polikarbonát-diol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., ipari termék; 4, 4' – Difenil-metán-diizocianát (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., ipari termék; 1, 4 – Butándiol (BDO): pekingi vegyi üzem, analitikai minőségű; Dibutilón-dilaurát (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., reagens minőségű.
Elektronikus univerzális vizsgálógép: CMT6104 modell, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Gumi Durométer: LX-A modell, Yingkou Kísérleti Anyaggyár.
1.2 A PUE szintézise
1.2.1 Prepolimer előkészítése
Az oligomer poliolt vákuumban 100-110 fokon 2 órán át dehidratálják, majd 50-55 fokra hűtsük le a felhasználáshoz; öntse az olvadt MDI-t egy háromnyakú palackba, amikor az MDI hőmérséklete 50-55 fokra csökken, adjuk hozzá a kimért A jó oligomer poliolokhoz először melegítés nélkül 30 percig természetes módon reagáljunk, majd keverjük és melegítsük 2 órán át 80 °C-on. 85 fokos hőmérsékleten, vegyen mintát az NCO tömeghányadának elemzéséhez, és fejezze be a reakciót, amikor az elemzési érték közel áll a tervezett értékhez. A prepolimer előállítható, amelyet lezárva tárolnak későbbi felhasználásra.
1.2.2 Elasztomer előkészítése
Mérjünk ki megfelelő mennyiségű prepolimert, adjunk hozzá arányosan BDO-t és T12-t, gyorsan és egyenletesen keverjük össze, öntsük előmelegített, 120 fokos lapos formába, és 30 percig préseljük, és 30 percig keményítjük, amikor eléri a zselésítési pontot. A mechanikai tulajdonságokat szobahőmérsékleten 18 órán át tartó térhálósítás után 24 órán át vizsgáltuk.
1.3 Vizsgálati módszer
Az NCO-tartalom meghatározása a HG/T2409-1992 szerint történik; A Shore A keménység meghatározása a GB/T531 szerint.1-2008; A 300 százalékos húzófeszültség, a szakadási nyúlás és a szakítószilárdság a GB/T528-2009 szerint van meghatározva; A szakítószilárdság meghatározása a GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 meghatározás szerint történik.
2.1 Az oligomer poliolok hatása a PUE mechanikai tulajdonságaira
Az oligomer poliolok különböző típusai és molekulaszerkezetei közvetlen hatással vannak a PUE mechanikai tulajdonságaira. Használjon azonos relatív molekulatömegű poliéter-poliolt és poliészter-poliolt (mindkettő 2000), tartsa a lágy szegmens tömeghányadát 55 százalékon, szintetizáljon prepolimert MDI-vel, lánchosszabbítási együttható [n(OH) a rendszerben: n(NCO )] értéke 1, a prepolimer lánca BDO-val van meghosszabbítva, és az elkészített PUE mechanikai tulajdonságait az 1. táblázat mutatja.
Az 1. táblázatból látható, hogy ha az előpolimer w(NCO) értéke megegyezik, akkor a PCL, PBA, PEA és PCDL lágy szegmensű PUE mechanikai tulajdonságai általában jobbak, mint azoké, amelyek lágy szegmense PTMG. Ennek az az oka, hogy a PCL, PBAPEA és PCDL mind poliészter-poliolok, amelyekben észtercsoportok vannak, míg a PTMG egy poliéter-poliol, benne étercsoportokkal, és az észtercsoportok polárisabbak, mint az étercsoportok, ami megkönnyíti a poliuretán belsejét. Hidrogénkötések jönnek létre, és a mechanikai tulajdonságai is jobbak. A poliészter PUE-ban, mivel a PCDL karbonátcsoportot tartalmaz, a polaritás a legnagyobb, és a kapott PUE kristályossági foka a lágy szegmensben a legmagasabb, így a keménysége és a szakítószilárdsága a legnagyobb, a szakadási nyúlása pedig a legkisebb; az észtercsoport tartalma a PCL-ben A legalacsonyabb Shore A keménység és szakítószilárdság, valamint a legnagyobb szakadási nyúlás; A PBA-ban és a PEA-ban több PEA-észtercsoport van, de mivel a lánchosszabbító BDO-t használ, a két hidroxilcsoport közötti szénatomok száma 4, a PEA pedig 2-vel kevesebb szénatomot tartalmaz, mint a PBA. A PBA és a BDO szerkezete hasonlóbb, a keletkező poliuretán szabályosabb, a kristályossága erősebb. Ezért a PBA által lágy szegmensként szintetizált PUE teljesítménye jobb, mint a PEA-é.
2.2. Az oligomer poliol relatív molekulatömegének hatása a PUE mechanikai tulajdonságaira
Ugyanolyan, eltérő relatív molekulatömegű oligomer poliolokat használnak a poliuretán szintetizálására, mivel eltérő a lágy szegmens mérete, és eltérő a PUE mechanikai tulajdonságaira gyakorolt hatás is. Használjon eltérő relatív molekulatömegű poliéter-poliolt és poliészter-poliolt, tartsa ugyanazt a w(NCO-t), szintetizáljon prepolimert MDI-vel, használjon BDO-t lánchosszabbítóként, és a lánchosszabbítási együttható 1. Az elkészített elasztomer mechanikai tulajdonságait a táblázat tartalmazza. 2.
Amint a 2. táblázatból látható, akár PBA-val szintetizált poliészter-PUE-ről, akár PTMG-vel szintetizált poliéter-PUE-ről van szó, ha a prepolimer w(NCO) értéke azonos, az oligomer poliol relatív molekulatömegének növekedésével a A PUE csökkenni fog. A keménység, a 300 százalékos húzófeszültség, a szakítószilárdság és a szakítószilárdság csökkent, míg a szakadási nyúlás nőtt. Az oligomer poliol relatív molekulatömegének növekedésével az elkészített PUE polaritása csökken, ami nem kedvez a hidrogénkötések kialakulásának, gyengül a lágy és kemény szegmens közötti mikrofázis-szétválasztás mértéke, és az ehhez kapcsolódó keménység, modulus és az erő csökken; Az oligomer poliolok relatív molekulatömege nő, ami gyengíti a hidrogénkötések közötti kölcsönhatást, csökkenti a lágy szegmensek kristályosodási hajlamát, fenntartja a PUE nagy rugalmasságát, és növeli a szakadási nyúlást.
2.3 Az NCO-tartalom hatása a poliuretán elasztomerek mechanikai tulajdonságaira
A prepolimer eltérő NCO-tartalma a szintetikus PUE lágy szegmensének eltérő tartalmához vezet, ami befolyásolja az elasztomer mechanikai tulajdonságait. Először is azonos relatív molekulatömegű poliéter-poliolt és poliészter-poliolt használtak különböző NCO-értékű prepolimerek MDI-vel történő szintetizálására. A fizikai és mechanikai tulajdonságokat a 3. táblázat tartalmazza.
A 3. táblázatból látható, hogy akár PBA-val szintetizált poliészter PUE, akár PTMG-vel szintetizált poliéter-PUE, a w prepolimer (NCO) növekedésével a PUE keménysége, 300 százalékos szakítószilárdsága, szakítószilárdsága és szakítószilárdsága nő. A szakítószilárdság nő, míg a szakadási nyúlás csökken. Ennek az az oka, hogy minél magasabb a w(NCO) a prepolimerben, annál nagyobb a poliizocianát tartalma, és ezzel egyidejűleg a lánchosszabbító mennyisége is megnő, ami növeli a PUE kemény szegmens tartalmát és növeli a keménységet; w(NCO) a prepolimerben megnő. ), az uretáncsoportok növekednek, a poliuretán polaritása megnő, és a mikrofázis-szétválasztás mértéke nő a modulus és a szilárdság növelése érdekében; a w(NCO) növekedése megkönnyíti a hidrogénkötések kialakulását a poliuretánon belül, és a hidrogénkötés kölcsönhatása fokozódik. nagy, így a nyúlás csökken.
2.4 A lánchosszabbítási együttható hatása a PUE mechanikai tulajdonságaira
Ha a lánchosszabbítási együttható eltérő, a felhasznált lánchosszabbító mennyisége eltérő lesz, ami a szintetikus PUE lágy szegmens eltérő tartalmához vezet, ami befolyásolja a PUE mechanikai tulajdonságait. Azonos relatív molekulatömegű poliéter-poliol és poliészter-poliol felhasználásával, ugyanazt a w(NCO-t) tartva, prepolimert MDI-vel szintetizálva, majd a lánchosszabbítási együtthatót megváltoztatva, és BDO-val a prepolimer láncát meghosszabbítva, az elkészített PUE-mechanika teljesítményét a 4. táblázat mutatja.
A 4. táblázatból látható, hogy akár PBA-val szintetizált poliészter PUE, akár PTMG-vel szintetizált poliéter-PUE, ha az előpolimer w(NCO) értéke azonos, a lánchosszabbítási együttható növekedésével a PUE keménysége, 300 százalék A szakítószilárdság, a szakítószilárdság, a szakítószilárdság először nőtt, majd csökkent, és a mechanikai tulajdonságok akkor voltak a legjobbak, ha a lánchosszabbítási együttható 1.00 volt. Ennek az az oka, hogy ha a lánchosszabbítási együttható 1.{8}}, a poliuretán elasztomer hajlamos hosszú láncú molekulát képezni a legmagasabb fokú linearitás mellett, és a PUE jelenleg a legjobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ha a lánchosszabbítási együttható kisebb, mint 1.{10}}, az elégtelen mennyiségű lánchosszabbító miatt nem képződnek makromolekuláris hosszú láncok, és a poliuretán teljesítménye alacsony; ha a lánchosszabbítási együttható nagyobb, mint 1,00, a túlzott lánchosszabbító szer miatt, akkor megfelel a lánchosszabbítási követelményeknek. Vannak maradékok, amelyek lágyítószerként rontják a PUE mechanikai tulajdonságait.
Következtetés
① Ha a w (NCO) előpolimer ugyanaz: a PUE mechanikai tulajdonságai, amelyek lágy szegmense PCL, PBA, PEA és PCDL, általában jobbak, mint azoké, amelyek lágy szegmense PTMG; A keménység, a 300 százalékos húzófeszültség, a szakítószilárdság és a szakítószilárdság csökkent, míg a szakadási nyúlás nőtt; a lánchosszabbítási együttható növekedésével a keménység, a 300 százalékos húzófeszültség, a szakadási nyúlás, a PUE szakítószilárdsága A szilárdság és a szakítószilárdság először növekvő, majd csökkenő tendenciát mutatott, és amikor a lánchosszabbítási együttható 1,00 volt, a mechanikai ingatlanok voltak a legjobbak.
② A w(NCO) prepolimer növekedésével a PUE keménysége, 300 százalékos szakítószilárdsága, szakítószilárdsága és szakítószilárdsága nőtt, míg a szakadási nyúlás csökkent.
