PU еластомер, известен също като полиуретанов еластомер, е полимерен синтетичен материал, съдържащ повече уретанови групи в главната верига. PU еластомерите имат широк спектър от свойства, което е тясно свързано с неговата структура и структурата му зависи от много фактори като реагенти, реакционно време, реакционна температура и дори малки промени във водното съдържание могат да причинят PU еластомери Огромна разлика в механичните свойства . След това,Производител на PU пигментще представи структурата и производителността на PU еластомер за вас.
(1) Структура на микрофазно разделяне на PU еластомер
Ефективността на PU се влияе главно от морфологичната структура на макромолекулната верига. Уникалната гъвкавост и отличните физически свойства на PU могат да се обяснят с двуфазната морфология. Степента на разделяне на микрофазите и двуфазната структура на меките и твърдите сегменти в полиуретановите еластомери са критични за тяхното представяне. Умереното разделяне на фазите е полезно за подобряване на свойствата на полимера. Процесът на разделяне на микрофазно разделяне е, че разликата в полярността между твърдия сегмент и мекия сегмент и кристалността на самия твърд сегмент води до тяхната термодинамична несъвместимост (несмесимост) и тенденция към спонтанно разделяне на фазите, така че твърдият сегмент е лесен да се агрегират заедно, за да образуват домейни, които са разпръснати в непрекъснатата фаза, образувана от меките сегменти. Процесът на отделяне на микрофази всъщност е процесът на отделяне и агрегиране или кристализация на твърдия сегмент в еластомера от съполимерната система.
Феноменът на PU микрофазово разделяне е предложен за първи път от американския учен Купър. След това беше извършена много изследователска работа върху структурата на полиуретана. Изследванията върху структурата на PU агрегатите също постигнаха напредък, образувайки относително пълна микрофаза. Система на структурна теория: В блоковата PU система микрофазовото разделяне на твърди и меки сегменти се индуцира от термодинамична несъвместимост между сегменти и меки сегменти. Силата на привличане на сегментите между твърдите сегменти е много по-голяма от тази на сегментите между меките сегменти. Твърдите сегменти са неразтворими във фазата на мекия сегмент, но са разпределени в нея, образувайки прекъсната микрофазова структура (морско-островна структура). Той играе физическа свързваща и подсилваща роля в мекия сегмент. В процеса на разделяне на микрофази, повишеното взаимодействие между твърдите сегменти ще улесни отделянето на твърдите сегменти от системата и ще агрегират или кристализират, насърчавайки разделянето на микрофази. Разбира се, има известна съвместимост между пластмасовата фаза и гумената фаза и фазите между пластмасовите микродомейни и гумените микродомейни се смесват, за да образуват фаза на потока. В същото време са предложени и други модели, свързани с микрофазовото разделяне, като регионите за обогатяване на твърдия сегмент и мекия сегмент, предложени от Seymour et al. Paik Sung и Schneide предложиха по-реалистичен структурен модел на микрофазно разделяне: степента на микрофазово разделяне в уретана е несъвършена, не е изцяло микрофазно съвместно съществуване, но включва смесени меки сегментни единици. Има смесване между сегментите в микродомейна, което има известна степен на влияние върху морфологията и механичните свойства на материала. Мекият сегмент съдържа твърди сегменти, които могат да доведат до промяна в температурата на встъкляване на мекия сегмент. Ярко подобрен, стесняващ обхвата на използваните материали в среда с ниска температура. Включването на меки сегменти в областите на твърдия сегмент може да понижи температурата на встъкляване на домейните на твърдия сегмент, като по този начин намалява устойчивостта на топлина на материала.
(2) Поведение на водородно свързване на PU еластомери
Съществуват водородни връзки между групи, съдържащи азотни атоми и кислородни атоми със силна електроотрицателност и групи, съдържащи водородни атоми. Кохезионната енергия на групите е свързана с размера на кохезионната енергия на групите. Силни водородни връзки съществуват предимно между сегментите. Според докладите повечето от иминните групи в различните групи в PU макромолекулите могат да образуват водородни връзки и повечето от тях се образуват от иминните групи и карбонилните групи в твърдия сегмент, а малка част се образува с етерния кислород в мекия сегмент. образувана група или естер карбонил. В сравнение със силата на свързване на вътремолекулните химични връзки, силата на водородното свързване е много по-малка. Въпреки това, наличието на голям брой водородни връзки в полярните полимери също е един от важните фактори, влияещи върху производителността. Водородните връзки са обратими. При по-ниски температури близкото разположение на половите сегменти насърчава образуването на водородни връзки: при по-високи температури сегментите получават енергия и се подлагат на топлинно движение, разстоянието между сегментите и молекулите се увеличава, а водородните връзки са отслабени или дори изчезват. Водородните връзки играят ролята на физическо омрежване, което може да накара PU тялото да има по-висока якост, устойчивост на абразия, устойчивост на разтворители и по-малка трайна деформация на опън. Колкото повече водородни връзки, толкова по-силни са междумолекулните сили и толкова по-висока е здравината на материала. Количеството на водородните връзки пряко влияе върху степента на микрофазова диференциация на системата.
(3) Кристалност
Линеен PU с правилна структура, по-полярни и твърди групи, повече междумолекулни водородни връзки и добри кристални свойства, някои свойства на PU материалите са подобрени, като здравина, устойчивост на разтворители и др. Твърдостта, якостта и точката на омекване на PU материалите нарастват с увеличаването на кристалността, докато удължението и разтворимостта намаляват съответно. За някои приложения, като еднокомпонентни термопластични PU лепила, е необходима бърза кристализация за получаване на първоначална лепкавост. Някои термопластични PU еластомери се освобождават по-бързо поради високата си кристалност. Кристалните полимери често стават непрозрачни поради анизотропията на пречупената светлина. Ако малко количество разклонени или висящи групи се въведат в кристалната линейна PU макромолекула, кристалността на материала намалява. Когато плътността на омрежване се увеличи до известна степен, мекият сегмент губи своята кристалност. Когато материалът се разтяга, напрежението на опън прави молекулярната верига на мекия сегмент ориентирана и редовността се подобрява, кристалността на PU еластомера се подобрява и здравината на материала съответно се подобрява. Колкото по-силна е полярността на твърдия сегмент, толкова по-благоприятна е за подобряване на енергията на решетката на PU материала след кристализация. За полиетер PU, с увеличаването на съдържанието на твърдия сегмент, полярните групи се увеличават, междумолекулната сила на твърдия сегмент се увеличава, степента на микрофазово разделяне се увеличава, микродоменът на твърдия сегмент постепенно образува кристали и кристалността се увеличава с твърдия сегмент съдържание. Постепенно увеличавайте здравината на материала.
(4) Влияние на структурата на мекия сегмент върху работата на PU еластомера
Олигомерни полиоли като полиетери и полиестери съставляват меките сегменти. Мекият сегмент представлява по-голямата част от PU и свойствата на PU, получени от различни олигомерни полиоли и диизоцианати, са различни. Гъвкавият (мек) сегмент на PU еластомерите влияе главно върху еластичните свойства на материала и допринася значително за неговите свойства при ниски температури и опън. Следователно, параметърът Tg на мекия сегмент е изключително важен, и второ, кристалността, точката на топене и индуцираната от деформация кристализация също са фактори, които влияят на неговите крайни механични свойства. PU еластомерът и пяната, изработени от полиестер със силна полярност като мек сегмент, имат по-добри механични свойства. Тъй като PU, направен от полиестер полиол, съдържа голяма полярна естерна група, този PU материал може не само да образува водородни връзки между твърдите сегменти, но също така полярните групи на мекия сегмент могат частично да взаимодействат с твърдите сегменти. Полярните групи образуват водородни връзки, така че фазата на твърдия сегмент може да бъде по-равномерно разпределена във фазата на мекия сегмент, която действа като еластична точка на кръстосано свързване. Някои полиестерни полиоли могат да образуват меки сегментни кристали при стайна температура, което влияе върху работата на PU. Якостта, маслоустойчивостта и термичното окислително стареене на полиестерния PU материал са по-високи от тези на PPG полиетерния PU материал, но устойчивостта на хидролиза е по-лоша от тази на полиетерен тип. Политетрахидрофурановият (PTMG) PU е лесен за образуване на кристали поради правилната му структура на молекулна верига и неговата здравина е сравнима с тази на полиестерния PU. Най-общо казано, етерната група на мекия сегмент на полиетер PU е по-лесна за въртене вътрешно, има добра гъвкавост и има отлична производителност при ниски температури и няма естерна група, която да е относително лесна за хидролизиране в полиетерната полиолна верига, която е устойчиви на хидролиза. По-добър от полиестер PU. α въглеродът на етерната връзка на полиетерния мек сегмент лесно се окислява до образуване на пероксидни радикали, което води до серия от реакции на окислително разграждане. PU с полибутадиенова молекулярна верига като мек сегмент има слаба полярност, лоша съвместимост между меки и твърди сегменти и слаба якост на еластомера. Мекият сегмент, съдържащ страничната верига, поради пространствено препятствие, има слаби водородни връзки и слаба кристалност и неговата здравина е по-лоша от тази на същата главна верига на мекия сегмент без странична група PU. Молекулното тегло на мекия сегмент оказва влияние върху механичните свойства на PU. Най-общо казано, приемайки същото молекулно тегло на PU, силата на PU материала намалява с увеличаването на молекулното тегло на мекия сегмент; ако мекият сегмент е полиестерна верига, силата на полимерния материал намалява бавно с увеличаването на молекулното тегло на полиестерния диол; Ако мекият сегмент е полиетерна верига, силата на полимерния материал намалява с увеличаването на молекулното тегло на полиетер гликола, но удължението се увеличава. Това се дължи на високата полярност на естерния мек сегмент и голямата междумолекулна сила, която може частично да компенсира намаляването на якостта на PU материала поради увеличаването на молекулното тегло и увеличаването на съдържанието на мекия сегмент. Въпреки това, полярността на мекия сегмент от полиетер е слаба. Ако молекулното тегло се увеличи, съдържанието на твърдия сегмент в съответния PU намалява, което води до намаляване на якостта на материала. Съвместимостта на PU съполимерите е свързана с верижната структура на макромолекулите и наличието на присадени вериги има значителен ефект върху съвместимостта и свойствата на затихване на полиуретановите блок съполимери. Като цяло, ефектът от молекулното тегло на мекия сегмент върху устойчивостта и свойствата на термично стареене на PU еластомерите не е значителен. Кристалността на мекия сегмент има голям принос за кристалността на линейния PU. Най-общо казано, кристалността е полезна за подобряване на здравината на PU. Но понякога кристализацията намалява гъвкавостта на материала при ниска температура и кристалните полимери често са непрозрачни. За да се избегне кристализацията, целостта на молекулата може да бъде намалена, като се използва кополиестер или кополиетер полиол, или смесен полиол, смесен удължител на веригата и т.н.
(5) Влияние на твърдия сегмент върху работата на PU еластомера
Структурата на твърдия сегмент е един от основните фактори, влияещи върху устойчивостта на топлина на PU еластомерите. Структурата на диизоцианата и удължителя на веригата, които изграждат сегмента на PU еластомер, е различна, което също влияе на устойчивостта на топлина. Твърдият сегмент от PU материал се състои от полиизоцианат и удължител на веригата. Съдържа силни полярни групи като уретанова група, арилова група и заместена урейна група. Обикновено твърдият сегмент, образуван от ароматен изоцианат, не се променя лесно и се разтяга при стайна температура. пръчковидна. Твърдите сегменти обикновено влияят върху високотемпературните свойства на PU, като температура на омекване и топене. Често използваните диизоцианати са TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI и др., често използваните алкохоли са етилен гликол, -бутандиол, хександиол и др., а често използваните амини са MOCA, EDA, DETDA и др. Типът твърд сегмент се избира според желаните механични свойства на полимера, като максимална работна температура, устойчивост на атмосферни влияния, разтворимост и т.н., като трябва да се има предвид и неговата икономичност. Различните диизоцианатни структури могат да повлияят на редовността на твърдия сегмент и образуването на водородни връзки, като по този начин имат по-голямо влияние върху здравината на еластомера. Най-общо казано, съдържащият изоцианат ароматен пръстен прави твърдия сегмент да има по-голяма твърдост и кохезивна енергия, което като цяло увеличава здравината на еластомера.
Твърдият сегмент, съдържащ карбамидна група, съставен от диизоцианат и диаминов удължител на веригата, тъй като кохезията на карбамидната група е много голяма, лесно се образува пластмасов микродомейн и PU, съставен от този твърд сегмент, е много склонен към микрофазово разделяне. Най-общо казано, колкото по-висока е твърдостта на твърдия сегмент, съставляващ PU, толкова по-вероятно е да причини микрофазово разделяне. В PU, колкото по-високо е съдържанието на твърдия сегмент, толкова по-вероятно е да причини микрофазово разделяне.
Удължителят на веригата е свързан със структурата на твърдия сегмент на PU еластомера и има голямо влияние върху работата на еластомера. В сравнение с PU с удължена верига на алифатни диоли, PU с удължена верига, съдържащ диамин с ароматен пръстен, има по-висока якост, тъй като удължителят на аминовата верига може да образува карбамидна връзка и полярността на карбамидната връзка е по-висока от тази на уретановата връзка . Освен това разликата в параметрите на разтворимост между твърдия сегмент на карбамидната връзка и мекия сегмент на полиетера е голяма, така че твърдият сегмент на полиуреята и мекият сегмент на полиетера имат по-голяма термодинамична несъвместимост, което прави PU карбамидът да има по-добро микрофазово разделяне. Следователно диаминовият PU с удължена верига има по-висока механична якост, модул, вискоеластичност и устойчивост на топлина от диолния PU с удължена верига и също така има по-добри характеристики при ниски температури. Леещите PU еластомери използват предимно ароматни диамини като удължители на веригата, тъй като PU еластомерите, получени от тях, имат добри всеобхватни свойства. Чрез взаимодействие на малеинов анхидрид и полиол за образуване на карбоксил естер полиол и след това реагиране с други мономери като TDI-80, омрежващ агент и удължител на веригата, беше получен карбоксил-съдържащият PU предполимер, който беше диспергиран в три във воден разтвор на етаноламин беше направен PU на водна основа и беше изследвано влиянието на вида и количеството на удължителя на веригата върху свойствата на смолата. Използването на бисфенол А като удължител на веригата може не само да подобри механичните свойства на смолата, но и да повиши температурата на встъкляване на смолата, да разшири ширината на пика на вътрешното триене и да подобри температурния диапазон на смолата в състояние на кожа [ 12]. Структурата на диаминовия удължител на веригата, използван в PU урея, влияе пряко върху водородната връзка, кристализацията и разделянето на микрофазната структура в материала и до голяма степен определя работата на материала [13]. С увеличаването на съдържанието на твърд сегмент, якостта на опън и твърдостта на PU материала постепенно се увеличават, а удължението при скъсване намалява. Това е така, защото има микрофазово разделяне между фазата с определена степен на кристалност, образувана от твърдия сегмент, и аморфната фаза, образувана от мекия сегмент, и кристалната област на твърдия сегмент действа като ефективна точка на кръстосано свързване. Той също така играе роля, подобна на армировката на пълнителя за аморфната област на мекия сегмент. Когато съдържанието се увеличи, ефектът на подсилване и ефективният омрежващ ефект на твърдия сегмент в мекия сегмент се засилват, което насърчава увеличаването на якостта на материала.
(6) Влияние на омрежването върху свойствата на полиуретановите еластомери
Умереното вътрешномолекулно омрежване може да увеличи твърдостта, температурата на омекване и модула на еластичност на PU материалите и да намали удължението при скъсване, постоянната деформация и набъбването в разтворители. За полиуретановите еластомери правилното омрежване може да произведе материали с отлична механична якост, висока твърдост, еластичност и отлична устойчивост на износване, устойчивост на масло, устойчивост на озон и устойчивост на топлина. Въпреки това, ако омрежването е прекомерно, свойства като якост на опън и удължение могат да бъдат намалени. В блоковите PU еластомери химическото омрежване може да бъде разделено на две категории: (1) използване на трифункционални удължители на веригата (като TMP) за образуване на омрежваща структура; (2) използване на излишък от изоцианат за реакция за образуване на дикондензат на карбамид (чрез групи на карбамид) или алофанат (чрез уретанови групи) омрежване. Омрежването има значителен ефект върху степента на водородно свързване и образуването на напречни връзки значително намалява степента на водородно свързване на материала, но химическото омрежване има по-добра термична стабилност от физическото омрежване, причинено от водородна връзка. Когато ефектите на химическата омрежваща мрежа върху морфологията, механичните свойства и термичните свойства на PU урея еластомерите бяха изследвани с помощта на FT-IR и DSC, беше установено, че PU карбамид еластомерите с различни омрежващи мрежи имат различни морфологии. С увеличаването на плътността степента на микрофазно смесване на еластомера се увеличава, температурата на встъкляване на мекия сегмент се повишава значително и 300% якост на опън на еластомера постепенно се увеличава, докато удължението при скъсване намалява постепенно. Когато , механичните свойства (якост на опън и якост на разкъсване) на еластомера достигат най-високи.