Efecte del segment tou de l'elastòmer de poliuretà sobre les seves propietats mecàniques
L'elastòmer d'urtà (PUE) se sintetitza principalment a partir de poliols d'oligòmers, poliisocianats i extensors de cadena com a matèries primeres. Les seves propietats mecàniques es poden ajustar en una àmplia gamma. Es pot sintetitzar seleccionant matèries primeres adequades segons les necessitats per preparar productes que satisfacin les necessitats. En termes generals, el poliol d'oligòmer constitueix el segment tou de poliuretà, poliisociat i extensador de cadenes que constitueixen el segment dur, i la separació de microfase es produeix entre el segment tou i el segment dur, de manera que PUE té un excel·lent rendiment. Hi ha molts mètodes de classificació per a PUE: segons la seva tecnologia de processament, es pot dividir en tres tipus: tipus de fosa, tipus termoplàstic i tipus de barreja; segons el procés de reacció química, es pot dividir en un mètode d'un pas i un mètode de dos passos; Els tipus d'alcohol es poden dividir en tipus polièter i tipus de polièster.
1 Part experimental
1.1 Matèries primeres i instruments
Poliol homopolíter tetrahidrofina (PTMG): Mn = 1000 i Mn = 2000, Japó Mitsubishi Chemical Corporation, producte industrial; Policàprolacton poliol (PCL): Mn = 2000, Japó Daicel Indústria Química Co, Ltd, Productes industrials; diol d'adipat de polibutilè (PBA, Mn = 1000, 2000), diol d'adipat de polietilè (PEA, Mn = 2000): Yantai Huada Chemical Co, Ltd, productes industrials; Diol de policarbonat (PCDL): Mn = 2000, Asahi Kasei Chemical Co, Ltd, producte industrial; 4, 4' – Diisocian de difenilmetà (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co, Ltd, producte industrial; 1, 4 – Butanediol (BDO): Planta Química de Pequín, grau analític; Dilaurat de Dibutyltin (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co, Ltd, grau de reactiu.
Màquina de proves universal electrònica: Model CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co, Ltd; Duròmetre de cautxú: Model LX-A, fàbrica de materials experimentals Yingkou.
1.2 Síntesi de PUE
1.2.1 Preparació de prepolímers
Deshidratar l'oligòmer poliol sota buit a 100 ~ 110 ° C durant 2h, refredar a 50 ~ 55 ° C per al seu ús; aboqueu l'MDI fos en una ampolla de tres colls, quan la temperatura de l'MDI baixi a 50 ~ 55 ° C, afegiu els poliols d'oligòmer mesurats, primer reaccioneu naturalment durant 30 minuts sense calefacció i, a continuació, remeneu i escalfeu durant 2 hores a 80 ~ 85 ° C, preneu mostres per analitzar la fracció de massa de NCO i finalitzeu la reacció quan el valor d'anàlisi estigui a prop del valor de disseny. Es pot obtenir el prepolímer, que està segellat i emmagatzemat per al seu ús posterior.
1.2.2 Preparació de l'elastòmer
Peseu una quantitat adequada de prepolímer, afegiu BDO i T12 en proporció, remeneu-ho ràpidament i uniformement, aboqueu-lo en un motlle pla preescalfat de 120 ° C i premeu i cureu durant 30 minuts quan arribi al punt de gel. Les propietats mecàniques es van provar després de curar durant 18h en un forn a temperatura ambient durant 24h.
1.3 Mètode de prova
El contingut NCO es determina segons HG / T2409-1992; La duresa de la costa es determina segons GB / T531.1-2008; 300% estrès de tracció, elongació al descans i la resistència a la tracció es determinen segons GB / T528-2009; la força de la llàgrima es determina d'acord amb la determinació GB / T531.1-2008 GB / T529-2008.
2.1 L'efecte dels poliols d'oligòmers sobre les propietats mecàniques del PUE
Els diferents tipus i estructures moleculars dels poliols d'oligòmers tenen un impacte directe en les propietats mecàniques del PUE. Utilitzeu poliol polièter i poliol de polièster amb la mateixa massa molecular relativa (tots dos 2000), mantingueu la fracció de massa del segment tou al 55%, sintetitzeu prepolímer amb MDI, coeficient d'extensió de cadena [n(OH) en el sistema: n(NCO )] és 1, el prepolímer s'estén en cadena amb BDO i les propietats mecàniques del PUE preparat es mostren a la taula 1.
Es pot veure a la taula 1 que quan el w (NCO) del prepolímer és el mateix, les propietats mecàniques del PUE el segment tou del qual és PCL, PBA, PEA i PCDL són generalment millors que aquelles el segment suau dels quals és PTMG. Això es deu al fet que PCL, PBAPEA i PCDL són tots poliols de polièster amb grups d'èster a l'interior, mentre que PTMG és un poliol polièter amb grups èters a l'interior, i els grups d'èster són més polars que els grups èter, fent que l'interior del poliuretà sigui més fàcil que es generin enllaços d'hidrogen, i les propietats mecàniques són millors. En el PUE de polièster, com que el PCDL conté grup carbonatat, la polaritat és la més gran, i el PUE obtingut té el major grau de cristal·linitat en el segment tou, de manera que la seva duresa i resistència a la tracció són les més altes, i l'allargament al descans és el més baix; el contingut del grup d'èster en PCL La menor dificultat Shore A i la resistència a la tracció, i l'allargament més alt al descans; PBA i PEA tenen més grups d'èster PEA, però com que l'extensor de cadena utilitza BDO, el nombre d'àtoms de carboni entre els dos grups hidroxil és 4, i el PEA té 2 àtoms de carboni menys que la PBA. L'estructura de PBA i BDO és més similar, el poliuretà resultant és més regular i la cristal·linitat és més forta. Per tant, el rendiment de PUE sintetitzat per PBA com a segment suau és millor que el del PEA.
2.2 Efecte del pes molecular relatiu del poliol d'oligòmer sobre les propietats mecàniques del PUE
El mateix tipus de poliols d'oligòmers amb diferents pesos moleculars relatius s'utilitzen per sintetitzar poliuretà, perquè la mida del segment tou és diferent, i la influència en les propietats mecàniques de PUE també és diferent. Utilitzeu poliol poliol i polièster poliol amb diferents pesos moleculars relatius, mantingueu el mateix w (NCO), sintetitzeu prepolímer amb MDI, utilitzeu BDO com a extensor de cadena i el coeficient d'extensió de la cadena és 1. Les propietats mecàniques de l'elastòmer preparat es mostren a la taula 2.
Com es pot veure a la Taula 2, ja sigui el polièster PUE sintetitzat per PBA o el polièter PUE sintetitzat per PTMG, quan el w(NCO) del prepolímer és el mateix, amb l'augment del pes molecular relatiu de l'oligòmer poliol, el PUE es reduirà. La duresa, l'estrès 300% de tracció, la resistència a la tracció i la força lacrimògena van disminuir, mentre que l'allargament al descans va augmentar. Quan la massa molecular relativa de l'oligòmer poliol augmenta, la polaritat del PUE preparat disminueix, la qual cosa no és propici per a la formació d'enllaços d'hidrogen, el grau de separació de microfase entre els segments tou i dur es debilita, i es redueix la duresa, mòdul i força relacionats; Augmenta la massa molecular relativa dels poliols oligòmers, la qual cosa debilita la interacció entre enllaços d'hidrogen, redueix la tendència de cristal·lització dels segments tous, manté l'alta elasticitat de PUE i augmenta l'elongació al descans.
2.3 Efecte del contingut de NCO sobre les propietats mecàniques dels elastòmers de poliuretà
Diferents continguts NCO de prepolímer conduiran a diferents continguts de segment tou de PUE sintètic, afectant així les propietats mecàniques de l'elastòmer. En primer lloc, es van utilitzar poliols polièters i poliol de polièster de la mateixa massa molecular relativa per sintetitzar prepolímers amb diferents valors DNCO amb MDI. Les propietats físiques i mecàniques es mostren a la taula 3.
Es pot veure a la Taula 3 que si es tracta de polièster PUE sintetitzat per PBA o polièter PUE sintetitzat per PTMG, amb l'augment de prepolímer w (NCO), la duresa, l'estrès de tracció 300%, la resistència a la tracció i la força de llagrimrimejant de l'augment pue. La força de ruptura augmenta, mentre que l'allargament al descans disminueix. Això es deu al fet que com més alt sigui w (NCO) en el prepolímer, més gran serà el contingut de poliisocianat, i al mateix temps, la quantitat d'extensor de cadena augmentarà, el que augmentarà el contingut del segment dur de PUE i augmentarà la duresa; w(NCO) en el prepolímer augmentarà. ), els grups d'uretà augmenten, la polaritat del poliuretà es fa més gran, i el grau de separació de microfase augmenta per augmentar el mòdul i la força; L'augment de w(NCO) fa que sigui més fàcil formar enllaços d'hidrogen dins del poliuretà, i la interacció de l'enllaç d'hidrogen augmenta. Gran, de manera que l'elongació disminueix.
2.4 Influència del coeficient d'extensió de cadena sobre les propietats mecàniques del PUE
Si el coeficient d'extensió de la cadena és diferent, la quantitat d'extensador de cadena utilitzat serà diferent, el que donarà lloc a diferents continguts del segment tou PUE sintètic, afectant així les propietats mecàniques de PUE. Utilitzant poliol polièter i poliol de polièster de la mateixa massa molecular relativa, mantenint la mateixa w(NCO), sintetitzant un prepolímer amb MDI, després canviant el coeficient d'extensió de la cadena, i utilitzant BDO per estendre la cadena del prepolímer, la mecànica PUE preparada El rendiment es mostra a la taula 4.
Es pot veure a la Taula 4 que si es tracta de polièster PUE sintetitzat per PBA o polièter PUE sintetitzat per PTMG, quan el w (NCO) del prepolímer és el mateix, amb l'augment del coeficient d'extensió de la cadena, la duresa de PUE, 300% L'estrès de tracció, elongació al descans, la resistència a la tracció i la força de la llàgrima van augmentar primer i després van disminuir, i les propietats mecàniques eren les millors quan el coeficient d'extensió de la cadena era 1,00. Això es deu al fet que quan el coeficient d'extensió de la cadena és 1,00, l'elastòmer de poliuretà tendeix a formar una molècula de cadena llarga amb el grau més alt de linealitat, i el PUE té les millors propietats mecàniques en aquest moment. Quan el coeficient d'extensió de la cadena és inferior a 1,00, a causa de la quantitat insuficient d'extensor de cadena, no es poden formar cadenes llargues macromoleculars i el rendiment del poliuretà és baix; quan el coeficient d'extensió de la cadena sigui superior a 1,00, a causa d'un agent d'extensió de cadena excessiu, pot satisfer els requisits d'extensió de cadena. Hi ha residus, i aquests residus actuen com plastificants per degradar les propietats mecàniques del PUE.
Conclusió
(1) Quan el prepolímer w (NCO) és el mateix: les propietats mecàniques de PUE el segment tou dels quals és PCL, PBA, PEA i PCDL són generalment millors que aquelles el segment suau dels quals és PTMG; Duresa, 300% estrès de tracció, resistència a la tracció i força lacrimògena va disminuir, mentre que l'allargament al descans va augmentar; amb l'augment del coeficient d'extensió de la cadena, la duresa, l'estrès de tracció del 300%, l'allargament al descans, la resistència a la tracció de PUE La força i la força lacrimògena van mostrar una tendència d'augmentar primer i després disminuir, i quan el coeficient d'extensió de la cadena era 1,00, les propietats mecàniques eren les millors.
(2) Amb l'augment del prepolímer w (NCO), la duresa, l'estrès de tracció del 300%, la força de tracció i la força lacrimal de PUE van augmentar, mentre que l'allargament al descans va disminuir.
