Poliuretanski elastomer, također poznat kao poliuretanski elastomer, polimerni je sintetski materijal koji sadrži više uretanskih skupina u glavnom lancu. Općenito se sastoji od oligomera kao što su poliester, polieter i poliolefin. Nastaje postupnim dodavanjem i polimerizacijom poliola, poliizocijanata i diola ili diaminskih produživača lanca. To je elastični materijal između opće gume i plastike, odnosno ima visoku elastičnost gume i visoku čvrstoću plastike. Ima veliko istezanje i širok raspon tvrdoće; njegova otpornost na trošenje, biokompatibilnost i kompatibilnost s krvlju posebno su izvanredni. U isto vrijeme, također ima izvrsnu otpornost na ulje, otpornost na udarce, otpornost na niske temperature, otpornost na zračenje i otpornost na opterećenje, toplinsku izolaciju, izolaciju i druga svojstva. Stoga su područja primjene poliuretanskih elastomera vrlo široka. Postao je nezamjenjiv i vrijedan materijal u narodnom gospodarstvu i životu naroda.
Poliuretanski elastomer ima širok raspon svojstava, što je usko povezano s njegovom strukturom, a njegova struktura ovisi o mnogim čimbenicima kao što su reaktanti, vrijeme reakcije, temperatura reakcije, pa čak i male promjene u sadržaju vode mogu uzrokovati veliku razliku u mehaničkim svojstvima poliuretanskih elastomera .
1. Pregled poliuretanskih elastomera
Poliuretanski elastomer, poznat i kao poliuretanska guma, pripada posebnoj sintetičkoj gumi i vrsta je elastičnog polimera koji sadrži više uretanskih skupina (-NHCOO-) u glavnom lancu molekule. To je tipičan višeblok kopolimerni materijal. . Poliuretanski elastomeri obično se pripremaju reakcijom poliadicije koristeći polimerne poliole, izocijanate, produživače lanca, sredstva za umrežavanje i malu količinu pomoćnih sredstava kao sirovine. Što se tiče molekularne strukture, poliuretanski elastomer (PUE) je blok polimer, a njegov molekularni lanac općenito se sastoji od dva dijela. Na normalnoj temperaturi, jedan dio je u visoko elastičnom stanju, koji se naziva meki segment; Kristalno stanje se naziva tvrdi segment. Općenito, meki segment sastoji se od dugog fleksibilnog lanca polimer poliola, a tvrdi segment se sastoji od izocijanata i produživača lanca. Meki segment i tvrdi segment naizmjenično su raspoređeni tako da tvore strukturne jedinice koje se ponavljaju. Osim uretanske skupine, glavni lanac molekule poliuretana također sadrži polarne skupine kao što su eter, ester ili urea skupina. Zbog postojanja velikog broja ovih polarnih skupina, moguće je stvaranje vodikovih veza u molekuli poliuretana i između molekula, a meki segment i tvrdi segment su termodinamički nekompatibilni, što dovodi do stvaranja tvrdog segmenta i mekog segmenta. mikrodomenu segmenta i stvara mikroskopsku strukturu razdvajanja faza. Linearni poliuretani također mogu stvoriti fizičke poprečne veze kroz vodikovu vezu. Ove strukturne karakteristike čine da poliuretanski elastomeri imaju izvrsnu otpornost na trošenje i žilavost, poznatu kao "guma otporna na habanje" [1], a budući da postoji mnogo varijanti poliuretanskih sirovina, raznolikost i omjer sirovina može se prilagoditi za sintetiziranje proizvoda s različite izvedbene karakteristike. proizvodi, izrađujući poliuretanske elastomere koji se široko koriste u području nacionalnog gospodarstva. Iako proizvodnja poliuretanskog elastomera ne čini mali udio poliuretanskih proizvoda, njegova raznolikost i širok raspon primjena neusporedivi su s drugim materijalima. Poliuretanski elastomer ima izvrsna sveobuhvatna svojstva, a njegov modul je između običnog gume i plastike. Ima sljedeće karakteristike: ①Visoka čvrstoća i elastičnost, može održati visoku elastičnost u širokom rasponu tvrdoće (Shore A10-Shore D75); ②Uz istu tvrdoću, ima veću nosivost od ostalih elastomera; ③ Izvrsna otpornost na habanje, njegova otpornost na habanje je 2-10 puta veća od prirodne gume; ④ Dobra otpornost na zamor i otpornost na vibracije, prikladna za visokofrekventne primjene otklona; ⑤ Visoka otpornost na udarce; ⑥ Otpornost na aromatski poliuretan Izvrsna otpornost na zračenje, kisik i ozon; ⑦ Izvrsna otpornost na masti i kemikalije; ⑧ Općenito, zahtijevana niska tvrdoća može se postići bez plastifikatora, tako da nema problema uzrokovanih migracijom plastifikatora; ⑨ Kalupljenje i niski troškovi obrade; ⑩ Obični poliuretan ne može se koristiti iznad 100 stupnjeva, ali formula može izdržati visoku temperaturu od 140 stupnjeva. U normalnim okolnostima, u usporedbi s metalnim materijalima, proizvodi od poliuretanskog elastomera imaju prednosti male težine, otpornosti na gubitak, niske buke, niskih troškova obrade i otpornosti na koroziju; u usporedbi s gumom, poliuretanski elastomeri imaju otpornost na habanje, rezove, otpornost na kidanje, visoku nosivost, tečnost, prozirnost, prozirnost, otpornost na ozon, raspon tvrdoće i druge prednosti; u usporedbi s plastikom, poliuretanski elastomeri imaju prednosti nelomljivosti, elastične memorije, otpornosti na habanje, itd. Postoje različite metode obrade poliesterskih elastomera, nove tehnologije i nove sorte stalno se pojavljuju, a izgledi za primjenu bit će vrlo široki [2] .
2. Tehnologija prerade poliuretanskog elastomera
U laboratoriju se poliuretanski elastomeri općenito sintetiziraju metodama ručnog lijevanja prepolimera, uključujući metodu u jednom koraku, metodu prepolimera i metodu poluprepolimera.
Metoda u jednom koraku je dodati diizocijanat, poliol, katalizator i druge pomoćne agense u formulu odjednom, i izliti u kalup nakon miješanja velikom brzinom kako bi se pripremio proizvod od poliuretanskog elastomera. Iako proizvod dobiven metodom u jednom koraku ima lošu ujednačenost performansi i ponovljivost, te može uvesti veliki broj mjehurića zraka u reakcijski sustav, tako da postoji veliki broj produkata u proizvodu, proces ove metode je jednostavan, štedi energiju i smanjuje troškove, pa se ova metoda uglavnom koristi u. Koristi se u industriji pjenjenja, ali se rijetko koristi u proizvodnji lijevanih poliuretanskih elastomera [3]. Trenutno, s pojavom nekih novih procesa kalupljenja kao što je tehnologija reakcijskog injekcijskog lijevanja (RIM), metoda u jednom koraku se također brže razvija.
Poliuretanski elastomer pripremljen pretpolimernom metodom podijeljen je u dva koraka, pa se naziva i dvostupanjska metoda. Prvo, oligomerni alkohol i višak poliizocijanata reagiraju kako bi se formirao predpolimer s NCO skupinom na krajnjoj skupini, a zatim polimer reagira s produživačem lanca tijekom lijevanja kako bi se pripremio poliuretanski elastomer. Ova metoda se najviše koristi u proizvodnji poliuretanske elastičnosti. Nedostatak je što je predpolimer osjetljiv na temperaturu, zahtijeva visoku opremu tijekom lijevanja i ima dug proces. Razlika između semi-prepolimerne metode i predpolimerne metode je u tome što se neki poliester polioli ili polieter polioli, produživači lanca, kemijski dodaci itd. dodaju predpolimeru u obliku smjese. Odnosno, oligomerni poliol u formuli podijeljen je na dijelove, jedan dio reagira s viškom diizocijanata da se sintetizira predpolimer, a drugi dio se pomiješa s produživačem lanca i dodaje tijekom ubrizgavanja. Maseni udio slobodnog NCO u rezultirajućem predpolimeru je relativno visok, općenito 0.12-0.15 (12 posto - posto), pa se ovaj predpolimer često naziva "kvazi-prepolimer". Karakteristike polu-predpolimerne metode: ① Viskoznost predpolimerne komponente je niska i može se podesiti tako da bude slična viskoznosti miješane komponente sredstva za stvrdnjavanje; ② Omjer je također sličan (to jest, omjer mase miješanja može biti 1:1). Ovo ne samo da poboljšava ujednačenost miješanja, već također poboljšava neka svojstva elastičnosti. Ovu je metodu lako realizirati industrijalizirati: među gornje tri metode, općenito govoreći, poliuretanski elastomer pripremljen prepolimernom metodom ima najbolju izvedbu, a jednostupanjska metoda ima najlošiju izvedbu. To je zato što se u metodi u jednom koraku polimerizacija i reakcije produljenja lanca provode u isto vrijeme. U kasnijoj fazi reakcije, zbog naglog povećanja viskoznosti sustava, aktivnost molekularnog lanca kontrolira difuzijska reakcija, reakcija nije potpuna, a molekularna težina dobivenog poliuretanskog elastomera relativno je mali. Struktura nije ujednačena, što utječe na performanse poliuretanskog elastomera. U postupku predpolimerne metode, reakcija poliuretanskog predpolimera i reakcija između poliuretanskog predpolimera i produživača lanca odvija se korak po korak, a sve su to reakcije koje se mogu kontrolirati. Reakcija je relativno temeljita, a dobiveni poliuretan elastičan. Nasipna molekularna težina je relativno velika, a struktura je relativno ujednačena, što pogoduje stvaranju vodikovih veza između makromolekula, čime se poboljšavaju performanse poliuretanskog elastomera. Svojstva poliuretanskog elastomera pripremljenog semi-prepolimernom metodom su između predpolimerne metode i jednostupanjske metode, a temperatura reakcije je niska, što je pogodno za industrijsku proizvodnju. U ovom se radu raspravlja o odnosu između strukture i svojstava poliuretanskih elastomera, koji su svi sintetizirani metodom pretpolimera.
3. Struktura i svojstva poliuretanskih elastomera
Mehanička svojstva poliuretanskih elastomera izravno su povezana s unutarnjom strukturom poliuretanskih elastomera, a na njihovu mikrostrukturu i morfologiju snažno utječe interakcija između polarnih skupina, poput tipa, strukture i morfologije mekih i tvrdih segmenata. Mehanička svojstva i toplinska otpornost poliuretanskih elastomera. Posljednjih godina ljudi su počeli proučavati odnos između mehaničkih svojstava poliuretanskih elastomera i njihovih agregiranih struktura i mikrostruktura.
a. Mikrofazna separacijska struktura poliuretanskog elastomera
Na svojstva poliuretana uglavnom utječe morfološka struktura makromolekulskog lanca. Jedinstvena fleksibilnost i izvrsna fizikalna svojstva poliuretana mogu se objasniti dvofaznom morfologijom. Stupanj razdvajanja mikrofaza i dvofazna struktura mekih i tvrdih segmenata u poliuretanskim elastomerima ključni su za njihovu izvedbu. Umjereno odvajanje faza je korisno za poboljšanje svojstava polimera. Proces odvajanja mikrofaznog odvajanja je da razlika u polaritetu između tvrdog segmenta i mekog segmenta i kristalnost samog tvrdog segmenta dovodi do njihove termodinamičke nekompatibilnosti (nemješljivosti) i tendencije spontanog odvajanja faza, tako da je tvrdi segment lako agregirati zajedno u obliku domena, koje su raspršene u kontinuiranoj fazi koju tvore meki segmenti. Proces mikrofazne separacije zapravo je proces odvajanja i agregacije odnosno kristalizacije tvrdog segmenta u elastomeru iz kopolimernog sustava.
Fenomen odvajanja poliuretanske mikrofaze prvi je predložio američki znanstvenik Cooper. Nakon toga provedena su mnoga istraživanja strukture poliuretana [4]. Istraživanje strukture agregata poliuretana također je napredovalo, formirajući relativno cjelovitu strukturu. Teorija mikrofazne strukture [5] sustava: u blok poliuretanskom sustavu mikrofazno odvajanje tvrdog i mekog segmenta inducira termodinamička nekompatibilnost između segmenta i mekog segmenta. Privlačna sila segmenata između tvrdih segmenata mnogo je veća od one između mekih segmenata. Tvrdi segmenti su netopljivi u fazi mekog segmenta, ali su u njoj raspoređeni tvoreći diskontinuiranu mikrofaznu strukturu (struktura morsko-otočni). Igra fizičku vezu i ulogu pojačanja u mekom segmentu. U procesu odvajanja mikrofaze, povećana interakcija između tvrdih segmenata će olakšati odvajanje tvrdih segmenata od sustava i agregirati ili kristalizirati, potičući odvajanje mikrofaze. Naravno, postoji određena kompatibilnost između plastične faze i gumene faze, a faze između plastičnih mikro-domena i gumenih mikro-domena se miješaju kako bi formirale protočnu fazu. U isto vrijeme, predloženi su i drugi modeli povezani s odvajanjem mikrofaza, poput Seymoura [6] i drugih koji su predložili da tvrdi segment i područja obogaćena mekim segmentom tvore kontinuiranu umreženu mrežu jedno s drugim. Paik Sung i Schneide [7] predložili su realističniji model strukture mikrofazne separacije: stupanj mikrofazne separacije u uretanu je nesavršen, nije u potpunosti mikrofazna koegzistencija, ali uključuje mješovite jedinice mekih segmenata. Postoji miješanje između segmenata u mikro-domeni, što ima određeni stupanj utjecaja na morfologiju i mehanička svojstva materijala. Meki segment sadrži tvrde segmente, što može dovesti do promjene temperature staklastog prijelaza mekog segmenta. Sjajno poboljšan, sužavajući raspon materijala koji se koriste u okruženjima niske temperature. Uključivanje mekih segmenata u domene tvrdih segmenata može sniziti temperaturu staklenog prijelaza domena tvrdih segmenata, čime se smanjuje otpornost materijala na toplinu.
b. Ponašanje poliuretanskih elastomera vezanih uz vodik
Vodikove veze postoje između skupina koje sadrže atome dušika i atome kisika s jakom elektronegativnošću i skupina koje sadrže atome vodika. Kohezijska energija grupa povezana je s veličinom kohezijske energije grupa. Snažne, vodikove veze uglavnom postoje između segmenata. Prema izvješćima, većina iminskih skupina u različitim skupinama poliuretanskih makromolekula može tvoriti vodikove veze, a većinu njih čine iminske skupine i karbonilne skupine u tvrdom segmentu, a mali dio nastaje s eterskim kisikom u mekom segmentu. skupina ili nastali ester karbonil. U usporedbi sa silom vezivanja intramolekularnih kemijskih veza, sila vodikove veze je mnogo manja. Međutim, postojanje velikog broja vodikovih veza u polarnim polimerima također je jedan od važnih čimbenika koji utječu na performanse. Vodikove veze su reverzibilne. Pri nižim temperaturama bliski raspored spolnih segmenata potiče stvaranje vodikovih veza: pri višim temperaturama segmenti dobivaju energiju i podvrgavaju se toplinskom gibanju, udaljenost između segmenata i molekula se povećava, a vodikove veze slabe ili čak nestaju. Vodikove veze igraju ulogu fizičkog umrežavanja, što može učiniti poliuretansko tijelo većom čvrstoćom, otpornošću na abraziju, otpornošću na otapala i manjom vlačnom trajnom deformacijom. Što je više vodikovih veza, to su jače međumolekularne sile i veća je čvrstoća materijala. Količina vodikovih veza izravno utječe na stupanj mikrofazne diferencijacije sustava [8].
c. Kristalnost
Linearni poliuretan s pravilnom strukturom, polarnijim i krućim skupinama, više međumolekularnih vodikovih veza i dobrom kristalnošću, poboljšao je neka svojstva poliuretanskog materijala, kao što su čvrstoća i otpornost na otapala. Tvrdoća, čvrstoća i točka omekšavanja poliuretanskih materijala rastu s povećanjem kristalnosti, dok rastezljivost i topljivost u skladu s tim padaju. Za neke primjene, kao što su jednokomponentna termoplastična poliuretanska ljepila, potrebna je brza kristalizacija za postizanje početne ljepljivosti. Neki termoplastični poliuretanski elastomeri otpuštaju se brže zbog visoke kristalnosti. Kristalni polimeri često postaju neprozirni zbog anizotropije lomljene svjetlosti. Ako se mala količina razgranatih ili visećih skupina uvede u kristalne linearne poliuretanske makromolekule, kristalnost materijala se smanjuje. Kada se gustoća umrežavanja poveća do određene mjere, mekani segment gubi svoju kristalnost. Kada se materijal rasteže, vlačno naprezanje čini molekularni lanac mekog segmenta usmjerenim i pravilnost se poboljšava, kristalnost poliuretanskog elastomera se poboljšava, a čvrstoća materijala se odgovarajuće poboljšava. Što je jači polaritet tvrdog segmenta, to je pogodnije za poboljšanje energije rešetke poliuretanskog materijala nakon kristalizacije. Za polieter poliuretan, s povećanjem sadržaja tvrdog segmenta, povećavaju se polarne skupine, povećava se međumolekulska sila tvrdog segmenta, povećava se stupanj razdvajanja mikrofaza, mikrodomena tvrdog segmenta postupno stvara kristalizaciju, a kristalnost se povećava s tvrdim segmentom sadržaj. Postupno povećavajte čvrstoću materijala.
d. Utjecaj strukture mekog segmenta na svojstva poliuretanskog elastomera
Oligomerni polioli kao što su polieteri i poliesteri čine mekane segmente. Mekani segment čini najveći dio poliuretana, a svojstva poliuretana pripremljenog od različitih oligomernih poliola i diizocijanata su različita. Fleksibilni (meki) segment poliuretanskih elastomera uglavnom utječe na elastična svojstva materijala i značajno doprinosi njegovim niskotemperaturnim i rasteznim svojstvima. Stoga je Tg parametar mekog segmenta izuzetno važan, a drugo, kristalnost, talište i deformacija inducirana kristalizacija također su faktori koji utječu na njegova krajnja mehanička svojstva. Poliuretanski elastomeri i pjene od poliestera s jakim polaritetom kao meki segmenti imaju bolja mehanička svojstva. Budući da poliuretan napravljen od poliester poliola sadrži veliku polarnu estersku skupinu, ne samo da se mogu formirati vodikove veze između tvrdih segmenata, već i polarne skupine na mekom segmentu mogu djelomično djelovati u interakciji s tvrdim segmentima. Polarne skupine tvore vodikove veze, tako da faza tvrdog segmenta može biti ravnomjernije raspoređena u fazi mekog segmenta, koja djeluje kao elastična točka križnog povezivanja. Neki poliesterski polioli mogu formirati meku segmentnu kristalizaciju na sobnoj temperaturi, što utječe na svojstva poliuretana. Čvrstoća, otpornost na ulje i toplinsko oksidativno starenje poliesterskog poliuretanskog materijala veći su od onih od polieterskog poliuretanskog materijala PPG, ali je otpornost na hidrolizu lošija nego kod polieterskog tipa. Politetrahidrofuranski (PTMG) poliuretan lako oblikuje kristale zbog pravilne strukture molekularnog lanca, a njegova je čvrstoća usporediva s onom poliesterskog poliuretana. Općenito govoreći, etersku skupinu mekog segmenta polieter poliuretana lako je rotirati iznutra, ima dobru fleksibilnost i ima izvrsne performanse na niskim temperaturama, a ne postoji esterska skupina koju je relativno lako hidrolizirati u polieter poliolnom lancu, a njezina otpornost na hidrolizu Bolja od poliester poliuretana. Ugljik eterske veze polieterskog mekog segmenta lako se oksidira u peroksidne radikale, što rezultira nizom reakcija oksidativne degradacije. Poliuretan s polibutadienskim molekularnim lancem kao mekim segmentom ima slabu polarnost, lošu kompatibilnost između mekih i tvrdih segmenata i slabu čvrstoću elastomera. Zbog steričke smetnje, mekani segment koji sadrži bočni lanac ima slabe vodikove veze, slabu kristalnost, a čvrstoća je lošija od one istog mekog segmenta glavnog lanca bez bočne skupine poliuretana. Molekularna težina mekog segmenta ima utjecaj na mehanička svojstva poliuretana. Općenito govoreći, pod pretpostavkom da je molekularna težina poliuretana ista, čvrstoća poliuretanskog materijala opada s povećanjem molekularne težine mekog segmenta; ako je mekani segment poliesterski lanac, čvrstoća polimernog materijala polako opada s povećanjem molekularne težine poliester diola; Ako je mekani segment polieterski lanac, čvrstoća polimernog materijala opada s povećanjem molekularne težine polieter glikola, ali produljenje raste. To je zbog visoke polarnosti mekog segmenta estera i velike međumolekularne sile, koja može djelomično nadoknaditi smanjenje čvrstoće poliuretanskog materijala zbog povećanja molekularne težine i povećanja sadržaja mekog segmenta. Mekani segment polietera slab je u polarnosti. Ako se molekulska težina povećava, sadržaj tvrdog segmenta u odgovarajućem poliuretanu se smanjuje, što rezultira smanjenjem čvrstoće materijala. Zhu Jinhua i sur. [9] sintetizirali su niz poliuretanskih blok kopolimera i graft kopolimera koji sadrže različite mekane segmente i testirali su njihova dinamička mehanička svojstva. Rezultati su pokazali da kompatibilnost poliuretanskih kopolimera i lanca makromolekula povezana sa strukturom, prisutnost lanaca cijepljenja ima značajan učinak na kompatibilnost i svojstva prigušenja poliuretanskih blok kopolimera. Općenito, učinak molekularne težine mekog segmenta na svojstva otpornosti i toplinskog starenja poliuretanskih elastomera nije značajan. Kristaličnost mekog segmenta ima veliki doprinos kristalnosti linearnog poliuretana. Općenito govoreći, kristalnost je korisna za povećanje čvrstoće poliuretana. Ali ponekad kristalizacija smanjuje fleksibilnost materijala pri niskim temperaturama, a kristalni polimeri često su neprozirni. Kako bi se izbjegla kristalizacija, integritet molekule može se smanjiti, kao što je korištenje kopoliestera ili kopolieter poliola, ili miješanog poliola, miješanog produživača lanca, itd.
e. Utjecaj tvrdog segmenta na svojstva poliuretanskog elastomera
Struktura tvrdog segmenta jedan je od glavnih čimbenika koji utječu na toplinsku otpornost poliuretanskih elastomera. Struktura diizocijanata i produživača lanca koji čine segment poliuretanskog elastomera je različita, što također utječe na otpornost na toplinu. Tvrdi segment poliuretanskog materijala sastoji se od poliizocijanata i produživača lanca. Sadrži jake polarne skupine kao što su uretanska skupina, arilna skupina i supstituirana urea skupina. Obično, kruti segment formiran od aromatskog izocijanata nije lako promijeniti, te se rasteže na sobnoj temperaturi. štapićastog oblika. Tvrdi segmenti obično utječu na visokotemperaturna svojstva poliuretana, kao što su omekšavanje, temperatura taljenja. Često korišteni diizocijanati su TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI itd., često korišteni alkoholi su etilen glikol, -butandiol, heksandiol itd., a često korišteni amini su MOCA, EDA, DETDA itd. Vrsta tvrdog segmenta odabire se prema željenim mehaničkim svojstvima polimera, kao što su maksimalna uporabna temperatura, otpornost na vremenske uvjete, topljivost itd., a treba uzeti u obzir i njegovu ekonomičnost. Različite strukture diizocijanata mogu utjecati na pravilnost tvrdog segmenta i stvaranje vodikovih veza, čime imaju veći utjecaj na čvrstoću elastomera. Općenito govoreći, aromatski prsten koji sadrži izocijanat čini da tvrdi segment ima veću krutost i kohezivnu energiju, što općenito povećava čvrstoću elastomera.
Kruti segment koji sadrži skupinu uree sastavljen od diizocijanata i produživača lanca diamina vrlo je lako oblikovati plastičnu mikro-domenu zbog velike kohezije skupine uree, a poliuretan sastavljen od ovog krutog segmenta sklon je mikrofazi. odvajanje. Općenito govoreći, što je veća krutost krutog segmenta koji čini poliuretan, lakše dolazi do razdvajanja mikrofaze. U poliuretanu, što je veći sadržaj krutog segmenta, vjerojatnije je da dolazi do razdvajanja mikrofaze.
Produživač lanca povezan je sa strukturom tvrdog segmenta poliuretanskog elastomera i ima velik utjecaj na performanse elastomera. U usporedbi s poliuretanom s produljenim lancem alifatskog diola, poliuretan s produljenim lancem koji sadrži diamin aromatskog prstena ima veću čvrstoću, jer produživač lanca amina može formirati ureansku vezu, a polaritet ureanske veze je veći od polariteta uretanske veze. . Štoviše, razlika u parametrima topljivosti između tvrdog segmenta veze uree i mekog segmenta polietera je velika, tako da tvrdi segment poliuree i meki segment polietera imaju veću termodinamičku nekompatibilnost, što čini poliuretanureu boljom mikrofaznom separacijom. [10], prema tome poliuretan s produljenim lancem diamina ima veću mehaničku čvrstoću, modul, viskoelastičnost, otpornost na toplinu i bolje performanse pri niskim temperaturama od poliuretana s produljenim lancem diola. Lijevani poliuretanski elastomeri uglavnom koriste aromatske diamine kao produživače lanca jer poliuretanski elastomeri pripremljeni od njih imaju dobra sveobuhvatna svojstva. Xu Guangjie i sur. [11] izvijestili su da su polioli karboksilnog estera pripremljeni reakcijom anhidrida maleinske kiseline s poliolima, a zatim reakcijom s drugim monomerima kao što je TDI-80, agensima za umrežavanje i produživačima lanca kako bi se dobili polioli koji sadrže karboksil. Poliuretanski predpolimer dispergiran je u vodenoj otopini trietanolamina kako bi se dobio poliuretan na bazi vode, a proučavan je i utjecaj vrste i količine produživača lanca na performanse smole, te je utvrđeno da je aminski produživač lanca učinkovitiji od produživač hidroksilnog lanca Korisno je poboljšati mehanička svojstva smole. Korištenje bisfenola A kao produživača lanca ne samo da može poboljšati mehanička svojstva smole, već i povećati temperaturu staklastog prijelaza smole, proširiti širinu vrha unutarnjeg trenja i poboljšati raspon temperature smole u kožnom stanju [ 12]. Struktura diamin produživača lanca koji se koristi u poliuretan urei izravno utječe na vodikovu vezu, kristalizaciju i razdvajanje mikrofazne strukture u materijalu i uvelike određuje učinkovitost materijala [13]. S povećanjem udjela tvrdog segmenta postupno se povećavala vlačna čvrstoća i tvrdoća poliuretanskog materijala, a smanjivalo istezanje pri prekidu. To je zato što postoji mikrofazno odvajanje između faze s određenim stupnjem kristalnosti koju tvori tvrdi segment i amorfne faze koju tvori meki segment, a kristalno područje tvrdog segmenta djeluje kao učinkovita točka unakrsnog povezivanja. Također igra ulogu sličnu ojačanju punila za amorfno područje mekog segmenta. Kada se sadržaj poveća, pojačava se učinak ojačanja i učinkovit učinak umrežavanja tvrdog segmenta u mekom segmentu, što potiče povećanje čvrstoće materijala.
f. Utjecaj umrežavanja na svojstva poliuretanskih elastomera
Umjereno intramolekularno umrežavanje može povećati tvrdoću, temperaturu omekšavanja i modul elastičnosti poliuretanskih materijala, te smanjiti istezanje pri prekidu, trajnu deformaciju i bubrenje u otapalima. Za poliuretanske elastomere, pravilno umrežavanje može proizvesti materijale s izvrsnom mehaničkom čvrstoćom, visokom tvrdoćom, elastičnošću i izvrsnom otpornošću na habanje, otpornost na ulja, ozon i toplinu. Međutim, ako je umrežavanje prekomjerno, svojstva kao što su vlačna čvrstoća i istezanje mogu se smanjiti. U blok poliuretanskim elastomerima, kemijsko umrežavanje može se podijeliti u dvije kategorije: (1) upotreba trofunkcionalnih produživača lanca (kao što je TMP) za formiranje umrežujuće strukture; (2) korištenje viška izocijanata za reakciju u obliku dikondenzata uree (putem urea skupina) ili alofanata (putem uretan skupina) umrežavanje. Umrežavanje ima značajan učinak na stupanj vodikovog povezivanja, a stvaranje poprečnih veza uvelike smanjuje stupanj vodikovog povezivanja materijala, ali kemijsko umrežavanje ima bolju toplinsku stabilnost od fizičkog umrežavanja uzrokovanog vodikovim vezama. Kada su učinci kemijske umrežene mreže na morfologiju, mehanička svojstva i toplinska svojstva poliuretan urea elastomera proučavani pomoću FT-IR i DSC, otkriveno je da poliuretan urea elastomeri s različitim mrežama umreženja imaju različite morfologije. Kako se gustoća povećava, stupanj mikrofaznog miješanja elastomera se povećava, temperatura staklastog prijelaza mekog segmenta značajno raste, a 300-postotna vlačna čvrstoća elastomera postupno raste, dok se istezanje pri prekidu postupno smanjuje. Kada , mehanička svojstva (vlačna čvrstoća i čvrstoća na trganje) elastomera dostižu najveća.
4. Primjena poliuretanskih elastomera
a. Primjena u pripremi ugljena, rudarstvu, metalurgiji i drugim industrijama
Poliuretanski elastomeri su najnemetalniji materijali koji zadovoljavaju zahtjeve rudnika i mogu zamijeniti neke metalne materijale. Proizvodi od poliuretanskog elastomera za planine uključuju sitaste ploče, elastomerne obloge, pokretne trake i slično. Sita od poliuretanske gume uključuju sita za opuštanje, sita za zatezanje, sita s prorezima, itd. Sita od poliuretanske gume imaju karakteristike izvrsne otpornosti na habanje, otpornosti na vodu, otpornosti na ulja, apsorpcije vibracija i smanjenja buke, visoke čvrstoće, snažnog povezivanja s metalnim okvirom, niske buka, dobar učinak samočišćenja, smanjenje opterećenja zaslona, ušteda energije i produljenje vremena zaslona. Život stroja, visoka kvaliteta prosijavanja. Mnoga oprema za rudarstvo kao što su tresilice, posebni koncentratori, strojevi za flotaciju, koncentratori, spiralna korita, pulverizatori, koncentratori, cijevi i koljena, kontaktni materijali kao što je šljunak, i zahtijevaju obloge otporne na habanje; rudarske jednotračne dizalice Pogonski kotač od uretana s čeličnom jezgrom, transportna traka od poliuretana otporna na plamen i antistatička, TPU plašt kabela opreme, prsten za prašinu, apsorpcija udara itd., poliuretanski elastomer je preferirani materijal.
b. Valjak od poliuretanske gume
Poliuretanski gumeni valjak je vrsta proizvoda od poliuretanske gume s izvrsnim performansama, koji se općenito izrađuje od čelika ili željeza prekrivenog slojem poliuretanskog elastomera postupkom lijevanja. Prema namjeni razlikuju se: gumeni valjci za ljuštenje za preradu žitarica, gumeni valjci za ekstruziju i gumeni valjci za pulpu u industriji papira, valjci za izvlačenje žice, valjci za izvlačenje i rezni valjci u tekstilnoj industriji, drvnoj, staklenoj i ambalažnoj gumeni valjci za prijenosne ležajeve. koriste se u industriji, razni gumeni valjci za strojeve za tiskanje i bojanje, mali gumeni valjci za razne instrumente, prijenosni gumeni valjci za transportne sustave, tiskarski gumeni valjci, metalni hladno valjani prijenosni gumeni valjci, valjci za nanošenje boje metalnih čeličnih ploča itd., guma sloj ovih gumenih valjaka može biti izrađen od poliuretanskog elastomera. Većina gumenih valjaka proizvodi se postupkom lijevanja. Općenito, čelična jezgra se postavlja u središte cilindričnog kalupa i elastomer se lijeva. Posebni krevetići mogu koristiti centrifugalno ili centrifugalno lijevanje. Spin lijevanje eliminira potrebu za kalupima i koristi vulkanizaciju na sobnoj temperaturi za lijevanje elastomernih sustava, smanjujući ukupno vrijeme obrade.
c. Kotači i gume od poliuretanske gume
Poliuretanski elastomer ima veliku nosivost, otpornost na habanje, otpornost na ulje i čvrsto je vezan za metalni okvir. Može se koristiti za proizvodnju gumenih valjaka koji se široko koriste u raznim prijenosnim mehanizmima, kao što su; pokretne trake proizvodne linije, valjci za vođenje, tobogani žičare itd. . U smjeru sporta i zabave, svi kotači vrhunskih koturaljka i skutera izrađeni su od poliuretana. Kotač od uretanske gume također ima karakteristike otpornosti na ulje, dobre žilavosti i jakog prianjanja. Poliuretan se također koristi u malim elektroničkim i preciznim prijenosima instrumenata, raznim univerzalnim kotačima itd. Postoje i gume s mikropjenom, gume punjene PU pjenom itd.
d. Mehanički pribor
Razni brtveni prstenovi, amortizeri, spojnice, automobilski lanci za snijeg itd.
e. Materijal za cipele
Poliuretanski elastomer ima karakteristike dobre performanse amortizacije, male težine, otpornosti na habanje, protukliznosti itd. i dobre performanse obrade. Postao je važan sintetički materijal za cipele u industriji obuće, izrađujući sportsku obuću kao što su tenisice za bejzbol, loptice za golf i nogomet. , potplati, potpetice, kapice za prste, kao i skijaške cipele, zaštitne cipele, cipele za slobodno vrijeme itd. Poliuretanski materijali koji se koriste za materijale za cipele uključuju lijevane mikroćelijske elastomere i termoplastične poliuretanske elastomere itd., a potplati od mikroćelijskih elastomera su glavni . Poliuretanski mikroćelijski elastomer male je težine i dobre otpornosti na abraziju. Omiljeni su proizvođači cipela. Proizvod ima nisku gustoću i mnogo je lakši od tradicionalnih gumenih potplata i PVC materijala za cipele. Mikroporozni poliuretanski elastomeri uglavnom se koriste u potplatima i ulošcima putnih cipela, kožnih cipela, sportskih cipela, sandala itd. u Kini. Uglavnom se koriste u potplatima posebnih sportskih cipela koje zahtijevaju otpornost na habanje i elastičnost u inozemstvu. Dizajn se može diverzificirati. TPU peta za visoku otpornost na habanje. Toplinski razgradivo sredstvo za pjenjenje može se dodati u injekcijskom prešanju kako bi se napravio pjenasti TPU elastični materijal za cipele.
f. Obloga kalupa i šablona za oblikovanje dijelova od lima itd.
Kod probijanja tankih limova s konvencionalnim čeličnim matricama često se pojavljuju neravnine na površini loma. Tehnologija utiskivanja zamjene tradicionalnog čeličnog kalupa s poliuretanskom gumom je napredak u tehnologiji utiskivanja metalnih limova, koji može uvelike skratiti proizvodni ciklus kalupa, produžiti radni vijek kalupa, smanjiti troškove proizvodnje oblikovanih dijelova i poboljšati kvalitetu površine i točnost dimenzija dijelova, posebno pogodan za Pogodan je za probnu proizvodnju malih i srednjih serija i jednodijelnih proizvoda, a pogodniji je za tanke i složene dijelove za štancanje. U proizvodnim linijama za pločice i keramiku, upotreba kalupa za obloge od PU elastomera može smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati učinkovitost proizvodnje i prinos. Poliuretan se može koristiti za izradu betonskih kalupa. Poliuretanski kalupi mogu se koristiti za reprodukciju različitih uzoraka i izradu ukrasnih blokova. U proizvodnji utiskivanja metalnih kalupa, poliuretanske elastomerne šipke, cijevi i pločasti jastučići koriste se umjesto metalnih opruga kao komponente tampona, s visokom elastičnošću, fleksibilnošću, kompresijom Visoka čvrstoća deformacije, bez oštećenja kalupa.
g. Proizvodi od medicinskog elastomera
Medicinski poliuretanski elastomeri su u inozemstvu uglavnom termoplastični poliuretani, a postoji i mala količina lijevanih poliuretanskih elastomera i mikroćelijskih elastomera. Zbog svoje visoke čvrstoće, otpornosti na habanje, biokompatibilnosti, bez plastifikatora i drugih inertnih dodataka malih molekula, poliuretanski elastomeri zauzimaju važno mjesto u medicinskim polimernim materijalima. Medicinski poliuretanski proizvodi uključuju poliuretanska crijeva za gastroskop, medicinska crijeva, umjetne i dijafragme i materijale za kapsuliranje, poliuretanske elastične zavoje, trahealne nastavke itd. [14].
h. Cijevi
Koristeći fleksibilnost, visoku vlačnu čvrstoću, čvrstoću na udarce, otpornost na niske temperature, otpornost na visoke temperature i visoku tlačnu čvrstoću poliuretanskih elastomera, mogu se izraditi u razna crijeva i tvrde cijevi, kao što su visokotlačna crijeva, medicinski kateteri, uljne cijevi , cijevi za dovod zraka, cijevi za dovod goriva, crijeva za boju, vatrogasna crijeva, cijevi za dovod plinskih materijala, itd. Uretanske cijevi uglavnom su ekstrudirane od termoplastičnog poliuretana.
