폴리우레탄 엘라스토머의 소프트 세그먼트가 기계적 특성에 미치는 영향
우레탄 엘라스토머 (PUE)는 주로 올리고머 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제로부터 원료로 합성된다. 그것의 기계적 특성은 넓은 범위에서 조정할 수 있습니다. 필요에 따라 적절한 원료를 선택하여 필요에 맞는 제품을 준비하여 합성 할 수 있습니다. 일반적으로 올리고머 폴리올은 폴리우레탄의 연질 세그먼트를 구성하고, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제는 경질 세그먼트를 구성하고, 소프트 세그먼트와 경질 세그먼트 사이에서 미세상 분리가 일어나므로, PUE가 우수한 성능을 갖는다. PUE에 대한 많은 분류 방법이 있습니다 : 가공 기술에 따라 주조 유형, 열가소성 유형 및 혼합 유형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 화학 반응 공정에 따라, 그것은 하나의 단계 방법과 두 단계 방법으로 나눌 수 있습니다; 알코올 종류는 폴리에테르형과 폴리에스테르형으로 나눌 수 있다.
1 실험 부분
1.1 원자재 및 장비
테트라히드로푸란 호모폴리에테르폴리올 (PTMG): Mn=1000 및 Mn=2000, 일본 미쓰비시 케미칼 코포레이션, 산업 제품; 폴리카프로락톤 폴리올 (PCL): Mn=2000, 일본 다이셀 화학 공업 주식회사, 산업 제품; 폴리부틸렌 아디페이트 디올 (PBA, Mn = 1000, 2000), 폴리에틸렌 아디페이트 디올 (PEA, Mn = 2000) : 연대 화다 화학 (주) 제조, 산업 제품; 폴리카보네이트 디올 (PCDL): Mn=2000, 아사히 카세이 화학 주식회사, 산업 제품; 4, 4' – 디페닐메탄디이소시아네이트 (MDI): 연대 완화 폴리우레탄 유한 회사, 산업 제품; 1, 4 - 부탄디올 (BDO) : 베이징 화학 공장, 분석 등급; 디부틸주석 디라우레이트 (T12): 톈진 루이진테 케미칼 유한 회사, 시약 등급.
전자 보편적인 시험기: 모형 CMT6104의 심천 Xinsansi 측정 기술 Co., 주식 회사; 고무 듀로미터 : 모델 LX-A, Yingkou 실험 재료 공장.
1.2 PUE의 합성
1.2.1 프리폴리머 준비
올리고머 폴리올을 진공 하에서 100∼110°C에서 2시간 동안 탈수시키고, 사용을 위해 50∼55°C로 냉각시키는 단계; 녹은 MDI를 3구 병에 붓고, MDI 온도가 50 ~ 55 °C로 떨어지면 계량 된 좋은 올리고머 폴리올을 첨가하고, 먼저 가열하지 않고 30 분 동안 자연적으로 반응 한 다음 80 ~ 85 °C에서 2 시간 동안 교반하고 가열하여 NCO의 질량 분율을 분석하기 위해 샘플을 채취하고, 분석 값이 설계 값에 가까울 때 반응을 종료하십시오. 예비중합체가 얻어질 수 있으며, 이는 추후 사용을 위해 밀봉되고 저장된다.
1.2.2 엘라스토머 준비
적절한 양의 예비중합체를 계량하고, BDO 및 T12를 비례하여 첨가하고, 빠르고 고르게 저어주고, 예열된 120°C 플랫 몰드에 부은 다음, 겔 포인트에 도달하면 30분 동안 프레스 및 경화시킨다. 기계적 특성은 실온에서 24h 동안 오븐에서 18h 동안 경화시킨 후 시험하였다.
1.3 시험 방법
NCO 함량은 HG / T2409-1992에 따라 결정됩니다. 해안 A 경도는 GB / T531.1-2008에 따라 결정됩니다. 300 % 인장 응력, 파단 신율 및 인장 강도는 GB / T528-2009에 따라 결정됩니다. 인열 강도는 GB / T531.1-2008 GB / T529-2008 결정에 따라 결정됩니다.
2.1 올리고머 폴리올이 PUE의 기계적 특성에 미치는 영향
올리고머 폴리올의 상이한 유형 및 분자 구조는 PUE의 기계적 특성에 직접적인 영향을 미친다. 동일한 상대 분자 질량을 갖는 폴리에테르폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 사용하고(둘 다 2000), 연질 세그먼트의 질량 분율을 55%로 유지하고, MDI로 프레폴리머를 합성하고, 사슬 연장 계수 [n(OH) 시스템에서의 n(OH):n(NCO)]는 1이고, 프레폴리머는 BDO로 사슬-연장되고, 제조된 PUE의 기계적 특성은 표 1에 나타내었다.
표 1로부터 프리폴리머의 w(NCO)가 동일할 때, 그의 연질 세그먼트가 PCL, PBA, PEA 및 PCDL인 PUE의 기계적 특성이 일반적으로 그의 연질 세그먼트가 PTMG인 것보다 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 이는 PCL, PBAPEA 및 PCDL이 모두 에스테르기 내부를 가진 폴리에스테르 폴리올인 반면, PTMG는 에테르기 내부를 가진 폴리에테르폴리올이고, 에스테르기는 에테르기보다 더 극성이기 때문에 폴리우레탄 내부를 쉽게 수소 결합이 생성되고 기계적 특성이 우수하기 때문이다. 폴리에스터 PUE에서, PCDL은 탄산염기를 포함하기 때문에, 극성이 가장 크고, 수득된 PUE는 연질 세그먼트에서 가장 높은 결정화도를 가지므로, 경도 및 인장 강도가 가장 높고, 파단 신도가 가장 낮다; PCL에서 에스테르기의 함량이 가장 낮은 쇼어 A 경도 및 인장 강도, 및 파단 신도가 가장 높음; PBA와 PEA는 PEA 에스테르기가 더 많지만 사슬 연장제가 BDO를 사용하기 때문에 두 히드록실기 사이의 탄소 원자수는 4이고 PEA는 PBA보다 2 개의 탄소 원자가 적습니다. PBA와 BDO의 구조는 더 유사하고, 생성 된 폴리 우레탄은 더 규칙적이며, 결정성은 더 강하다. 따라서, 소프트 세그먼트로서 PBA에 의해 합성된 PUE의 성능은 PEA의 성능보다 우수하다.
2.2 올리고머 폴리올의 상대 분자량이 PUE의 기계적 특성에 미치는 영향
상이한 상대 분자량을 갖는 동일한 종류의 올리고머 폴리올이 폴리우레탄을 합성하는데 사용되는데, 이는 연질 세그먼트의 크기가 다르기 때문에, PUE의 기계적 특성에 대한 영향 또한 다르기 때문이다. 상대 분자량이 다른 폴리에테르 폴리올과 폴리에스테르 폴리올을 사용하고, 동일한 w(NCO)를 유지하고, MDI로 프리폴리머를 합성하고, BDO를 사슬 연장제로 사용하고, 사슬 연장 계수는 1입니다. 제조된 엘라스토머의 기계적 특성은 표 2에 나타내었다.
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, PBA에 의해 합성된 폴리에스테르 PUE인지 PTMG에 의해 합성된 폴리에테르 PUE인지, 프레폴리머의 w(NCO)가 동일할 때, 올리고머 폴리올의 상대적 분자량의 증가와 함께, PUE는 감소될 것이다. 경도, 300 % 인장 응력, 인장 강도 및 인열 강도는 감소한 반면, 파단 신도는 증가했습니다. 올리고머 폴리올의 상대 분자 질량이 증가하면, 제조된 PUE의 극성이 감소하고, 이는 수소 결합의 형성에 도움이되지 않으며, 연질 세그먼트와 경질 세그먼트 사이의 미세상 분리의 정도가 약화되고, 관련 경도, 모듈러스 및 강도가 감소된다; 올리고머 폴리올의 상대적 분자 질량이 증가하여 수소 결합 간의 상호 작용을 약화시키고 연질 세그먼트의 결정화 경향을 줄이며 PUE의 높은 탄성을 유지하며 파단 신도를 증가시킵니다.
2.3 NCO 함량이 폴리우레탄 엘라스토머의 기계적 특성에 미치는 영향
프레폴리머의 상이한 NCO 함량은 합성 PUE의 상이한 소프트 세그먼트의 함량으로 이어질 것이고, 따라서 엘라스토머의 기계적 특성에 영향을 미칠 것이다. 첫째, 동일한 상대 분자 질량의 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 MDI로 상이한 NCO 값을 갖는 예비중합체를 합성하였다. 물리적 및 기계적 특성은 표 3에 나타내었다.
표 3으로부터 PTMG에 의해 합성된 PBA 또는 폴리에테르 PUE에 의해 합성된 폴리에스테르 PUE가 프레폴리머 w(NCO)의 증가에 따라, PUE의 경도, 300% 인장 응력, 인장강도 및 인열 강도가 증가함을 알 수 있다. 파단 강도는 증가하고, 파단 신도는 감소합니다. 이는 프리폴리머 내의 w(NCO)가 높을수록, 폴리이소시아네이트의 함량이 높을수록, 동시에 사슬 연장제의 양이 증가할 것이고, 이는 PUE의 경질 세그먼트 함량을 증가시키고 경도를 증가시킬 것이기 때문이다; 프레폴리머 내의 w(NCO)는 증가할 것이다. ), 우레탄기가 증가하고, 폴리우레탄의 극성이 커지고, 미세상 분리도가 증가하여 모듈러스와 강도가 증가한다. w(NCO)의 증가는 폴리우레탄 내부에 수소 결합을 형성하기 쉽게 만들고, 수소 결합 상호작용이 증가한다. 크면 연신율이 감소합니다.
2.4 PUE의 기계적 특성에 대한 체인 확장 계수의 영향
사슬 연장 계수가 상이하면, 사용된 사슬 연장제의 양이 상이할 것이고, 이는 합성 PUE 연질 세그먼트의 상이한 함량으로 이어질 것이고, 따라서 PUE의 기계적 특성에 영향을 미칠 것이다. 동일한 상대 분자 질량의 폴리에테르폴리올 및 폴리에스테르폴리올을 사용하여, 동일한 w(NCO)를 유지하고, MDI로 프레폴리머를 합성한 다음, 사슬 연장 계수를 변경하고, BDO를 사용하여 프리폴리머의 사슬을 연장시키고, 제조된 PUE 역학의 성능을 표 4에 나타내었다.
상기 표 4로부터 PTMG에 의해 합성된 PBA에 의해 합성된 폴리에스테르 PUE인지 또는 폴리에테르 PUE에 의해 합성되었는지의 여부가 알 수 있으며, 프레폴리머의 w(NCO)가 동일할 때, 사슬 연장계수의 증가와 함께, PUE의 경도, 300% 인장응력, 파단신율, 인장강도 및 인열강도가 먼저 증가한 후 감소하였으며, 체인 확장 계수가 1.00 일 때 기계적 특성이 가장 좋았습니다. 이는 사슬 연장 계수가 1.00일 때, 폴리우레탄 엘라스토머는 가장 높은 선형성도를 갖는 장쇄 분자를 형성하는 경향이 있고, PUE는 이 때 가장 우수한 기계적 특성을 갖기 때문이다. 사슬 연장 계수가 1.00보다 낮 으면 사슬 연장제의 불충분 한 양으로 인해 거대 분자 긴 사슬을 형성 할 수 없으며 폴리 우레탄 성능이 낮습니다. 체인 확장 계수가 1.00보다 크면 과도한 체인 연장제로 인해 체인 확장 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 잔류물이 존재하며, 이들 잔류물은 PUE의 기계적 특성을 저하시키는 가소제로서 작용한다.
결론
(1) 프리폴리머 w(NCO)가 동일한 경우: 소프트 세그먼트가 PCL, PBA, PEA 및 PCDL인 PUE의 기계적 특성은 일반적으로 소프트 세그먼트가 PTMG인 PUE보다 우수합니다. 경도, 300 % 인장 응력, 인장 강도 및 인열 강도는 감소한 반면, 파단 신도는 증가했습니다. 사슬 연장계수의 증가에 따라, 경도, 300% 인장 응력, 파단 신율, PUE의 인장 강도 및 인열 강도는 먼저 증가한 다음 감소하는 경향을 보였으며, 사슬 연장 계수가 1.00일 때는 기계적 특성이 가장 우수하였다.
(2) 프리폴리머 w(NCO)의 증가에 따라, 경도, 300% 인장 응력, 인장 강도 및 PUE의 인열 강도는 증가한 반면, 파단 신도는 감소하였다.
