เสถียรภาพทางความร้อนและมาตรการปรับปรุงของอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทน

สิ่งที่เรียกว่าโพลียูรีเทนโพลียูรีเทน (polyurethane) เป็นคำย่อของโพลีไอโซไซยาเนต (polyisocyanates) ซึ่งเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างโพลีออล (polyols) และโพลีออล (polyols) โดยมีหมู่เอมีโนเอสเทอร์ (-NH-CO-O-) ซ้ำกันหลายหมู่ในสายโมเลกุล ในเรซินโพลียูรีเทนที่สังเคราะห์ขึ้นจริง นอกจากหมู่เอมีโนเอสเทอร์แล้ว ยังมีหมู่ยูเรีย (urea) และไบยูเรต (biuret) อีกด้วย โพลีออลเป็นโมเลกุลสายยาวที่มีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ที่ปลาย ซึ่งเรียกว่า "ส่วนสายโซ่อ่อน" ในขณะที่โพลีไอโซไซยาเนตเรียกว่า "ส่วนสายโซ่แข็ง"
ในบรรดาเรซินโพลียูรีเทนที่เกิดจากส่วนของโซ่แบบอ่อนและแข็ง มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่เป็นเอสเทอร์ของกรดอะมิโน ดังนั้นจึงอาจไม่เหมาะสมที่จะเรียกพวกมันว่าโพลียูรีเทน ในความหมายกว้างๆ โพลียูรีเทนคือสารเติมแต่งของไอโซไซยาเนต
ไอโซไซยาเนตชนิดต่างๆ ทำปฏิกิริยากับสารประกอบโพลีไฮดรอกซีเพื่อสร้างโครงสร้างต่างๆ ของโพลียูรีเทน ทำให้ได้วัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน เช่น พลาสติก ยาง สารเคลือบ เส้นใย กาว เป็นต้น ยางโพลียูรีเทน
ยางโพลียูรีเทนเป็นยางชนิดพิเศษที่ผลิตขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างโพลีอีเทอร์หรือโพลีเอสเตอร์กับไอโซไซยาเนต มีหลายชนิดเนื่องจากชนิดของวัตถุดิบ สภาวะการทำปฏิกิริยา และวิธีการเชื่อมโยงที่แตกต่างกัน จากมุมมองโครงสร้างทางเคมี มีประเภทโพลีเอสเตอร์และโพลีอีเทอร์ และจากมุมมองวิธีการแปรรูป มีสามประเภท ได้แก่ ประเภทผสม ประเภทหล่อ และประเภทเทอร์โมพลาสติก
โดยทั่วไป ยางโพลียูรีเทนสังเคราะห์จะสังเคราะห์ขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างโพลีเอสเตอร์หรือโพลีอีเทอร์เชิงเส้นกับไดไอโซไซยาเนตเพื่อสร้างพรีโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ จากนั้นจึงทำปฏิกิริยาต่อสายโซ่เพื่อสร้างโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง หลังจากนั้นจึงเติมสารเชื่อมโยงที่เหมาะสมและให้ความร้อนเพื่อบ่มให้กลายเป็นยางวัลคาไนซ์ วิธีนี้เรียกว่าการเตรียมพรีโพลีเมอร์หรือวิธีสองขั้นตอน
นอกจากนี้ยังสามารถใช้วิธีขั้นตอนเดียวได้เช่นกัน โดยการผสมโพลีเอสเตอร์เชิงเส้นหรือโพลีอีเทอร์เข้ากับไดไอโซไซยาเนต สารเพิ่มความยาวโซ่ และสารเชื่อมโยงโดยตรง เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาและสร้างยางโพลียูรีเทน
ส่วน A ในโมเลกุลของ TPU ทำให้โซ่โมเลกุลขนาดใหญ่หมุนได้ง่าย ส่งผลให้ยางโพลียูรีเทนมีความยืดหยุ่นที่ดี ลดจุดอ่อนตัวและจุดเปลี่ยนสถานะทุติยภูมิของพอลิเมอร์ และลดความแข็งและความแข็งแรงเชิงกล ส่วน B จะยึดการหมุนของโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ ทำให้จุดอ่อนตัวและจุดเปลี่ยนสถานะทุติยภูมิของพอลิเมอร์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความแข็งและความแข็งแรงเชิงกลเพิ่มขึ้น และความยืดหยุ่นลดลง การปรับอัตราส่วนโมลระหว่าง A และ B สามารถผลิต TPU ที่มีคุณสมบัติเชิงกลแตกต่างกันได้ โครงสร้างการเชื่อมโยงของ TPU ต้องพิจารณาไม่เพียงแต่การเชื่อมโยงหลักเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเชื่อมโยงทุติยภูมิที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลด้วย พันธะการเชื่อมโยงหลักของโพลียูรีเทนแตกต่างจากโครงสร้างการวัลคาไนซ์ของยางไฮดรอกซิล หมู่เอสเทอร์อะมิโน หมู่ไบยูเรต หมู่ยูเรียฟอร์เมต และหมู่ฟังก์ชันอื่นๆ จัดเรียงอยู่ในส่วนของโซ่แข็งที่สม่ำเสมอและมีระยะห่าง ส่งผลให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายที่สม่ำเสมอของยาง ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยมและคุณสมบัติอื่นๆ ที่ยอดเยี่ยม ประการที่สอง เนื่องจากยางโพลียูรีเทนมีหมู่ฟังก์ชันที่มีการยึดเกาะสูงจำนวนมาก เช่น หมู่ยูเรียหรือหมู่คาร์บาเมต พันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโซ่โมเลกุลจึงมีความแข็งแรงสูง และพันธะเชื่อมโยงทุติยภูมิที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนก็มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติของยางโพลียูรีเทน การเชื่อมโยงทุติยภูมิทำให้ยางโพลียูรีเทนมีลักษณะของอีลาสโตเมอร์เทอร์โมเซตติงในด้านหนึ่ง และในอีกด้านหนึ่ง การเชื่อมโยงนี้ไม่ใช่การเชื่อมโยงที่แท้จริง ทำให้เป็นการเชื่อมโยงเสมือน การเชื่อมโยงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การเชื่อมโยงนี้จะค่อยๆ อ่อนลงและหายไป โพลิเมอร์จะมีความลื่นไหลในระดับหนึ่งและสามารถนำไปแปรรูปเป็นเทอร์โมพลาสติกได้ เมื่ออุณหภูมิลดลง การเชื่อมโยงนี้จะค่อยๆ ฟื้นตัวและก่อตัวขึ้นอีกครั้ง การเติมสารตัวเติมในปริมาณเล็กน้อยจะเพิ่มระยะห่างระหว่างโมเลกุล ลดความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล และนำไปสู่การลดลงอย่างมากของความแข็งแรง จากการวิจัยพบว่า ลำดับความเสถียรของหมู่ฟังก์ชันต่างๆ ในยางโพลียูรีเทนจากสูงไปต่ำ คือ เอสเทอร์ อีเทอร์ ยูเรีย คาร์บาเมต และไบยูเรต ตามลำดับ ในกระบวนการเสื่อมสภาพของยางโพลียูรีเทน ขั้นตอนแรกคือการแตกของพันธะเชื่อมโยงระหว่างไบยูเรตและยูเรีย ตามด้วยการแตกของพันธะคาร์บาเมตและยูเรีย ซึ่งก็คือการแตกของสายโซ่หลัก
01 การทำให้อ่อนตัวลง
อีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทน เช่นเดียวกับวัสดุพอลิเมอร์หลายชนิด จะอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงและเปลี่ยนจากสถานะยืดหยุ่นไปเป็นสถานะไหลหนืด ส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงกลลดลงอย่างรวดเร็ว จากมุมมองทางเคมี อุณหภูมิการอ่อนตัวของความยืดหยุ่นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น องค์ประกอบทางเคมี น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ และความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้าม
โดยทั่วไปแล้ว การเพิ่มน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ การเพิ่มความแข็งแกร่งของส่วนแข็ง (เช่น การเพิ่มวงแหวนเบนซีนเข้าไปในโมเลกุล) และปริมาณของส่วนแข็ง รวมถึงการเพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมโยง ล้วนเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มอุณหภูมิการอ่อนตัว สำหรับเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ โครงสร้างโมเลกุลส่วนใหญ่เป็นแบบเส้นตรง และอุณหภูมิการอ่อนตัวของอีลาสโตเมอร์ก็จะเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นด้วย
สำหรับอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทนแบบเชื่อมโยงข้าม ความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้ามมีผลกระทบมากกว่าน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ ดังนั้น ในการผลิตอีลาสโตเมอร์ การเพิ่มฟังก์ชันของไอโซไซยาเนตหรือโพลีออลสามารถสร้างโครงสร้างการเชื่อมโยงข้ามทางเคมีแบบเครือข่ายที่เสถียรต่อความร้อนในโมเลกุลยืดหยุ่นบางส่วน หรือการใช้สัดส่วนไอโซไซยาเนตที่มากเกินไปเพื่อสร้างโครงสร้างการเชื่อมโยงข้ามไอโซไซยาเนตที่เสถียรในเนื้ออีลาสโตเมอร์ เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความทนทานต่อความร้อน ความทนทานต่อตัวทำละลาย และความแข็งแรงเชิงกลของอีลาสโตเมอร์
เมื่อใช้ PPDI (p-phenyldiisocyanate) เป็นวัตถุดิบ เนื่องจากหมู่ไอโซไซยาเนตสองหมู่เชื่อมต่อโดยตรงกับวงแหวนเบนซีน ทำให้ส่วนแข็งที่เกิดขึ้นมีปริมาณวงแหวนเบนซีนสูงขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของส่วนแข็งและเพิ่มความทนทานต่อความร้อนของอีลาสโตเมอร์
ในเชิงกายภาพ อุณหภูมิอ่อนตัวของอีลาสโตเมอร์ขึ้นอยู่กับระดับการแยกเฟสระดับจุลภาค จากรายงานพบว่า อุณหภูมิอ่อนตัวของอีลาสโตเมอร์ที่ไม่เกิดการแยกเฟสระดับจุลภาคจะต่ำมาก โดยมีอุณหภูมิในการแปรรูปเพียงประมาณ 70 ℃ ในขณะที่อีลาสโตเมอร์ที่เกิดการแยกเฟสระดับจุลภาคสามารถมีอุณหภูมิอ่อนตัวได้ถึง 130-150 ℃ ดังนั้น การเพิ่มระดับการแยกเฟสระดับจุลภาคในอีลาสโตเมอร์จึงเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความทนทานต่อความร้อนของอีลาสโตเมอร์
ระดับการแยกเฟสระดับจุลภาคของอีลาสโตเมอร์สามารถปรับปรุงได้โดยการเปลี่ยนการกระจายน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของส่วนโซ่และปริมาณของส่วนโซ่แข็ง ซึ่งจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อความร้อน นักวิจัยส่วนใหญ่เชื่อว่าสาเหตุของการแยกเฟสระดับจุลภาคในโพลียูรีเทนคือความไม่เข้ากันทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างส่วนอ่อนและส่วนแข็ง ชนิดของสารเพิ่มความยาวโซ่ ส่วนแข็งและปริมาณของมัน ชนิดของส่วนอ่อน และพันธะไฮโดรเจน ล้วนมีผลกระทบอย่างมากต่อปรากฏการณ์นี้
เมื่อเปรียบเทียบกับสารเพิ่มความยาวโซ่แบบไดออล สารเพิ่มความยาวโซ่แบบไดอะมีน เช่น MOCA (3,3-ไดคลอโร-4,4-ไดอะมิโนไดฟีนิลมีเทน) และ DCB (3,3-ไดคลอโร-ไบฟีนิลีนไดอะมีน) จะสร้างหมู่เอสเทอร์อะมิโนที่มีขั้วมากกว่าในอีลาสโตเมอร์ และสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างส่วนแข็งได้มากขึ้น ทำให้มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนแข็งเพิ่มขึ้น และปรับปรุงระดับการแยกเฟสระดับจุลภาคในอีลาสโตเมอร์ ในขณะที่สารเพิ่มความยาวโซ่แบบอะโรมาติกสมมาตร เช่น พี,พี-ไดไฮโดรควิโนน และไฮโดรควิโนน มีประโยชน์ต่อการทำให้ส่วนแข็งมีโครงสร้างที่เป็นมาตรฐานและเรียงตัวแน่นขึ้น จึงช่วยปรับปรุงการแยกเฟสระดับจุลภาคของผลิตภัณฑ์ได้
ส่วนประกอบเอมีโนเอสเทอร์ที่เกิดจากไอโซไซยาเนตแบบอะลิฟาติกเข้ากันได้ดีกับส่วนประกอบอ่อน ทำให้ส่วนประกอบแข็งละลายในส่วนประกอบอ่อนได้มากขึ้น ลดระดับการแยกเฟสระดับจุลภาค ส่วนประกอบเอมีโนเอสเทอร์ที่เกิดจากไอโซไซยาเนตแบบอะโรมาติกเข้ากันได้ไม่ดีกับส่วนประกอบอ่อน ในขณะที่ระดับการแยกเฟสระดับจุลภาคสูงกว่า โพลีโอเลฟินโพลียูรีเทนมีโครงสร้างการแยกเฟสระดับจุลภาคเกือบสมบูรณ์ เนื่องจากส่วนประกอบอ่อนไม่เกิดพันธะไฮโดรเจน และพันธะไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในส่วนประกอบแข็งเท่านั้น
ผลกระทบของพันธะไฮโดรเจนต่อจุดอ่อนตัวของอีลาสโตเมอร์ก็มีความสำคัญเช่นกัน แม้ว่าโพลีอีเทอร์และคาร์บอนิลในส่วนอ่อนจะสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากกับ NH ในส่วนแข็งได้ แต่ก็ยังทำให้จุดอ่อนตัวของอีลาสโตเมอร์สูงขึ้นด้วย มีการยืนยันแล้วว่าพันธะไฮโดรเจนยังคงเหลืออยู่ 40% ที่อุณหภูมิ 200 ℃
02 การสลายตัวด้วยความร้อน
หมู่เอสเทอร์อะมิโนจะเกิดการสลายตัวดังต่อไปนี้ที่อุณหภูมิสูง:
- RNHCOOR – RNC0 HO-R
- RNHCOOR – RNH2 CO2 ene
- RNHCOOR – RNHR CO2 ene
การสลายตัวด้วยความร้อนของวัสดุที่ทำจากโพลียูรีเทนมี ​​3 รูปแบบหลัก ได้แก่:
① การสร้างไอโซไซยาเนตและโพลีออลดั้งเดิม
② α— พันธะออกซิเจนบนเบส CH2 แตกออกและรวมกับพันธะไฮโดรเจนหนึ่งพันธะบน CH2 ตัวที่สองเพื่อสร้างกรดอะมิโนและแอลคีน กรดอะมิโนจะสลายตัวเป็นเอมีนปฐมภูมิหนึ่งตัวและคาร์บอนไดออกไซด์:
③ ฟอร์ม 1 เอมีนทุติยภูมิและคาร์บอนไดออกไซด์
การสลายตัวด้วยความร้อนของโครงสร้างคาร์บาเมต:
อาริล NHCO อาริล,~120 ℃;
เอ็น-อัลคิล-เอ็นเอชซีโอ-อะริล, ~180 ℃;
อาริล NHCO n-อัลคิล,~200 ℃;
เอ็น-อัลคิล-เอ็นเอชซีโอ-เอ็น-อัลคิล, ~250 ℃
ความเสถียรทางความร้อนของเอสเทอร์กรดอะมิโนนั้นเกี่ยวข้องกับชนิดของสารตั้งต้น เช่น ไอโซไซยาเนตและโพลีออล ไอโซไซยาเนตแบบอะลิฟาติกมีความเสถียรสูงกว่าไอโซไซยาเนตแบบอะโรมาติก ในขณะที่แอลกอฮอล์ไขมันมีความเสถียรสูงกว่าแอลกอฮอล์อะโรมาติก อย่างไรก็ตาม รายงานในเอกสารระบุว่าอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อนของเอสเทอร์กรดอะมิโนแบบอะลิฟาติกอยู่ระหว่าง 160-180 ℃ และของเอสเทอร์กรดอะมิโนแบบอะโรมาติกอยู่ระหว่าง 180-200 ℃ ซึ่งไม่สอดคล้องกับข้อมูลข้างต้น สาเหตุอาจเกี่ยวข้องกับวิธีการทดสอบ
ในความเป็นจริงแล้ว CHDI (1,4-cyclohexane diisocyanate) และ HDI (hexamethylene diisocyanate) ที่เป็นอะลิฟาติกนั้น มีคุณสมบัติทนความร้อนได้ดีกว่า MDI และ TDI ที่เป็นอะโรมาติกซึ่งใช้กันทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง trans CHDI ที่มีโครงสร้างสมมาตรได้รับการยอมรับว่าเป็นไอโซไซยาเนตที่ทนความร้อนได้ดีที่สุด ยางยืดโพลียูรีเทนที่เตรียมจากสารนี้มีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม ทนต่อการไฮโดรไลซิสได้ดี มีอุณหภูมิอ่อนตัวสูง อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วต่ำ มีฮิสเทอรีซิสทางความร้อนต่ำ และทนต่อรังสียูวีสูง
นอกจากหมู่เอมีโนเอสเทอร์แล้ว โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ยังมีหมู่ฟังก์ชันอื่นๆ อีก เช่น ยูเรียฟอร์เมต ไบยูเรต ยูเรีย เป็นต้น หมู่เหล่านี้สามารถสลายตัวได้ด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูง:
NHCONCOO – (อะลิฟาติกยูเรียฟอร์เมต), 85-105 ℃;
- NHCONCOO – (อะโรมาติกยูเรียฟอร์เมต) ในช่วงอุณหภูมิ 1-120 ℃;
- NHCONCONH – (ไบยูเรตแบบอะลิฟาติก) ที่อุณหภูมิระหว่าง 10 °C ถึง 110 °C;
NHCONCONH – (ไบยูเรตอะโรมาติก), 115-125 ℃;
NHCONH – (ยูเรียอะลิฟาติก), 140-180 ℃;
- NHCONH – (ยูเรียอะโรมาติก), 160-200 ℃;
วงแหวนไอโซไซยานูเรต > 270 ℃
อุณหภูมิการสลายตัวด้วยความร้อนของไบยูเรตและฟอร์เมตที่ได้จากยูเรียต่ำกว่าของอะมิโนฟอร์เมตและยูเรียมาก ในขณะที่ไอโซไซยานูเรตมีเสถียรภาพทางความร้อนดีที่สุด ในการผลิตอีลาสโตเมอร์ ไอโซไซยาเนตที่มากเกินไปสามารถทำปฏิกิริยากับอะมิโนฟอร์เมตและยูเรียที่เกิดขึ้นเพื่อสร้างโครงสร้างเชื่อมโยงแบบยูเรียฟอร์เมตและไบยูเรต แม้ว่าพวกมันจะสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของอีลาสโตเมอร์ได้ แต่พวกมันก็ไม่เสถียรต่อความร้อนอย่างมาก
เพื่อลดกลุ่มที่ไม่เสถียรทางความร้อน เช่น ไบยูเรตและยูเรียฟอร์เมตในอีลาสโตเมอร์ จำเป็นต้องพิจารณาอัตราส่วนของวัตถุดิบและกระบวนการผลิต ควรใช้อัตราส่วนไอโซไซยาเนตที่มากเกินไป และควรใช้วิธีอื่น ๆ ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการสร้างวงแหวนไอโซไซยาเนตบางส่วนในวัตถุดิบ (ส่วนใหญ่คือไอโซไซยาเนต โพลีออล และสารเพิ่มความยาวโซ่) ก่อน แล้วจึงนำไปผสมกับอีลาสโตเมอร์ตามกระบวนการปกติ วิธีนี้ได้กลายเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการผลิตอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทนที่ทนความร้อนและทนไฟ
03 การไฮโดรไลซิสและการออกซิเดชันด้วยความร้อน
ยางโพลียูรีเทนมีแนวโน้มที่จะสลายตัวทางความร้อนในส่วนแข็งและเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในส่วนอ่อนที่อุณหภูมิสูง ยางโพลีเอสเตอร์มีความต้านทานต่อน้ำต่ำและมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่อุณหภูมิสูงได้รุนแรงกว่า อายุการใช้งานของโพลีเอสเตอร์/TDI/ไดอะมีนสามารถอยู่ได้ 4-5 เดือนที่ 50 ℃ เพียงสองสัปดาห์ที่ 70 ℃ และเพียงไม่กี่วันเท่านั้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ℃ พันธะเอสเทอร์สามารถสลายตัวเป็นกรดและแอลกอฮอล์ที่เกี่ยวข้องเมื่อสัมผัสกับน้ำร้อนและไอน้ำ และหมู่เอสเทอร์ยูเรียและอะมิโนในยางก็สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้เช่นกัน
RCOOR H2O- → RCOOH HOR
เอสเตอร์แอลกอฮอล์
หนึ่ง RNHCONHR หนึ่ง H2O- → RXHCOOH H2NR -
ยูเรไมด์
หนึ่ง RNHCOOR-H20- → RNCOOH HOR -
เอสเตอร์อะมิโนฟอร์เมต แอลกอฮอล์อะมิโนฟอร์เมต
อีลาสโตเมอร์ที่ใช้โพลีอีเทอร์เป็นพื้นฐานมีเสถียรภาพต่อการออกซิเดชันทางความร้อนต่ำ และอีลาสโตเมอร์ที่ใช้เอเทอร์เป็นพื้นฐาน α- นั้น ไฮโดรเจนบนอะตอมคาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย ทำให้เกิดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หลังจากนั้นจะเกิดการสลายตัวและการแตกตัวต่อไป ทำให้เกิดอนุมูลออกไซด์และอนุมูลไฮดรอกซิล ซึ่งในที่สุดจะสลายตัวเป็นฟอร์เมตหรืออัลดีไฮด์
โพลีเอสเตอร์ชนิดต่างๆ มีผลกระทบต่อความทนทานต่อความร้อนของอีลาสโตเมอร์น้อย ในขณะที่โพลีอีเทอร์ชนิดต่างๆ มีอิทธิพลอยู่บ้าง เมื่อเปรียบเทียบกับ TDI-MOCA-PTMEG แล้ว TDI-MOCA-PTMEG มีอัตราการคงความแข็งแรงดึง 44% และ 60% ตามลำดับ เมื่อบ่มที่อุณหภูมิ 121 ℃ เป็นเวลา 7 วัน โดยที่ค่าหลังดีกว่าค่าแรกอย่างเห็นได้ชัด เหตุผลอาจเป็นเพราะโมเลกุลของ PPG มีโซ่กิ่ง ซึ่งไม่เอื้อต่อการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบของโมเลกุลอีลาสโตเมอร์และลดความทนทานต่อความร้อนของวัสดุอีลาสโตเมอร์ ลำดับความคงตัวทางความร้อนของโพลีอีเทอร์คือ: PTMEG > PEG > PPG
หมู่ฟังก์ชันอื่นๆ ในอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทน เช่น ยูเรียและคาร์บาเมต ก็เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและไฮโดรไลซิสเช่นกัน อย่างไรก็ตาม หมู่เอเทอร์จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ง่ายที่สุด ในขณะที่หมู่เอสเทอร์จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ง่ายที่สุด ลำดับความต้านทานต่อสารต้านอนุมูลอิสระและไฮโดรไลซิสคือ:
ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ: เอสเทอร์ > ยูเรีย > คาร์บาเมต > อีเทอร์
ความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิส: เอสเทอร์
เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการออกซิเดชันของโพลีอีเทอร์โพลียูรีเทนและความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสของโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน จึงมีการเติมสารเติมแต่ง เช่น การเติมสารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลิก Irganox1010 1% ลงในอีลาสโตเมอร์โพลีอีเทอร์ PTMEG ความแข็งแรงดึงของอีลาสโตเมอร์นี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ 3-5 เท่าเมื่อเทียบกับที่ไม่มีสารต้านอนุมูลอิสระ (ผลการทดสอบหลังจากการบ่มที่ 1500 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 168 ชั่วโมง) แต่ไม่ใช่สารต้านอนุมูลอิสระทุกชนิดจะมีผลต่ออีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทน มีเพียงฟีนอลิก Irganox 1010 และ TopanOl051 (สารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลิก สารกันแสงประเภทเอมีนที่มีหมู่กีดขวาง และสารประกอบเบนโซไตรอะโซล) เท่านั้นที่มีผลอย่างมีนัยสำคัญ และสารตัวแรกนั้นดีที่สุด อาจเป็นเพราะสารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลิกมีความเข้ากันได้ดีกับอีลาสโตเมอร์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหมู่ไฮดรอกซิลฟีนอลมีบทบาทสำคัญในกลไกการทำให้เสถียรของสารต้านอนุมูลอิสระฟีนอล เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาและ "ความล้มเหลว" ของหมู่ไฮดรอกซิลฟีนอลกับหมู่ไอโซไซยาเนตในระบบ อัตราส่วนของไอโซไซยาเนตต่อโพลีออลจึงไม่ควรมากเกินไป และต้องเติมสารต้านอนุมูลอิสระลงในพรีโพลีเมอร์และตัวขยายสายโซ่ หากเติมในระหว่างการผลิตพรีโพลีเมอร์ จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำให้เสถียร
สารเติมแต่งที่ใช้ป้องกันการไฮโดรไลซิสของโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ส่วนใหญ่คือสารประกอบคาร์โบไดอิมิด ซึ่งทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์ในโมเลกุลของโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ เพื่อสร้างอนุพันธ์อะซิลยูเรีย ซึ่งช่วยป้องกันการไฮโดรไลซิสเพิ่มเติม การเติมคาร์โบไดอิมิดในสัดส่วนมวล 2% ถึง 5% สามารถเพิ่มความเสถียรต่อน้ำของโพลียูรีเทนได้ 2-4 เท่า นอกจากนี้ เทอร์ทบิวทิลคาเทคอล เฮกซาเมทิลีนเตตระมีน อะโซไดคาร์บอนาไมด์ ฯลฯ ก็มีฤทธิ์ต้านการไฮโดรไลซิสเช่นกัน
04 คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพหลัก
โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์เป็นโคพอลิเมอร์แบบมัลติบล็อกทั่วไป โดยมีสายโซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง และส่วนที่แข็งซึ่งมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ในจำนวนนี้ โพลีออลแบบโอลิโกเมอร์จะสร้างส่วนที่ยืดหยุ่นได้ ในขณะที่ไดไอโซไซยาเนตและสารเพิ่มความยาวสายโซ่โมเลกุลขนาดเล็กจะสร้างส่วนที่แข็ง โครงสร้างที่ฝังตัวของส่วนสายโซ่ที่ยืดหยุ่นและแข็งนั้นเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของพวกมัน:
(1) โดยทั่วไปช่วงความแข็งของยางธรรมดาจะอยู่ระหว่าง Shaoer A20-A90 ในขณะที่ช่วงความแข็งของพลาสติกจะอยู่ที่ประมาณ Shaoer A95 Shaoer D100 อีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทนสามารถมีค่าความแข็งต่ำสุดที่ Shaoer A10 และสูงสุดที่ Shaoer D85 โดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่ง
(2) ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูงยังคงสามารถรักษาไว้ได้ในช่วงความแข็งที่หลากหลาย
(3) ทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม มากกว่ายางธรรมชาติ 2-10 เท่า
(4) ทนทานต่อน้ำ น้ำมัน และสารเคมีได้ดีเยี่ยม
(5) ทนต่อแรงกระแทกสูง ทนต่อความล้า และทนต่อการสั่นสะเทือน เหมาะสำหรับงานดัดงอความถี่สูง
(6) ทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดี โดยมีความเปราะที่อุณหภูมิต่ำกว่า -30 ℃ หรือ -70 ℃
(7) มีประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม และเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำ จึงมีผลในการเป็นฉนวนที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับยางและพลาสติก
(8) ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีและคุณสมบัติต้านการแข็งตัวของเลือด
(9) ฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ทนต่อเชื้อรา และทนต่อรังสียูวี
ยางโพลียูรีเทนสามารถขึ้นรูปได้โดยใช้กระบวนการเดียวกับยางธรรมดา เช่น การทำให้เป็นพลาสติก การผสม และการวัลคาไนซ์ นอกจากนี้ยังสามารถขึ้นรูปในรูปของยางเหลวได้โดยการเท การขึ้นรูปด้วยแรงเหวี่ยง หรือการพ่น และยังสามารถผลิตเป็นวัสดุเม็ดและขึ้นรูปโดยใช้การฉีด การอัดรีด การรีด การเป่าขึ้นรูป และกระบวนการอื่นๆ ด้วยวิธีนี้ ไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน แต่ยังช่วยปรับปรุงความแม่นยำของขนาดและรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์อีกด้วย