บทนำสู่วัสดุยูรีเทน

โพลียูรีเทนเป็นพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่มีกลุ่มคาร์บาเมตซ้ำหลายกลุ่มในโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งเรียกว่าโพลียูรีเทนทั้งหมด หรือเรียกสั้นๆ ว่า PU โพลียูรีเทนสามารถทำเป็นเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนด้วยโมเลกุลเชิงเส้นหรือเทอร์โมเซตติงโพลียูรีเทนที่มีโมเลกุลของร่างกายตามองค์ประกอบ ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับอีลาสโตเมอร์ สารเคลือบ กาว หนังสังเคราะห์ ฯลฯ ในขณะที่ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตพลาสติกโฟมชนิดอ่อน กึ่งแข็ง และแข็ง

โพลียูรีเทนได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในปี 2480 และเริ่มการผลิตเชิงอุตสาหกรรมในปี 2482 วิธีการผลิตคือไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่มีไฮโดรเจนที่ออกฤทธิ์ (เช่น แอลกอฮอล์ เอมีน กรดคาร์บอกซิลิก น้ำ ฯลฯ) เพื่อสร้างสารประกอบที่มีหมู่คาร์บาเมต ปฏิกิริยาระหว่างไอโซไซยาเนตและโพลิออลเป็นปฏิกิริยาพื้นฐานสำหรับการผลิตปู และสูตรของปฏิกิริยาคือ

ปฏิกิริยาเป็นของพอลิเมอไรเซชันการเติมแบบทีละขั้น และไม่มีการสร้างผลพลอยได้ระดับโมเลกุลขนาดเล็กขึ้นในกระบวนการปฏิกิริยา ถ้าไอโซไซยาเนตหรือโพลิออลตัวใดตัวหนึ่งมีกลุ่มฟังก์ชันมากกว่าสามกลุ่ม โครงสร้างเครือข่ายสามมิติจะถูกสร้างขึ้น

1 วัตถุดิบพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์ยูรีเทน

วัตถุดิบพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์โพลียูรีเทน ได้แก่ ไอโซไซยาเนต โพลิออล ตัวเร่งปฏิกิริยา และตัวขยายสายโซ่

(1) ไอโซไซยาเนต ไอโซไซยาเนต โดยทั่วไปประกอบด้วยหมู่ไอโซไซยาเนตสองหมู่ขึ้นไป หมู่ไอโซไซยาเนตมีความกระตือรือร้นและสามารถเกิดปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ เอมีน กรดคาร์บอกซิลิก น้ำ ฯลฯ ในปัจจุบัน ไอโซไซยาเนตหลักที่ใช้ในผลิตภัณฑ์โพลียูรีเทน ได้แก่ โทลูอีนไดไอโซไซยาเนต (TDI), ไดบาซิกมีเทนไดไอโซไซยาเนต (MDI) และพอลิเมทิลีนพี-เบนซีนโพลิไอโซไซยาเนต ( ป๋า). TDI ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับพลาสติกที่มีโฟมอ่อน MDI สามารถใช้กับกาวสำหรับเครื่องจักรพลาสติกกึ่งแข็งและโฟมแข็ง Papi สามารถใช้กับโฟมแข็งแบบเทอร์โมเซตติง การผสมและการหล่อได้ เนื่องจากมีหน้าที่ 3 ประการ

(2) โพลิออลโพลิออลถือเป็นส่วนที่ยืดหยุ่นได้ของโครงสร้างโพลียูรีเทน Polyether polyol และ polyester polyol มักใช้ ปริมาณโพลิออลในโพลียูรีเทนเป็นตัวกำหนดความแข็ง ความยืดหยุ่น และความแข็งแกร่งของเรซินโพลียูรีเทน โพลิออลโพลิออลเกิดขึ้นจากการพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวงแหวนของโพลิออล โพลิเอมีน หรือสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ที่มีไฮโดรเจนที่ออกฤทธิ์กับโอเลฟินส์ที่ออกซิไดซ์ พวกเขามีข้อดีของความยืดหยุ่นสูงและความหนืดต่ำ โพลิออลชนิดนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพลาสติกโฟมอ่อนและผลิตภัณฑ์ฉีดขึ้นรูปแบบปฏิกิริยา โพลิออลโพลีเอสเตอร์ได้มาจากเอสเทอริฟิเคชันของกรดโพลิเบสิกอินทรีย์และโพลิออลต่างๆ โพลิออลโพลีเอสเตอร์เชิงเส้นสังเคราะห์โดยกรดไดบาซิกและไดออลส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโพลียูรีเทนชนิดอ่อน และโพลิออลโพลีเอสเตอร์แบบแยกกิ่งที่สังเคราะห์โดยกรดไดบาซิกและไตรออลส่วนใหญ่จะใช้สำหรับยูรีเทนแบบแข็ง

(3) ตัวเร่งปฏิกิริยายังต้องถูกเพิ่มเข้าไปในกระบวนการโพลียูรีเทนเพื่อเร่งกระบวนการโพลีเมอไรเซชัน โดยทั่วไปมีเอมีนและดีบุกอยู่สองชนิด เอมีนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไตรเอทิลีนไดเอมีน เอ็น-อะมิโนมอร์ฟฟีน เป็นต้น และดีบุกรวมถึงไดบิวทิลทินไดลอเรต สแตนนัสออกทาโนเอต เป็นต้น

(4) ตัวขยายโซ่ ตัวต่อโซ่ที่ใช้กันทั่วไปคือไดออลและไดเอมีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ต่ำ ซึ่งทำปฏิกิริยากับไอโซไซยาเนตเพื่อสร้างส่วนที่แข็งในโพลีเมอร์ สารขยายสายโซ่ทั่วไป ได้แก่ เอทิลีนไกลคอล โพรพิลีนไกลคอล บิวเทนไดออล เฮกเซนไดออล เป็นต้น โดยทั่วไปมักใช้อะโรมาติกไบนารีเอมีน เช่น ไดฟีนิลมีเทนไดเอมีน ไดคลอโรไดฟีนิลมีเทนไดเอมีน เป็นต้น

2 ผลกระทบของโครงสร้างต่อประสิทธิภาพ

คุณสมบัติของวัสดุพอลิเมอร์จะถูกกำหนดโดยโครงสร้าง โครงสร้างโพลียูรีเทนประกอบด้วยโครงสร้างทางเคมีและโครงสร้างการรวมกลุ่ม โครงสร้างทางเคมี กล่าวคือ โครงสร้างสายโซ่โมเลกุลเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบสูตรเมื่อเริ่มต้นการสังเคราะห์ โครงสร้างการรวมตัวหมายถึงสถานะการเรียงซ้อนของส่วนโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งได้รับผลกระทบจากโครงสร้างสายโซ่โมเลกุล กระบวนการสังเคราะห์ เงื่อนไขการบริการ และอื่นๆ โดยเฉพาะมีผลกระทบดังต่อไปนี้:

(1) ผลกระทบของเซ็กเมนต์อ่อนต่อประสิทธิภาพ

โพลิอีเทอร์ โพลีเอสเตอร์ และโพลิออลโอลิโกเมอร์อื่นๆ ก่อตัวเป็นส่วนที่อ่อนนุ่ม ส่วนอ่อนเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ของยูรีเทน และคุณสมบัติของยูรีเทนที่เตรียมโดยโอลิโกเมอร์โพลิออลและไดไอโซไซยาเนตต่างกัน

โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์และโฟมที่มีโพลีเอสเตอร์แบบมีขั้วที่แข็งแรงเนื่องจากส่วนที่อ่อนนุ่มมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี เนื่องจากโพลียูรีเทนที่ทำจากโพลีเอสเตอร์ประกอบด้วยกลุ่มเอสเทอร์ที่มีขั้วสูง โพลียูรีเทนจึงไม่เพียงแต่สร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างส่วนที่แข็งเท่านั้น แต่ยังสร้างพันธะไฮโดรเจนบางส่วนกับกลุ่มขั้วบนส่วนที่แข็งด้วย ดังนั้น เฟสแข็งสามารถกระจายอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นในเฟสอ่อนและเล่นบทบาทของจุดตัดแบบยืดหยุ่น ที่อุณหภูมิห้อง โพลีเอสเตอร์บางชนิดสามารถทำให้เกิดการตกผลึกของส่วนที่อ่อนนุ่ม ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติของโพลียูรีเทน ความแข็งแรง ความทนทานต่อน้ำมัน และความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันจากความร้อนของโพลิเอสเตอร์โพลียูรีเทนนั้นสูงกว่าโพลิเอสเตอร์โพลิเอเทอร์ (PPG polyether) แต่ความทนทานต่อการไฮโดรไลซิสนั้นแย่กว่าโพลิอีเทอร์ Polytetrahydrofuran (PTMEG) โพลียูรีเทนสามารถตกผลึกได้ง่ายเนื่องจากโครงสร้างปกติของ PTMEG และมีความแข็งแรงเท่ากับโพลีเอสเตอร์ โดยทั่วไปแล้ว โพลียูรีเทนโพลียูรีเทนจะมีความยืดหยุ่นที่ดีและประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม เนื่องจากกลุ่มอีเทอร์ในส่วนที่อ่อนนุ่มนั้นหมุนได้ง่าย และไม่มีกลุ่มเอสเทอร์ใดที่จะไฮโดรไลซ์ได้ง่ายในโพลิอีเทอร์ ดังนั้นจึงมีความต้านทานการไฮโดรไลซิสได้ดีกว่า ของ polyether พันธะอีเทอร์ในส่วนอ่อนของพอลิอีเทอร์ คาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายเพื่อสร้างอนุมูลอิสระเปอร์ออกไซด์ ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายแบบออกซิเดชันเป็นชุด โพลียูรีเทนที่มีพอลิบิวทาไดอีนเป็นส่วนอ่อนจะมีขั้วอ่อน เข้ากันได้ไม่ดีระหว่างส่วนที่อ่อนและแข็ง และความแข็งแรงของอีลาสโตเมอร์ต่ำ ส่วนอ่อนที่มีสายโซ่ด้านข้างมีพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอและมีความเป็นผลึกต่ำเนื่องจากการกีดขวางทาง steric และความแข็งแรงนั้นแย่กว่าของโพลียูรีเทนอิสระด้านข้างที่มีสายโซ่หลักส่วนที่อ่อนนุ่มแบบเดียวกัน

น้ำหนักโมเลกุลของส่วนที่อ่อนนุ่มมีผลต่อคุณสมบัติทางกลของโพลียูรีเทน โดยทั่วไป สมมติว่าน้ำหนักโมเลกุลของยูรีเทนเท่ากัน ถ้าส่วนที่อ่อนนุ่มเป็นโพลีเอสเตอร์ ความแข็งแรงของโพลียูรีเทนจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักโมเลกุลของโพลีเอสเตอร์ไกลคอล หากใช้โพลิอีเทอร์ส่วนที่อ่อนนุ่ม ความแข็งแรงของโพลียูรีเทนจะลดลงเมื่อน้ำหนักโมเลกุลของโพลีอีเทอร์ไกลคอลเพิ่มขึ้น แต่การยืดตัวจะเพิ่มขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากขั้วของส่วนที่อ่อนนุ่มของโพลีเอสเตอร์นั้นมีความแข็งแรง และน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่ทำให้มีความสม่ำเสมอของโครงสร้างสูง ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความแข็งแรง ในขณะที่ขั้วของส่วนที่อ่อนนุ่มของโพลีอีเทอร์นั้นอ่อนแอ ถ้าน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้น ปริมาณสัมพัทธ์ของส่วนที่แข็งในโพลียูรีเทนจะลดลงและความแข็งแรงจะลดลง

ความเป็นผลึกของส่วนที่อ่อนนุ่มมีส่วนอย่างมากต่อความเป็นผลึกของส่วนโพลียูรีเทนเชิงเส้น โดยทั่วไป ความเป็นผลึกจะเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์โพลียูรีเทน แต่บางครั้งการตกผลึกจะลดความยืดหยุ่นของวัสดุที่อุณหภูมิต่ำในบางครั้ง และโพลีเมอร์ที่เป็นผลึกมักจะทึบแสง เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดผลึก ความสม่ำเสมอของโมเลกุลอาจถูกรบกวน เช่น โคโพลีเอสเตอร์หรือโพลีออลโคพอลิเอเทอร์ โพลิออลผสม ตัวขยายสายโซ่ผสม ฯลฯ

(2) ผลกระทบของฮาร์ดเซ็กเมนต์ต่อประสิทธิภาพ

ส่วนที่แข็งของโพลียูรีเทนประกอบด้วยไอโซไซยาเนตหรือโพลิไอโซไซยาเนตหลังปฏิกิริยาและตัวขยายสายโซ่ ประกอบด้วยกลุ่มขั้วที่แข็งแรง เช่น แอริล คาร์บาเมต และยูเรียทดแทน โดยทั่วไป โครงสร้างของส่วนแข็งที่เกิดจากไอโซไซยาเนตอะโรมาติกนั้นไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายและขยายเป็นรูปร่างแท่งที่อุณหภูมิห้อง ส่วนที่แข็งมักส่งผลต่ออุณหภูมิหลอมเหลวที่อ่อนตัวและคุณสมบัติของพอลิเมอร์ที่มีอุณหภูมิสูง

โครงสร้างของไอโซไซยาเนตส่งผลต่อความแข็งแกร่งของส่วนที่แข็ง ดังนั้นชนิดของไอโซไซยาเนตจึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติของวัสดุโพลียูรีเทน การมีอยู่ของวงแหวนอะโรมาติกแบบแข็งในโมเลกุลอะโรมาติกไอโซไซยาเนตและพันธะคาร์บาเมตที่สร้างขึ้นนั้นทำให้เกิดการเกาะติดกันที่แข็งแกร่งของโพลียูรีเทน ไดไอโซไซยาเนตสมมาตรทำให้โครงสร้างโมเลกุลของโพลียูรีเทนมีความสม่ำเสมอและเป็นระเบียบ และส่งเสริมการตกผลึกของพอลิเมอร์ ดังนั้น 4,4 '- ไดฟีนิลมีเทน ไดไอโซไซยาเนต (MDI) จึงมีการเกาะติดกัน โมดูลัส ความต้านทานการฉีกขาด และคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลอื่นๆ ที่สูงกว่าโพลียูรีเทนที่ทำจากไดไอโซไซยาเนตที่ไม่สมมาตร (เช่น TDI) โพลียูรีเทนที่เตรียมโดยอะโรมาติกไอโซไซยาเนตมีวงแหวนอะโรมาติกที่แข็งในส่วนแข็ง ซึ่งเพิ่มความแข็งแรงในการเกาะกันของส่วนที่แข็ง ความแข็งแรงของวัสดุโดยทั่วไปจะสูงกว่าโพลียูรีเทนอะลิฟาติกไอโซไซยาเนต แต่มีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพของรังสียูวีต่ำและทำให้เกิดสีเหลืองได้ง่าย โพลียูรีเทนอะลิฟาติกจะไม่เปลี่ยนเป็นสีเหลือง โครงสร้างไอโซไซยาเนตที่แตกต่างกันมีผลกับความทนทานของโพลียูรีเทนที่แตกต่างกัน อะโรมาติกโพลียูรีเทนมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันจากความร้อนได้ดีกว่าโพลียูรีเทนอะลิฟาติกไอโซไซยาเนต เนื่องจากไฮโดรเจนบนวงแหวนอะโรมาติกนั้นออกซิไดซ์ได้ยาก

ตัวต่อโซ่ยังส่งผลต่อคุณสมบัติของโพลียูรีเทน เมื่อเปรียบเทียบกับโพลียูรีเทนแบบขยายสายโซ่อะลิฟาติก ไดออลที่มีวงแหวนอะโรมาติกจะมีความแข็งแรงมากกว่า ตัวขยายสายโซ่เอมีนแบบไบนารีสามารถสร้างพันธะยูเรียได้ และขั้วของพันธะยูเรียนั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะของยูรีเทน ดังนั้น โพลียูรีเทนที่มีตัวขยายสายโซ่เอมีนแบบไบนารีจึงมีความแข็งแรงเชิงกล โมดูลัส การยึดเกาะ ทนความร้อน และประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำได้ดีกว่าโพลียูรีเทนที่มีตัวขยายสายโซ่ไดออล หล่อยูรีเทนอีลาสโตเมอร์ส่วนใหญ่ใช้ MOCA อะโรมาติกไดอามีนเป็นตัวขยายสายโซ่ นอกจากปัจจัยในกระบวนการบ่มแล้ว เป็นเพราะอีลาสโตเมอร์มีคุณสมบัติครอบคลุมที่ดี

ส่วนโพลียูรีเทนที่อ่อนนุ่มจะไม่ถูกออกซิไดซ์และเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วในเวลาอันสั้นภายใต้อุณหภูมิสูง แต่การทนความร้อนของส่วนที่แข็งจะส่งผลต่อความทนทานต่ออุณหภูมิของโพลียูรีเทน หมู่พันธะหลายกลุ่มที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไอโซไซยาเนตอาจปรากฏในส่วนที่แข็ง และลำดับของความเสถียรทางความร้อนจะเป็นดังนี้:

ไอโซไซยานูเรต > ยูเรีย > คาร์บาเมต > ไบยูเรต > ยูเรียฟอร์เมต

ไอโซไซยาเนตที่เสถียรที่สุดเริ่มสลายตัวที่ประมาณ 270 องศา ความคงตัวทางความร้อนของพันธะยูรีเทนจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นขององค์ประกอบแทนที่บนอะตอมของออกซิเจนและคาร์บอนที่อยู่ติดกัน การเพิ่มขึ้นของปฏิกิริยาไอโซไซยาเนต หรือการเพิ่มขึ้นของสิ่งกีดขวาง steric นอกจากนี้ กลุ่มอะโรมาติกหรืออะลิฟาติกบนพันธะยูรีเทนทั้งสองด้านยังส่งผลต่อการสลายตัวทางความร้อนของพันธะยูรีเทนด้วย ลำดับความเสถียรมีดังนี้:

R-NHCOOR＞Ar-NHCOOR＞R-NHCOOR＞Ar-NHCOOR

การเพิ่มเนื้อหาของส่วนที่แข็งในโพลียูรีเทนมักจะเพิ่มความแข็งและลดความยืดหยุ่น

(3) สัณฐานวิทยาและโครงสร้างของโพลียูรีเทน

ในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย ประสิทธิภาพของโพลียูรีเทนจะได้รับผลกระทบจากสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุยูรีเทนอีลาสโตเมอร์ การแยกเฟสของส่วนที่อ่อนและส่วนที่แข็งเป็นสิ่งสำคัญมากต่อประสิทธิภาพของโพลียูรีเทน ความยืดหยุ่นเฉพาะตัวและคุณสมบัติทางกายภาพที่หลากหลายของโพลียูรีเทนสามารถอธิบายได้ด้วยสัณฐานวิทยาแบบสองเฟส คุณสมบัติของวัสดุโพลียูรีเทนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างเฟสของส่วนที่อ่อนและแข็ง และระดับของการแยกไมโครเฟส การแยกเฟสในระดับปานกลางมีประโยชน์ในการปรับปรุงคุณสมบัติของโพลีเมอร์

จากโครงสร้างจุลภาค ในโพลียูรีเทน เนื่องจากพลังงานการเกาะติดกันขนาดใหญ่ของกลุ่มคาร์บาเมตที่มีขั้วรุนแรงและแข็ง พันธะไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างโมเลกุล ซึ่งรวมตัวกันเพื่อสร้างบริเวณไมโครเฟสส่วนแข็ง ที่อุณหภูมิห้อง บริเวณไมโครเหล่านี้เป็นผลึกทุติยภูมิที่เป็นแก้วหรือไมโครคริสตัล ส่วนโพลีอีเทอร์หรือส่วนโพลีเอสเตอร์ที่มีขั้วอ่อนรวมตัวกันเพื่อสร้างบริเวณเฟสส่วนที่อ่อนนุ่ม แม้ว่าเซ็กเมนต์ซอฟต์และเซกเมนต์ฮาร์ดจะมีความคลาดเคลื่อนบางอย่าง แต่บริเวณเฟสเซ็กเมนต์ฮาร์ดและเฟสเซ็กเมนต์ซอฟต์มีความไม่เข้ากันทางอุณหพลศาสตร์ ส่งผลให้เกิดการแยกเฟสไมโคร และภูมิภาคไมโครเซ็กเมนต์ซอฟต์และขอบเขตไมโครเซกเมนต์แข็งแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วตามลำดับ บริเวณเฟสส่วนที่อ่อนนุ่มส่วนใหญ่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติความยืดหยุ่นและอุณหภูมิต่ำของวัสดุ แรงดึงดูดของส่วนลูกโซ่ระหว่างส่วนที่แข็งนั้นมากกว่าส่วนอ่อนมาก เฟสแข็งจะไม่ละลายในเฟสอ่อน แต่จะกระจายเพื่อสร้างโครงสร้างไมโครเฟสที่ไม่ต่อเนื่อง มันเล่นบทบาทของจุดเชื่อมโยงทางกายภาพและการเพิ่มประสิทธิภาพในส่วนที่อ่อนนุ่มที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นส่วนที่แข็งจึงมีอิทธิพลสำคัญต่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานแรงดึง ความแข็ง และความต้านทานการฉีกขาด นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์จึงสามารถแสดงความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูงได้ที่อุณหภูมิห้อง แม้จะไม่มีการเชื่อมขวางทางเคมีก็ตาม ไม่ว่าการแยกเฟสแบบไมโครจะเกิดขึ้นในโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์หรือไม่ ระดับของการแยกเฟสไมโครและความสม่ำเสมอของการกระจายเฟสแบบแข็งในเฟสอ่อนล้วนส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติเชิงกลของอีลาสโตเมอร์

(4) พันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนมีอยู่ระหว่างกลุ่มที่มีอะตอมไนโตรเจน อะตอมของออกซิเจน และอะตอม H ที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตีอย่างแรง ซึ่งเกี่ยวข้องกับพลังงานการเกาะติดกันของกลุ่ม หมู่คาร์บาเมตหรือยูเรียในส่วนแข็งมีขั้วที่แข็งแรง และพันธะไฮโดรเจนส่วนใหญ่มีอยู่ระหว่างส่วนที่แข็ง มีรายงานว่าหมู่ imino (NH) ส่วนใหญ่ของกลุ่มต่างๆ ในโพลียูรีเทนสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจน ซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างหมู่ NH กับคาร์บอนิลในส่วนแข็ง และส่วนเล็กๆ เกิดขึ้นระหว่าง NH กับ ether oxy หรือ ester carbonyl กลุ่มในส่วนที่อ่อนนุ่ม เมื่อเปรียบเทียบกับแรงยึดเหนี่ยวของพันธะเคมีภายในโมเลกุล พันธะไฮโดรเจนเป็นแรงดึงดูดทางกายภาพชนิดหนึ่ง และการจัดเรียงอย่างใกล้ชิดของส่วนขั้วทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจน ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ส่วนโซ่จะได้รับพลังงานและเคลื่อนที่ และพันธะไฮโดรเจนจะหายไป พันธะไฮโดรเจนมีบทบาทในการเชื่อมขวางทางกายภาพ ซึ่งทำให้โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการสึกหรอ ยิ่งพันธะไฮโดรเจนมากเท่าใด แรงระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และวัสดุก็จะยิ่งมีความแข็งแรงสูง

(5) ระดับการเชื่อมขวาง

การเชื่อมขวางภายในโมเลกุลระดับปานกลางสามารถเพิ่มความแข็ง อุณหภูมิอ่อนตัวและโมดูลัสยืดหยุ่นของโพลียูรีเทน และลดระยะการยืดเมื่อขาด การเสียรูปถาวร และการบวมตัวในตัวทำละลาย สำหรับโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ การเชื่อมขวางที่เหมาะสมสามารถผลิตวัสดุที่มีความแข็งแรงเชิงกลดีเยี่ยม ความแข็งสูง ความยืดหยุ่น ทนต่อการสึกหรอดีเยี่ยม ทนต่อน้ำมัน ทนต่อโอโซน และทนความร้อน อย่างไรก็ตาม หากการเชื่อมขวางมากเกินไป ความต้านทานแรงดึง การยืดตัว และคุณสมบัติอื่นๆ จะลดลง

โดยทั่วไปแล้วการเชื่อมขวางทางเคมีของโพลียูรีเทนนั้นเกิดจากโพลิออล (บางครั้งอาจเป็นโพลีเอมีนหรือวัตถุดิบอเนกประสงค์อื่นๆ) หรือพันธะขวาง (รูปแบบยูเรียและไบยูเรต เป็นต้น) ที่เกิดจากอุณหภูมิสูงและไอโซไซยาเนตที่มากเกินไป ความหนาแน่นของการเชื่อมขวางขึ้นอยู่กับปริมาณของวัตถุดิบ เมื่อเทียบกับการเชื่อมขวางทางกายภาพที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจน การเชื่อมขวางทางเคมีจะมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า

โฟมโพลียูรีเทนเป็นพอลิเมอร์แบบเชื่อมขวาง โฟมที่ยืดหยุ่นได้นั้นทำมาจากโพลีอีเทอร์ (หรือโพลีเอสเตอร์) ไกลคอลสายโซ่ยาว ไตรเอธานอล ไดไอโซไซยาเนต และสารเชื่อมขวางแบบขยายสายโซ่ ซึ่งมีความยืดหยุ่นและความนุ่มนวลดี โฟมแข็งทำจากโพลิออลโพลิออลและโพลิไอโซไซยาเนต (Papi) ที่มีฟังก์ชันการทำงานสูงและมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เนื่องจากการเชื่อมขวางในระดับสูงและการมีอยู่ของวงแหวนเบนซินที่มีความแข็งมากกว่า วัสดุจึงเปราะ จากการศึกษาพบว่าการต้านทานการล้าของโฟมโพลียูรีเทนแบบยืดหยุ่นลดลงตามการเพิ่มขึ้นของรูปแบบที่อิงจากยูเรีย ไบยูเรต และกลุ่มอื่นๆ

3, การใช้งานจริงของยูรีเทน

(1) ชุดว่ายน้ำหนังฉลาม

ชุดว่ายน้ำหนังฉลามเป็นชื่อเล่นที่ผู้คนตั้งให้ตามลักษณะรูปร่าง เทคโนโลยีหลักของมันคือการเลียนแบบหนังฉลาม นักชีววิทยาพบว่าการพับรูปตัววีที่หยาบบนพื้นผิวของหนังฉลามสามารถลดแรงเสียดทานของการไหลของน้ำได้อย่างมาก ทำให้การไหลของน้ำรอบๆ ตัวไหลได้อย่างมีประสิทธิภาพ และฉลามสามารถว่ายน้ำได้อย่างรวดเร็ว พื้นผิวเส้นใยที่ยืดได้มากของผิวหนังที่เร็วนั้นทำมาจากผิวของหนังฉลามอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ชุดว่ายน้ำนี้ยังรวมเอาหลักการของไบโอนิคอย่างครบถ้วน: เลียนแบบเส้นเอ็นของมนุษย์ที่ตะเข็บเพื่อให้พลังแก่นักกีฬาในการตีไปข้างหลัง มันเลียนแบบผิวหนังมนุษย์บนผ้าและมีความยืดหยุ่น การทดลองแสดงให้เห็นว่าเส้นใยของหนังปลาฉลามสามารถลดความต้านทานของน้ำได้ 3 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากในการแข่งขันว่ายน้ำที่สามารถระบุผลลัพธ์ได้ภายในหนึ่งวินาที สาเหตุ: "ผิวฉลาม" ใช้วัสดุเส้นใยโพลียูรีเทนที่ช่วยเพิ่มแรงลอยตัว

วัสดุลอยตัวที่เป็นของแข็งเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีรูพรุนชนิดหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง ยูรีเทนอีลาสโตเมอร์ที่ฉีดพ่นบนพื้นผิวของวัสดุเป็นอุปสรรคน้ำสามารถลดการดูดซึมน้ำและอัตราการเปลี่ยนรูปปริมาตรของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของการใช้วัสดุลอยตัวใต้น้ำ

(2) พื้นรองเท้านักกีฬา

ลักษณะของฐานยูรีเทน:

พื้นโพลียูรีเทนมีน้ำหนักเบามาก มีอัตราความหนืดที่ดีกว่าพื้นรองเท้ายางและพื้นรองเท้าแบบเส้นเอ็นวัว และมีความสบายมากกว่าพื้นรองเท้ายางและพื้นรองเท้าแบบเส้นเอ็นวัว

ฐานยูรีเทน เสถียรภาพมิติที่ดีและอายุการเก็บรักษานาน ทนต่อการสึกหรอและต้านทานการโก่งตัวได้ดีเยี่ยม ดูดซับแรงกระแทกและป้องกันการลื่นไถลได้ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิได้ดี ทนต่อสารเคมีได้ดี เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เบสโพลียูรีเทนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ ฐานโพลียูรีเทนอัดแน่นและฐานโพลียูรีเทนโฟม

ความหนาแน่นของโฟมโพลียูรีเทนนั้นต่ำกว่าโพลียูรีเทนที่เข้ารหัส โฟมโพลียูรีเทนนั้นนุ่มกว่าโพลียูรีเทนที่เข้ารหัส น้ำหนักของโพลียูรีเทนโฟมจะเบากว่าของโพลียูรีเทนที่เข้ารหัส และราคาของโพลียูรีเทนโฟมนั้นถูกกว่าของที่เข้ารหัสครึ่งหนึ่ง ยูรีเทน ความมันวาวของโฟมโพลียูรีเทนนั้นไม่สว่างเท่ากับโพลียูรีเทนแบบอัดแน่น ความทนทานต่อการสึกหรอของโฟมโพลียูรีเทนนั้นไม่ดีเท่ากับโพลียูรีเทนแบบอัดแน่น

ความทนทานต่อการสึกหรอของพื้นรองเท้าโพลียูรีเทนแบบเข้ารหัสคือ 5 เท่าของพื้นรองเท้ายางธรรมดา และความทนทานต่อการสึกหรอของพื้นรองเท้าโพลียูรีเทนโฟมคือ 1/2 ของพื้นรองเท้ายางธรรมดา

ประสิทธิภาพของฐานยูรีเทน:

พื้นโพลียูรีเทนมักจะก่อให้เกิดฟองต่างๆ ในการผลิตและมีความยืดหยุ่น ทนต่อการขัดถู เบา ทนต่อสารเคมี ป้องกันการกัดกร่อนและลักษณะอื่นๆ รองเท้าปูส่วนใหญ่ทำจากยางโพลียูรีเทนที่มีรูพรุนให้ความรู้สึกนุ่ม สบาย อบอุ่น ยืดหยุ่น และกันลื่นกันกระแทก

พื้นโพลียูรีเทนแบ่งออกเป็นประเภทเข้ารหัสและประเภทโฟม พื้นโพลียูรีเทนแบบเข้ารหัสมีน้ำหนักเบามาก นุ่มและแข็งปานกลาง ผลิตด้วยมือ ทนทานต่อการสึกหรอ บำรุงรักษาสะดวก และไม่แตกหักง่าย ฐานโฟมโพลียูรีเทนมีความนุ่มมากอย่างเป็นธรรมชาติเนื่องจากมีส่วนประกอบเพียงเล็กน้อย แต่ไม่ทนต่อการสึกหรอและกาวเปิดยาก เมื่อเปิดแล้วจะไม่สามารถซ่อมแซมได้

พื้นโพลียูรีเทนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตรองเท้าลำลอง รองเท้ากีฬา และรองเท้าแตะสำหรับทำงาน รองเท้าสำหรับนักท่องเที่ยว รองเท้าหนังสำหรับบุรุษและสตรี รองเท้าป้องกัน ฯลฯ พื้นรองเท้าโพลียูรีเทนและส่วนบนถูกยึดติดด้วยกาว เนื่องจากมีน้ำหนักเบา อัตราการลอกกาวจึงต่ำกว่าพื้นรองเท้ายาง

(3) เคลือบยูรีเทน

ประสิทธิภาพ:

ทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม

ทนต่อสารเคมีและน้ำมันได้ดีเยี่ยม

การยึดเกาะที่แข็งแกร่ง

ประสิทธิภาพการบ่มที่อุณหภูมิต่ำ

ประสิทธิภาพการตกแต่งสูง

ความหลากหลายด้านประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับเปลี่ยนได้ ด้วยการปรับปรุงสูตร การเคลือบโพลียูรีเทนสามารถทำเป็นการเคลือบที่มีความแข็งสูงหรือการเคลือบแบบยืดหยุ่นที่มีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับช่วงการใช้งานของการเคลือบโพลียูรีเทนอย่างมาก

ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ

ฟิล์มไม่เป็นพิษหลังจากการบ่ม

สารเคลือบโพลียูรีเทนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในน้ำมีตัวทำละลายอินทรีย์ไม่มากหรือน้อย

วัตถุประสงค์:

การเคลือบผนังภายนอกของเครื่องบิน

สารเคลือบไม้.

วิธีการขนส่ง

สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน

การเคลือบเครื่องมือเครื่องจักรและเครื่องมือต่างๆ

เคลือบพลาสติก

การเคลือบโพลียูรีเทนมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย นอกเหนือจากวัตถุประสงค์ข้างต้นแล้ว อะคริลิกโพลียูรีเทนยังสามารถใช้เป็นสารเคลือบบันทึกด้วยแม่เหล็ก โพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์เป็นสารเคลือบฉนวนไฟฟ้า โพลียูรีเทนยืดหยุ่นใสเป็นสารเคลือบกันฝ้า เป็นต้น กล่าวโดยย่อ สารเคลือบโพลียูรีเทนสามารถใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การบิน ทางทะเล การก่อสร้าง ,พลาสติก,ไฟฟ้า,ปิโตรเคมีและสาขาอื่นๆ

(4) กาวโพลียูรีเทน

หลักการติดกาว:

กาวโพลียูรีเทนประกอบด้วย -nco- (ไอโซไซยาเนต) และ -nhcoo- (กลุ่มคาร์บาเมต) ที่มีขั้วรุนแรงและกิจกรรมทางเคมี และมีการยึดเกาะทางเคมีที่ดีเยี่ยมกับพื้นผิวที่มีไฮโดรเจนอยู่ เช่น วัสดุที่มีรูพรุน เช่น โฟม พลาสติก ไม้ หนัง ผ้า , กระดาษ เซรามิก และวัสดุที่มีพื้นผิวเรียบ เช่น โลหะ แก้ว ยาง พลาสติก เป็นต้น

ลักษณะ:

มีแรงเฉือนที่ดีเยี่ยมและทนต่อแรงกระแทก เหมาะสำหรับงานยึดติดโครงสร้างต่างๆ และมีความยืดหยุ่นสูง

กาวโพลียูรีเทนสามารถปรับให้เข้ากับการยึดเกาะของพื้นผิวที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่างกัน มันสร้างชั้นการเปลี่ยนภาพแบบแข็งที่อ่อนนุ่มระหว่างพื้นผิว ซึ่งไม่เพียงแต่มีการยึดเกาะที่แข็งแรงเท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชั่นกันกระแทกและกันกระแทกที่ดีเยี่ยม

คุณสมบัติที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิต่ำพิเศษของกาวโพลียูรีเทนนั้นเหนือกว่ากาวประเภทอื่นๆ ทั้งหมด

กาวโพลียูรีเทนในน้ำ - กาวโพลียูรีเทนในน้ำมีลักษณะของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำหรือไม่มีเลยและไม่มีการเผาไหม้ซึ่งเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของกาวโพลียูรีเทน