પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સની થર્મલ સ્થિરતા અને સુધારણાના પગલાં

કહેવાતાપોલીયુરેથીનપોલીયુરેથીનનું સંક્ષેપ છે, જે પોલિઆઇસોસાયનેટ્સ અને પોલિઓલ્સની પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે, અને તેમાં પરમાણુ સાંકળ પર ઘણા પુનરાવર્તિત એમિનો એસ્ટર જૂથો (- NH-CO-O -) હોય છે. વાસ્તવિક સંશ્લેષિત પોલીયુરેથીન રેઝિનમાં, એમિનો એસ્ટર જૂથ ઉપરાંત, યુરિયા અને બાય્યુરેટ જેવા જૂથો પણ હોય છે. પોલિઓલ્સ લાંબા-સાંકળ પરમાણુઓથી સંબંધિત છે જેમાં અંતમાં હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો હોય છે, જેને "સોફ્ટ ચેઇન સેગમેન્ટ્સ" કહેવામાં આવે છે, જ્યારે પોલિઆઇસોસાયનેટ્સને "હાર્ડ ચેઇન સેગમેન્ટ્સ" કહેવામાં આવે છે.
નરમ અને સખત સાંકળના ભાગો દ્વારા ઉત્પન્ન થતા પોલીયુરેથીન રેઝિનમાંથી, ફક્ત થોડી ટકાવારી એમિનો એસિડ એસ્ટર હોય છે, તેથી તેમને પોલીયુરેથીન કહેવું યોગ્ય ન હોઈ શકે. વ્યાપક અર્થમાં, પોલીયુરેથીન એ આઇસોસાયનેટનું ઉમેરણ છે.
વિવિધ પ્રકારના આઇસોસાયનેટ્સ પોલીહાઇડ્રોક્સિ સંયોજનો સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને પોલીયુરેથીનની વિવિધ રચનાઓ ઉત્પન્ન કરે છે, જેનાથી પ્લાસ્ટિક, રબર, કોટિંગ્સ, રેસા, એડહેસિવ્સ વગેરે જેવા વિવિધ ગુણધર્મો ધરાવતા પોલિમર પદાર્થો પ્રાપ્ત થાય છે. પોલીયુરેથીન રબર
પોલીયુરેથીન રબર એક ખાસ પ્રકારના રબરનું છે, જે પોલિઇથર અથવા પોલિએસ્ટરને આઇસોસાયનેટ સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને બનાવવામાં આવે છે. વિવિધ પ્રકારના કાચા માલ, પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ અને ક્રોસલિંકિંગ પદ્ધતિઓને કારણે તેની ઘણી જાતો છે. રાસાયણિક બંધારણના દૃષ્ટિકોણથી, પોલિએસ્ટર અને પોલિઇથર પ્રકારો છે, અને પ્રક્રિયા પદ્ધતિના દૃષ્ટિકોણથી, ત્રણ પ્રકારો છે: મિશ્રણ પ્રકાર, કાસ્ટિંગ પ્રકાર અને થર્મોપ્લાસ્ટિક પ્રકાર.
કૃત્રિમ પોલીયુરેથીન રબર સામાન્ય રીતે રેખીય પોલિએસ્ટર અથવા પોલિઇથરને ડાયસોસાયનેટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઓછા પરમાણુ વજનવાળા પ્રીપોલિમર બનાવવા માટે સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, જે પછી ઉચ્ચ પરમાણુ વજનવાળા પોલિમર ઉત્પન્ન કરવા માટે સાંકળ વિસ્તરણ પ્રતિક્રિયાને આધિન હોય છે. પછી, યોગ્ય ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટો ઉમેરવામાં આવે છે અને તેને મટાડવા માટે ગરમ કરવામાં આવે છે, જે વલ્કેનાઈઝ્ડ રબર બને છે. આ પદ્ધતિને પ્રીપોલિમરાઇઝેશન અથવા બે-પગલાની પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે.
એક-પગલાની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવો પણ શક્ય છે - રેખીય પોલિએસ્ટર અથવા પોલિઇથરને ડાયસોસાયનેટ્સ, ચેઇન એક્સટેન્ડર્સ અને ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટો સાથે સીધું મિશ્રિત કરીને પ્રતિક્રિયા શરૂ કરવી અને પોલીયુરેથીન રબર ઉત્પન્ન કરવું.
TPU પરમાણુઓમાં A-સેગમેન્ટ મેક્રોમોલેક્યુલર સાંકળોને ફેરવવાનું સરળ બનાવે છે, પોલીયુરેથીન રબરને સારી સ્થિતિસ્થાપકતા આપે છે, પોલિમરના નરમ બિંદુ અને ગૌણ સંક્રમણ બિંદુને ઘટાડે છે, અને તેની કઠિનતા અને યાંત્રિક શક્તિ ઘટાડે છે. B-સેગમેન્ટ મેક્રોમોલેક્યુલર સાંકળોના પરિભ્રમણને બાંધશે, જેના કારણે પોલિમરનો નરમ બિંદુ અને ગૌણ સંક્રમણ બિંદુ વધશે, જેના પરિણામે કઠિનતા અને યાંત્રિક શક્તિમાં વધારો થશે અને સ્થિતિસ્થાપકતામાં ઘટાડો થશે. A અને B વચ્ચેના મોલર રેશિયોને સમાયોજિત કરીને, વિવિધ યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવતા TPU ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. TPU ના ક્રોસ-લિંકિંગ માળખામાં ફક્ત પ્રાથમિક ક્રોસ-લિંકિંગ જ નહીં, પરંતુ પરમાણુઓ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા રચાયેલા ગૌણ ક્રોસ-લિંકિંગને પણ ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. પોલીયુરેથીનનું પ્રાથમિક ક્રોસ-લિંકિંગ બોન્ડ હાઇડ્રોક્સિલ રબરના વલ્કેનાઇઝેશન માળખાથી અલગ છે. તેના એમિનો એસ્ટર જૂથ, બાય્યુરેટ જૂથ, યુરિયા ફોર્મેટ જૂથ અને અન્ય કાર્યાત્મક જૂથો નિયમિત અને અંતરવાળા કઠોર સાંકળ વિભાગમાં ગોઠવાયેલા છે, જેના પરિણામે રબરનું નિયમિત નેટવર્ક માળખું બને છે, જેમાં ઉત્તમ વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને અન્ય ઉત્તમ ગુણધર્મો છે. બીજું, પોલીયુરેથીન રબરમાં યુરિયા અથવા કાર્બામેટ જૂથો જેવા ઘણા અત્યંત સુસંગત કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરીને કારણે, પરમાણુ સાંકળો વચ્ચે રચાયેલા હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવે છે, અને હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ દ્વારા રચાયેલા ગૌણ ક્રોસલિંકિંગ બોન્ડ્સ પણ પોલીયુરેથીન રબરના ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. ગૌણ ક્રોસ-લિંકિંગ એક તરફ પોલીયુરેથીન રબરને થર્મોસેટિંગ ઇલાસ્ટોમર્સની લાક્ષણિકતાઓ ધરાવવા સક્ષમ બનાવે છે, અને બીજી તરફ, આ ક્રોસ-લિંકિંગ ખરેખર ક્રોસ-લિંક્ડ નથી, જે તેને વર્ચ્યુઅલ ક્રોસ-લિંકિંગ બનાવે છે. ક્રોસ-લિંકિંગ સ્થિતિ તાપમાન પર આધાર રાખે છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, તેમ તેમ આ ક્રોસ-લિંકિંગ ધીમે ધીમે નબળું પડે છે અને અદૃશ્ય થઈ જાય છે. પોલિમરમાં ચોક્કસ પ્રવાહીતા હોય છે અને તે થર્મોપ્લાસ્ટિક પ્રક્રિયાને આધિન થઈ શકે છે. જ્યારે તાપમાન ઘટે છે, ત્યારે આ ક્રોસ-લિંકિંગ ધીમે ધીમે પુનઃપ્રાપ્ત થાય છે અને ફરીથી બને છે. ફિલરની થોડી માત્રા ઉમેરવાથી પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર વધે છે, પરમાણુઓ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવવાની ક્ષમતા નબળી પડે છે અને શક્તિમાં તીવ્ર ઘટાડો થાય છે. સંશોધન દર્શાવે છે કે પોલીયુરેથીન રબરમાં વિવિધ કાર્યાત્મક જૂથોની સ્થિરતાનો ક્રમ ઉચ્ચથી નીચા સુધી છે: એસ્ટર, ઈથર, યુરિયા, કાર્બામેટ અને બાય્યુરેટ. પોલીયુરેથીન રબરની વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન, પ્રથમ પગલું બાય્યુરેટ અને યુરિયા વચ્ચેના ક્રોસ-લિંકિંગ બોન્ડ્સનું તૂટવાનું છે, ત્યારબાદ કાર્બામેટ અને યુરિયા બોન્ડ્સનું તૂટવાનું છે, એટલે કે મુખ્ય સાંકળ તૂટવાનું છે.
01 નરમ પાડવું
પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ, ઘણા પોલિમર પદાર્થોની જેમ, ઊંચા તાપમાને નરમ પડે છે અને સ્થિતિસ્થાપક અવસ્થામાંથી ચીકણા પ્રવાહ અવસ્થામાં સંક્રમણ કરે છે, જેના પરિણામે યાંત્રિક શક્તિમાં ઝડપી ઘટાડો થાય છે. રાસાયણિક દ્રષ્ટિકોણથી, સ્થિતિસ્થાપકતાનું નરમ પડતું તાપમાન મુખ્યત્વે તેની રાસાયણિક રચના, સંબંધિત પરમાણુ વજન અને ક્રોસલિંકિંગ ઘનતા જેવા પરિબળો પર આધાર રાખે છે.
સામાન્ય રીતે કહીએ તો, સંબંધિત પરમાણુ વજન વધારવું, કઠણ ભાગની કઠોરતા વધારવી (જેમ કે પરમાણુમાં બેન્ઝીન રિંગ દાખલ કરવી) અને કઠણ ભાગની સામગ્રી, અને ક્રોસલિંકિંગ ઘનતા વધારવી એ બધું નરમ તાપમાન વધારવા માટે ફાયદાકારક છે. થર્મોપ્લાસ્ટિક ઇલાસ્ટોમર્સ માટે, પરમાણુ માળખું મુખ્યત્વે રેખીય હોય છે, અને જ્યારે સંબંધિત પરમાણુ વજન વધે છે ત્યારે ઇલાસ્ટોમરનું નરમ તાપમાન પણ વધે છે.
ક્રોસ-લિંક્ડ પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ માટે, ક્રોસલિંકિંગ ઘનતા સંબંધિત પરમાણુ વજન કરતાં વધુ અસર કરે છે. તેથી, ઇલાસ્ટોમરનું ઉત્પાદન કરતી વખતે, આઇસોસાયનેટ્સ અથવા પોલીઓલ્સની કાર્યક્ષમતા વધારવાથી કેટલાક સ્થિતિસ્થાપક અણુઓમાં થર્મલી સ્થિર નેટવર્ક રાસાયણિક ક્રોસ-લિંકિંગ માળખું બની શકે છે, અથવા સ્થિતિસ્થાપક શરીરમાં સ્થિર આઇસોસાયનેટ ક્રોસ-લિંકિંગ માળખું બનાવવા માટે વધુ પડતા આઇસોસાયનેટ ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરવો એ ઇલાસ્ટોમરની ગરમી પ્રતિકાર, દ્રાવક પ્રતિકાર અને યાંત્રિક શક્તિને સુધારવા માટે એક શક્તિશાળી માધ્યમ છે.
જ્યારે PPDI (p-phenyldiisocyanate) નો ઉપયોગ કાચા માલ તરીકે થાય છે, ત્યારે બે આઇસોસાયનેટ જૂથોના બેન્ઝીન રિંગ સાથે સીધા જોડાણને કારણે, રચાયેલા કઠણ ભાગમાં બેન્ઝીન રિંગનું પ્રમાણ વધુ હોય છે, જે કઠણ ભાગની કઠોરતામાં સુધારો કરે છે અને આમ ઇલાસ્ટોમરની ગરમી પ્રતિકારકતામાં વધારો કરે છે.
ભૌતિક દ્રષ્ટિકોણથી, ઇલાસ્ટોમરનું નરમ પડવાનું તાપમાન માઇક્રોફેસ વિભાજનની ડિગ્રી પર આધાર રાખે છે. અહેવાલો અનુસાર, માઇક્રોફેસ વિભાજનમાંથી પસાર ન થતા ઇલાસ્ટોમરનું નરમ પડવાનું તાપમાન ખૂબ જ ઓછું હોય છે, જેનું પ્રોસેસિંગ તાપમાન ફક્ત 70 ℃ જેટલું હોય છે, જ્યારે માઇક્રોફેસ વિભાજનમાંથી પસાર થતા ઇલાસ્ટોમર 130-150 ℃ સુધી પહોંચી શકે છે. તેથી, ઇલાસ્ટોમર્સમાં માઇક્રોફેસ વિભાજનની ડિગ્રી વધારવી એ તેમના ગરમી પ્રતિકારને સુધારવા માટેની અસરકારક પદ્ધતિઓમાંની એક છે.
ઇલાસ્ટોમર્સના માઇક્રોફેસ વિભાજનની ડિગ્રી સાંકળ વિભાગોના સંબંધિત પરમાણુ વજન વિતરણ અને કઠોર સાંકળ વિભાગોની સામગ્રીમાં ફેરફાર કરીને સુધારી શકાય છે, જેનાથી તેમની ગરમી પ્રતિકાર વધે છે. મોટાભાગના સંશોધકો માને છે કે પોલીયુરેથીનમાં માઇક્રોફેસ વિભાજનનું કારણ નરમ અને સખત ભાગો વચ્ચેની થર્મોડાયનેમિક અસંગતતા છે. સાંકળ વિસ્તરણકર્તાનો પ્રકાર, સખત ભાગ અને તેની સામગ્રી, નરમ ભાગનો પ્રકાર અને હાઇડ્રોજન બંધન આ બધા તેના પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે.
ડાયોલ ચેઇન એક્સટેન્ડર્સની તુલનામાં, MOCA (3,3-ડાયક્લોરો-4,4-ડાયમિનોડિફેનાઇલમિથેન) અને DCB (3,3-ડાયક્લોરો-બાયફેનાઇલનેડિઆમાઇન) જેવા ડાયમાઇન ચેઇન એક્સટેન્ડર્સ ઇલાસ્ટોમર્સમાં વધુ ધ્રુવીય એમિનો એસ્ટર જૂથો બનાવે છે, અને સખત ભાગો વચ્ચે વધુ હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવી શકાય છે, જે સખત ભાગો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં વધારો કરે છે અને ઇલાસ્ટોમર્સમાં માઇક્રોફેસ વિભાજનની ડિગ્રીમાં સુધારો કરે છે; p, p-ડાયહાઇડ્રોક્વિનોન અને હાઇડ્રોક્વિનોન જેવા સપ્રમાણ સુગંધિત ચેઇન એક્સટેન્ડર્સ સખત ભાગોના સામાન્યકરણ અને ચુસ્ત પેકિંગ માટે ફાયદાકારક છે, જેનાથી ઉત્પાદનોના માઇક્રોફેસ વિભાજનમાં સુધારો થાય છે.
એલિફેટિક આઇસોસાયનેટ્સ દ્વારા રચાયેલા એમિનો એસ્ટર સેગમેન્ટ્સ નરમ ભાગો સાથે સારી સુસંગતતા ધરાવે છે, જેના પરિણામે નરમ ભાગોમાં વધુ સખત ભાગો ઓગળી જાય છે, જેનાથી માઇક્રોફેસ સેપરેશનની ડિગ્રી ઓછી થાય છે. એરોમેટિક આઇસોસાયનેટ્સ દ્વારા રચાયેલા એમિનો એસ્ટર સેગમેન્ટ્સ નરમ ભાગો સાથે નબળી સુસંગતતા ધરાવે છે, જ્યારે માઇક્રોફેસ સેપરેશનની ડિગ્રી વધારે છે. પોલિઓલેફિન પોલીયુરેથીનમાં લગભગ સંપૂર્ણ માઇક્રોફેસ સેપરેશન માળખું હોય છે કારણ કે નરમ ભાગ હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવતો નથી અને હાઇડ્રોજન બોન્ડ ફક્ત સખત ભાગમાં જ થઈ શકે છે.
ઇલાસ્ટોમર્સના નરમ બિંદુ પર હાઇડ્રોજન બંધનની અસર પણ નોંધપાત્ર છે. જોકે નરમ ભાગમાં પોલિએથર્સ અને કાર્બોનિલ્સ સખત ભાગમાં NH સાથે મોટી સંખ્યામાં હાઇડ્રોજન બંધન બનાવી શકે છે, તે ઇલાસ્ટોમર્સના નરમ તાપમાનમાં પણ વધારો કરે છે. તે પુષ્ટિ થયેલ છે કે હાઇડ્રોજન બંધન હજુ પણ 200 ℃ પર 40% જાળવી રાખે છે.
02 થર્મલ વિઘટન
એમિનો એસ્ટર જૂથો ઊંચા તાપમાને નીચે મુજબ વિઘટનમાંથી પસાર થાય છે:
- RNHCOOR - RNC0 HO-R
- RNHCOOR - RNH2 CO2 ene
- RNHCOOR - RNHR CO2 ene
પોલીયુરેથીન આધારિત પદાર્થોના થર્મલ વિઘટનના ત્રણ મુખ્ય સ્વરૂપો છે:
① મૂળ આઇસોસાયનેટ્સ અને પોલિઓલ્સનું નિર્માણ;
② α— CH2 બેઝ પરનો ઓક્સિજન બોન્ડ તૂટી જાય છે અને બીજા CH2 પરના એક હાઇડ્રોજન બોન્ડ સાથે જોડાઈને એમિનો એસિડ અને આલ્કેન્સ બનાવે છે. એમિનો એસિડ એક પ્રાથમિક એમાઇન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં વિઘટિત થાય છે:
③ ફોર્મ 1 ગૌણ એમાઇન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ.
કાર્બામેટ રચનાનું થર્મલ વિઘટન:
એરીલ NHCO એરીલ, ~120 ℃;
એન-આલ્કિલ-એનએચસીઓ-એરીલ, ~180 ℃;
એરીલ NHCO n-આલ્કિલ, ~200 ℃;
એન-આલ્કિલ-એનએચસીઓ-એન-આલ્કિલ, ~250 ℃.
એમિનો એસિડ એસ્ટરની થર્મલ સ્થિરતા આઇસોસાયનેટ્સ અને પોલિઓલ્સ જેવા પ્રારંભિક પદાર્થોના પ્રકારો સાથે સંબંધિત છે. એલિફેટિક આઇસોસાયનેટ્સ એરોમેટિક આઇસોસાયનેટ્સ કરતા વધારે હોય છે, જ્યારે ફેટી આલ્કોહોલ એરોમેટિક આલ્કોહોલ કરતા વધારે હોય છે. જો કે, સાહિત્ય અહેવાલ આપે છે કે એલિફેટિક એમિનો એસિડ એસ્ટરનું થર્મલ વિઘટન તાપમાન 160-180 ℃ ની વચ્ચે હોય છે, અને એરોમેટિક એમિનો એસિડ એસ્ટરનું 180-200 ℃ ની વચ્ચે હોય છે, જે ઉપરોક્ત ડેટા સાથે અસંગત છે. કારણ પરીક્ષણ પદ્ધતિ સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે.
હકીકતમાં, એલિફેટિક CHDI (1,4-સાયક્લોહેક્સેન ડાયસોસાયનેટ) અને HDI (હેક્સામેથિલિન ડાયસોસાયનેટ) સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા એરોમેટિક MDI અને TDI કરતાં વધુ સારી ગરમી પ્રતિકાર ધરાવે છે. ખાસ કરીને સપ્રમાણ રચનાવાળા ટ્રાન્સ CHDI ને સૌથી ગરમી-પ્રતિરોધક આઇસોસાયનેટ તરીકે ઓળખવામાં આવ્યું છે. તેમાંથી તૈયાર કરાયેલ પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સમાં સારી પ્રક્રિયાક્ષમતા, ઉત્તમ હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ નરમ તાપમાન, નીચું કાચ સંક્રમણ તાપમાન, નીચું થર્મલ હિસ્ટેરેસિસ અને ઉચ્ચ યુવી પ્રતિકાર હોય છે.
એમિનો એસ્ટર જૂથ ઉપરાંત, પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સમાં યુરિયા ફોર્મેટ, બાય્યુરેટ, યુરિયા, વગેરે જેવા અન્ય કાર્યાત્મક જૂથો પણ હોય છે. આ જૂથો ઊંચા તાપમાને થર્મલ વિઘટનમાંથી પસાર થઈ શકે છે:
NHCONCOO – (એલિફેટિક યુરિયા ફોર્મેટ), 85-105 ℃;
- NHCONCOO – (સુગંધિત યુરિયા ફોર્મેટ), 1-120 ℃ તાપમાન શ્રેણીમાં;
- NHCONCONH – (એલિફેટિક બાય્યુરેટ), 10 ° સે થી 110 ° સે તાપમાને;
NHCONCONH – (સુગંધિત બાય્યુરેટ), 115-125 ℃;
NHCONH – (એલિફેટિક યુરિયા), 140-180 ℃;
- NHCONH – (સુગંધિત યુરિયા), 160-200 ℃;
આઇસોસાયનુરેટ રિંગ>270 ℃.
બાય્યુરેટ અને યુરિયા આધારિત ફોર્મેટનું થર્મલ ડિકમ્પોઝન તાપમાન એમિનોફોર્મેટ અને યુરિયા કરતા ઘણું ઓછું હોય છે, જ્યારે આઇસોસાયનુરેટમાં શ્રેષ્ઠ થર્મલ સ્થિરતા હોય છે. ઇલાસ્ટોમર્સના ઉત્પાદનમાં, વધુ પડતા આઇસોસાયનેટ્સ રચાયેલા એમિનોફોર્મેટ અને યુરિયા સાથે વધુ પ્રતિક્રિયા આપીને યુરિયા આધારિત ફોર્મેટ અને બાય્યુરેટ ક્રોસ-લિંક્ડ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવી શકે છે. જોકે તેઓ ઇલાસ્ટોમર્સના યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે, તેઓ ગરમી માટે અત્યંત અસ્થિર છે.
ઇલાસ્ટોમર્સમાં બાય્યુરેટ અને યુરિયા ફોર્મેટ જેવા થર્મલ અસ્થિર જૂથોને ઘટાડવા માટે, તેમના કાચા માલના ગુણોત્તર અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે. અતિશય આઇસોસાયનેટ ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ, અને અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ શક્ય તેટલો કરવો જોઈએ જેથી પહેલા કાચા માલમાં આંશિક આઇસોસાયનેટ રિંગ્સ (મુખ્યત્વે આઇસોસાયનેટ્સ, પોલીઓલ્સ અને ચેઇન એક્સટેન્ડર્સ) બનાવવામાં આવે, અને પછી તેમને સામાન્ય પ્રક્રિયાઓ અનુસાર ઇલાસ્ટોમરમાં દાખલ કરવામાં આવે. ગરમી-પ્રતિરોધક અને જ્યોત પ્રતિરોધક પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર ઉત્પન્ન કરવા માટે આ સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ બની ગઈ છે.
03 હાઇડ્રોલિસિસ અને થર્મલ ઓક્સિડેશન
પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સમાં તેમના કઠણ ભાગોમાં થર્મલ વિઘટન અને ઊંચા તાપમાને તેમના નરમ ભાગોમાં અનુરૂપ રાસાયણિક ફેરફારો થવાની સંભાવના હોય છે. પોલિએસ્ટર ઇલાસ્ટોમર્સમાં પાણીનો પ્રતિકાર ઓછો હોય છે અને ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોલાઇઝ થવાની વધુ તીવ્ર વૃત્તિ હોય છે. પોલિએસ્ટર/TDI/ડાયમાઇનનું સર્વિસ લાઇફ 50 ℃ પર 4-5 મહિના, 70 ℃ પર માત્ર બે અઠવાડિયા અને 100 ℃ થી ઉપરના થોડા દિવસો સુધી પહોંચી શકે છે. ગરમ પાણી અને વરાળના સંપર્કમાં આવવા પર એસ્ટર બોન્ડ અનુરૂપ એસિડ અને આલ્કોહોલમાં વિઘટિત થઈ શકે છે, અને ઇલાસ્ટોમરમાં યુરિયા અને એમિનો એસ્ટર જૂથો પણ હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈ શકે છે:
RCOOR H20- → RCOOH HOR
એસ્ટર આલ્કોહોલ
એક RNHCONHR એક H20- → RXHCOOH H2NR -
યુરેમાઇડ
એક RNHCOOR-H20- → RNCOOH HOR -
એમિનો ફોર્મેટ એસ્ટર એમિનો ફોર્મેટ આલ્કોહોલ
પોલિથર આધારિત ઇલાસ્ટોમર્સમાં થર્મલ ઓક્સિડેશન સ્થિરતા નબળી હોય છે, અને ઇથર આધારિત ઇલાસ્ટોમર α- કાર્બન અણુ પરનો હાઇડ્રોજન સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, જે હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ બનાવે છે. વધુ વિઘટન અને ક્લીવેજ પછી, તે ઓક્સાઇડ રેડિકલ અને હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ ઉત્પન્ન કરે છે, જે આખરે ફોર્મેટ્સ અથવા એલ્ડીહાઇડ્સમાં વિઘટિત થાય છે.
ઇલાસ્ટોમર્સના ગરમી પ્રતિકાર પર વિવિધ પોલિએસ્ટરોની ઓછી અસર હોય છે, જ્યારે વિવિધ પોલિએથર ચોક્કસ પ્રભાવ ધરાવે છે. TDI-MOCA-PTMEG ની તુલનામાં, TDI-MOCA-PTMEG નો તાણ શક્તિ રીટેન્શન દર અનુક્રમે 44% અને 60% છે જ્યારે 121 ℃ પર 7 દિવસ માટે વૃદ્ધ થાય છે, જેમાં બાદમાં પહેલા કરતા નોંધપાત્ર રીતે સારો હોય છે. કારણ એ હોઈ શકે છે કે PPG પરમાણુઓમાં શાખાવાળી સાંકળો હોય છે, જે સ્થિતિસ્થાપક પરમાણુઓની નિયમિત ગોઠવણી માટે અનુકૂળ નથી અને સ્થિતિસ્થાપક શરીરના ગરમી પ્રતિકારને ઘટાડે છે. પોલિએથરનો થર્મલ સ્થિરતા ક્રમ છે: PTMEG>PEG>PPG.
પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સમાં અન્ય કાર્યાત્મક જૂથો, જેમ કે યુરિયા અને કાર્બામેટ, પણ ઓક્સિડેશન અને હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે. જોકે, ઇથર જૂથ સૌથી સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ હોય છે, જ્યારે એસ્ટર જૂથ સૌથી સરળતાથી હાઇડ્રોલિસિસ્ડ હોય છે. તેમના એન્ટીઑકિસડન્ટ અને હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિકારનો ક્રમ છે:
એન્ટીઑકિસડન્ટ પ્રવૃત્તિ: એસ્ટર>યુરિયા>કાર્બામેટ>ઇથર;
હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિકાર: એસ્ટર
પોલિએથર પોલીયુરેથીનના ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને પોલિએસ્ટર પોલીયુરેથીનના હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિકારને સુધારવા માટે, ઉમેરણો પણ ઉમેરવામાં આવે છે, જેમ કે PTMEG પોલિએથર ઇલાસ્ટોમરમાં 1% ફિનોલિક એન્ટીઑકિસડન્ટ ઇર્ગેનોક્સ1010 ઉમેરવું. આ ઇલાસ્ટોમરની તાણ શક્તિ એન્ટીઑકિસડન્ટ વિનાની તુલનામાં 3-5 ગણી વધારી શકાય છે (1500C પર 168 કલાક સુધી વૃદ્ધ થયા પછી પરીક્ષણ પરિણામો). પરંતુ દરેક એન્ટીઑકિસડન્ટનો પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ પર પ્રભાવ હોતો નથી, ફક્ત ફિનોલિક 1rganox 1010 અને TopanOl051 (ફિનોલિક એન્ટીઑકિસડન્ટ, અવરોધિત એમાઇન લાઇટ સ્ટેબિલાઇઝર, બેન્ઝોટ્રિઆઝોલ કોમ્પ્લેક્સ) નોંધપાત્ર અસરો ધરાવે છે, અને પહેલાનું શ્રેષ્ઠ છે, સંભવતઃ કારણ કે ફિનોલિક એન્ટીઑકિસડન્ટ ઇલાસ્ટોમર્સ સાથે સારી સુસંગતતા ધરાવે છે. જોકે, ફિનોલિક એન્ટીઑકિસડન્ટોના સ્થિરીકરણ પદ્ધતિમાં ફિનોલિક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોની મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકાને કારણે, સિસ્ટમમાં આઇસોસાયનેટ જૂથો સાથે આ ફિનોલિક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથની પ્રતિક્રિયા અને "નિષ્ફળતા" ટાળવા માટે, આઇસોસાયનેટ અને પોલીઓલનો ગુણોત્તર ખૂબ મોટો ન હોવો જોઈએ, અને એન્ટીઑકિસડન્ટ્સને પ્રીપોલિમર્સ અને ચેઇન એક્સટેન્ડર્સમાં ઉમેરવા આવશ્યક છે. જો પ્રીપોલિમર્સના ઉત્પાદન દરમિયાન ઉમેરવામાં આવે, તો તે સ્થિરીકરણ અસરને ખૂબ અસર કરશે.
પોલિએસ્ટર પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સના હાઇડ્રોલિસિસને રોકવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ઉમેરણો મુખ્યત્વે કાર્બોડાઇમાઇડ સંયોજનો છે, જે પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર પરમાણુઓમાં એસ્ટર હાઇડ્રોલિસિસ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા કાર્બોક્સિલિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને એસિલ યુરિયા ડેરિવેટિવ્ઝ ઉત્પન્ન કરે છે, જે વધુ હાઇડ્રોલિસિસને અટકાવે છે. 2% થી 5% ના માસ અપૂર્ણાંક પર કાર્બોડાઇમાઇડ ઉમેરવાથી પોલીયુરેથીનની પાણીની સ્થિરતા 2-4 ગણી વધી શકે છે. વધુમાં, ટર્ટ બ્યુટાઇલ કેટેકોલ, હેક્સામેથિલેનેટેટ્રામાઇન, એઝોડીકાર્બોનામાઇડ, વગેરેમાં પણ ચોક્કસ એન્ટિહાઇડ્રોલિસિસ અસરો હોય છે.
04 મુખ્ય કામગીરી લાક્ષણિકતાઓ
પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ લાક્ષણિક મલ્ટી બ્લોક કોપોલિમર છે, જેમાં મોલેક્યુલર ચેઇન્સમાં લવચીક સેગમેન્ટ્સ હોય છે જેમાં ગ્લાસ ટ્રાન્ઝિશન તાપમાન ઓરડાના તાપમાન કરતા ઓછું હોય છે અને ગ્લાસ ટ્રાન્ઝિશન તાપમાન ઓરડાના તાપમાન કરતા વધારે હોય છે તેવા કઠોર સેગમેન્ટ્સ હોય છે. તેમાંથી, ઓલિગોમેરિક પોલિઓલ્સ લવચીક સેગમેન્ટ્સ બનાવે છે, જ્યારે ડાયસોસાયનેટ્સ અને નાના મોલેક્યુલર ચેઇન એક્સટેન્ડર્સ કઠોર સેગમેન્ટ્સ બનાવે છે. લવચીક અને કઠોર ચેઇન સેગમેન્ટ્સની એમ્બેડેડ રચના તેમના અનન્ય પ્રદર્શનને નક્કી કરે છે:
(૧) સામાન્ય રબરની કઠિનતા શ્રેણી સામાન્ય રીતે શાઓર A20-A90 ની વચ્ચે હોય છે, જ્યારે પ્લાસ્ટિકની કઠિનતા શ્રેણી લગભગ શાઓર A95 શાઓર D100 હોય છે. પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ ફિલર સહાયની જરૂર વગર શાઓર A10 જેટલા નીચા અને શાઓર D85 જેટલા ઊંચા સુધી પહોંચી શકે છે;
(2) ઉચ્ચ શક્તિ અને સ્થિતિસ્થાપકતા હજુ પણ કઠિનતાની વિશાળ શ્રેણીમાં જાળવી શકાય છે;
(3) ઉત્તમ વસ્ત્રો પ્રતિકાર, કુદરતી રબર કરતા 2-10 ગણો;
(૪) પાણી, તેલ અને રસાયણો સામે ઉત્તમ પ્રતિકાર;
(5) ઉચ્ચ અસર પ્રતિકાર, થાક પ્રતિકાર, અને કંપન પ્રતિકાર, ઉચ્ચ-આવર્તન બેન્ડિંગ એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય;
(6) -30 ℃ અથવા -70 ℃ થી નીચે નીચા-તાપમાન બરડપણું સાથે, સારા નીચા-તાપમાન પ્રતિકાર;
(૭) તેમાં ઉત્તમ ઇન્સ્યુલેશન કામગીરી છે, અને તેની ઓછી થર્મલ વાહકતાને કારણે, તે રબર અને પ્લાસ્ટિકની તુલનામાં વધુ સારી ઇન્સ્યુલેશન અસર ધરાવે છે;
(8) સારી બાયોકોમ્પેટિબિલિટી અને એન્ટીકોએગ્યુલન્ટ ગુણધર્મો;
(9) ઉત્તમ વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેશન, મોલ્ડ પ્રતિકાર અને યુવી સ્થિરતા.
પોલીયુરેથીન ઇલાસ્ટોમર્સ સામાન્ય રબર જેવી જ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને બનાવી શકાય છે, જેમ કે પ્લાસ્ટિસાઇઝેશન, મિક્સિંગ અને વલ્કેનાઇઝેશન. તેમને રેડતા, સેન્ટ્રીફ્યુગલ મોલ્ડિંગ અથવા સ્પ્રે કરીને પ્રવાહી રબરના સ્વરૂપમાં પણ મોલ્ડ કરી શકાય છે. તેમને દાણાદાર સામગ્રીમાં પણ બનાવી શકાય છે અને ઇન્જેક્શન, એક્સટ્રુઝન, રોલિંગ, બ્લો મોલ્ડિંગ અને અન્ય પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને બનાવી શકાય છે. આ રીતે, તે માત્ર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરતું નથી, પરંતુ તે ઉત્પાદનની પરિમાણીય ચોકસાઈ અને દેખાવમાં પણ સુધારો કરે છે.