پلیالهای پلیاتری برپایه پلیپروپیلن گلیکول (PPG) با غیراشباعیت کم، برای جایگزینی جزئی یا کامل پلیتترامتیلن اتر گلیکولها (PTMEG) در کاربردهای پوشش، چسب، درزگیر، الاستومر (CASE) و پلییورتانهای ترموپلاستیک (TPU) مورد اهمیت قرار گرفتهاند. کاهش عملکرد مواد در پلییورتانهای برپایه پلیپروپیلن گلیکولهای متداول -برای کاربردهای CASE و TPU- در مقایسه با سیستمهای برپایه PTMEG، به فقدان کریستالیزاسیون ناشی از کرنش در بخشهای نرم متشکل از PPG و کاهش تشکیل شبکه بدلیل حضور غیراشباعیت در انتهای زنجیره پلیالهای PPG متداول نسبت داده میشود. این پلیالهای ویژه امکان فرآیند در حالت مایع در دمای اتاق، غیراشباعیت کم و میزان بهینهای از جدایش میکروفازی را نسبت به شیمیهای رایج فراهم میکند. مقایسه عملکرد پلییورتان الاستومرهای ریختهگری شده و ترموپلاستیک برپایه این پلیالها در برابر انواع برپایه PTMEG و PPGهای متداول از نظر واکنشپذیری، خواص کششی، هیسترزیس، طیفسنجی مکانیکی دینامیکی (DMS) و مانایی فشاری در دمای بالا نشان داده است که این محصولات عملکردی مشابه با سیستمهای برپایه PTMEG داشته و عملکرد قابل مقایسه یا حتی فراتر از PPGهای متداول را ارائه میدهند.
مطالعه بیشتر: کاربرد فوم پلییورتان در مخازن سوخت هواپیما
ویژگیهای کلیدی
رزین Voranol 223-060LM یک نمونه از پلیالهای اصلاح شده برپایه PPG است که توسط شرکت Dow ارائه شده است. این پلیال یک مایع با ویسکوزیته پایین mPa.s300 و عدد هیدروکسیل mgKOH/g 61 است که بدلیل محتوای زیاد هیدروکسیل نوع اول، واکنشپذیری مشابهی با PTMEG ارائه میدهد. این پلیال با پلیاتر پلیالهای متداول امتزاجپذیر بوده در کاربردهای مختلفی از پلییورتانهای ترموپلاستیک و CASE قابل استفاده است. پخت سریع در دمای پایین ضمن صرفهجویی در مصرف انرژی به کاهش زمان سیکل تولید نیز کمک میکند؛ بعلاوه میزان مونول بسیار کم در این محصول باعث میشود که پلییورتان نهایی حاصل از آن دارای خواص مکانیکی استثنایی باشد.
بررسی عملکرد در الاستومرهای ریختهگری
عملکرد این نوع پلیالها در مقایسه با PTMEG با جرم مولکولی 1000 (T1000)، جرم مولکولی 2000 (T2000) و یک پلیال تجاری با جرم مولکولی 2000 در جدول ۱ آورده شده است. الاستومرهای ساخته شده با این ماده، استحکام کششی (UTS) و درصد افزایش طول بسیار بالایی نشان میدهند که از نمونههای PTMEG با وزن مولکولی مشابه فراتر میرود.
یکی از مزایای اصلی این محصول، مقاومت هیدرولیکی آن است. همانطور که در شکل ۱ مشاهده میشود، در آزمایش غوطهوری هفتروزه در آب، الاستومرهای برپایه Voranol 223-060LM حفظ استحکام کششی بسیار بالاتری را نسبت به رقبای تجاری نشان دادند.
تحلیل ریزساختار
میکروساختار بسیار همگن در الاستومرهای ریختهگری شده برپایه پلیالهای مذکور با ایجاد تعادل بین واکنشپذیری و جدایی فازی بین سگمنتهای سخت و نرم منجر به عملکرد بسیار مطلوب این ترکیبات میگردد. شکل ۲ توزیع یکنواخت بخشهای سخت یورتانی (نواحی روشن) با ابعادی در حدود ۱۰ نانومتر در ماتریس الاستومری با سختی Shore A 95 را در یک تصویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان میدهد. میکروساختار همگن و یکنواخت و جرم مولکولی بالا ناشی از پایین بودن مقدار مونول عامل اصلی خواص مکانیکی متعادل این ماده است.
عملکرد در پلییورتانهای ترموپلاستیک
عملکرد پلییورتانهای ترموپلاستیک تهیه شده از پلیالهای مذکور در مقایسه با انواع تهیه شده از PTMEG با جرم مولکولی 1000 (T1000)، جرم مولکولی 2000 (T2000) و یک TPU تجاری در جدول 2 آورده شده است.
استحکام کششی TPUهای تولید شده برپایهVoranol 223-060LM بدلیل فقدان کریستالیزاسیون ناشی از کرنش در ازدیاد طول بالا، حدود 64% استحکام در ترموپلاستیک برپایه T1000 است؛ با این وجود استحکام کششی در ازدیاد طول 300% برای این پلیمر از تمام نمونهها بالاتر اندازهگیری شده است. از طرفی این دادهها نشاندهنده مقاومت پارگی (Tear Strength) و خواص فشاری (Compression Set) مطلوب این محصول در مقایسه با نمونههای استاندارد است.
شکل 3، هیسترزیس کششی و مقاومت خزشی 150 درجه سانتیگراد برای TPU های آزمایشی تولید شده از T1000، یک پلیاتر پلیال تجاری و Voranol 223-060LM مقایسه شده است. اندازهگیریهای هیسترزیس کششی در 300% افزایش طول بدون زمان استراحت بین چرخههای کشش و آسایش با استفاده از نمونههای کششی استاندارد ASTM D638 نوع 5 انجام شده است (شکل 3a). اتلاف انرژی (%) بعنوان تفاوت در مساحت زیر پروفیلهای تنش-کرنش در حالت کششی و آسایش اندازه گیری می شود؛ اتلاف انرژی بعنوان تابعی از تعداد دفعاتی که نمونه تحت بار قرار میگیرد (تعداد چرخه) ثبت میشود. برای همه نمونههای مورد آزمون، اتلاف انرژی هیسترزیس اندازه گیری شده با افزایش تعداد چرخه به یک مقدار مجانب میرسد. پلییورتان ترموپلاستیک برپایه Voranol 223-060LM پس از یک چرخه تغییر شکل، عملکرد هیسترزیس کششی بین TPUهای آزمایشی T1000 و TPUهای تجاری نشان میدهد و برای چرخههای تغییر شکل بعدی با عملکرد TPU آزمایشی T1000 مطابقت دارد. در شکل 3b، مقاومت خزش 150 درجه سانتیگراد (50 گرم بار، 24 ساعت) برای TPU تجاری، T1000 تولید شده بصورت آزمایشی و TPU های Voranol 223-060LM نشان داده شده است. درحالیکه هم TPU تجاری و هم TPU تولید شده بصورت آزمایشی در کمتر از 0.1 ساعت (36 ثانیه) دچار شکست مکانیکی میشوند، TPU برپایه Voranol 223-060LM بدلیل افزایش پایداری دمایی سگمنتهای سخت در مقایسه با سایر نمونهها، پایداری ابعادی قابل توجهی (کمتر از 4٪ تغییر در طول) را در یک دوره 24 ساعته نشان میدهد. این یافتهها نشاندهنده پتانسیل عملکرد بالای این TPUها در کاربردهایی است که در آنها قطعه تحت تنشهای مکانیکی مکرر قرار گرفته و یا عملکرد در دمای بالا مورد نیاز است.
جمعبندی
پلیاتر پلیالهای اصلاح شده برپایه PPG همچون Voranol 223-060LM با ترکیب ویسکوزیته پایین، پایداری دمایی عالی و مقاومت هیدرولیکی بالا، جایگزینی اقتصادی و با کارایی بالا برای PTMEG در سیستمهای پلییورتانی پیشرفته محسوب میشوند. این مواد امکان تولید محصولاتی با دوام بیشتر و فرآیند پذیری آسانتر را فراهم میکنند.
مراجع
- ـJustin Virgili, PCI Magazine, 2013
بدون دیدگاه