اثر عامل‌های فرایند بر تهیه الاستومرهای گرمانرم پلی‌یورتان با آمیخته‌سازی واکنشی مذاب

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده علوم پلیمر، گروه پلی‌یورتان و مواد پیشرفته، صندوق پستی112-14975

10.22063/jipst.2020.1719

چکیده

فرضیه‌: الاستومرهای گرمانرم پلی‌یورتان به‌طور کلی با یکی از روش‌های تک‌مرحله‌ای، پیش‌پلیمری و نیمه‌پیش‌پلیمری تهیه می‌شوند. در تهیه پلی‌یورتان با این روش‌ها، گرانروی با پیشرفت واکنش افزایش می‌یابد و کنترل واکنش به‌سختی انجام می‌شود. بنابراین روش اکستروژن واکنشی به‌دلیل انجام واکنش در دمای زیاد، اختلاط بهتر اجزا، کنترل راحت‌تر واکنش و نیز افزایش سرعت واکنش به‌دلیل حذف مرحله طولانی پخت، در سال‌های اخیر توجه‌های زیادی را به‌خود اختصاص داده است. هدف از این پژوهش، مطالعه عامل‌های فرایند تهیه الاستومر پلی‌یورتان با استفاده از اکستروژن واکنشی است.
روش‌ها: بدین منظور، پیش‌پلیمر با پلی‌ال پلی‌استری (بر اساس آدیپیک اسید) و دی‌فنیل متان دی‌ایزوسیانات در راکتور شیشه‌ای تهیه شد. سپس، در سه دما و زمان اقامت مختلف با افزایش زنجیرافزای بوتان دی‌ال در میکرواکسترودر واکنش تا تشکیل پلیمر ادامه یافت. سپس، برای تعیین دما و زمان اقامت بهینه از 9 نمونه به‌دست‌آمده آزمون‌های FTIR و گرانروی ذاتی گرفته شد.  
یافته‌ها: نتایج نشان داد، 165 دمای درجه سلسیوس  و زمان اقامت 10min، شرایط بهینه برای تهیه الاستومر از راه اکستروژن واکنشی است. سپس با طراحی سه فرمول‌بندی، سه نمونه الاستومر گرمانرم با افزودن زنجیرافزای بوتان دی‌ال به پیش‌پلیمر در میکرواکسترودر تهیه و خواص فیزیکی مکانیکی آن‌ها مطالعه شد. نتایج نشان داد، با استفاده از این روش و شرایط فرایند به‌دست‌آمده، تهیه الاستومرهای گرمانرم پلی‌یورتان با خواص مطلوب در زمان‌های کوتاه‌تر امکان‌پذیر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Process Parameters on the Synthesis of Thermoplastic Polyurethane Elastomer Through Reactive Melt Blending

نویسندگان [English]

  • Mohammad Barmar
  • Shervin Ahmadi
  • Sajjad Nazifi
Department of Polyurethane and Advanced Materials, Faculty of Polymer Science, Iran polymer and Petrochemical Institute, P. O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Thermoplastic polyurethane elastomers are generally synthesized by one of the methods of one-shot, pre-polymer and semi pre-polymer. In the preparation of polyurethanes by these methods the viscosity is increased as the reaction progresses, while the reaction is difficult to control. Therefore, the reaction extrusion method has received much attention in recent years due to high temperature reaction, better mixing of components and more convenient reaction control as well as increased reaction rate due to the elimination of post curing time. The purpose of this study was to study the process parameters of polyurethane elastomer synthesis using reactive extrusion.
Methods: Here a prepolymer was synthesized with a polyester polyol (based on adipic acid) and diphenyl methane diisocyanate in a glass reactor. Then butanediol chain extender was added to the prepared prepolymer in a micro extruder at three different temperatures and residence times to obtain the final polymer. FTIR and intrinsic viscosity tests were then taken from 9 prepared samples to determine the optimum temperature and residence time.
Finding: The results showed that the temperature of 165°C and the residence time of 10 min were the optimum conditions for the elastomer synthesis through reactive extrusion. Then, by designing three formulations, three thermoplastic elastomer specimens were prepared by adding butanediol chain extender to the prepolymers, in a micro-extruder, and their physical mechanical properties were studied. The results showed that using this method and the obtained process conditions, it is possible to provide polyurethane thermoplastic elastomers with desirable properties in shorter time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thermoplastic polyurethane elastomer
  • reactive melt blending
  • prepolymer
  • residence time
  • process temperature
  1. Yamasaki S., Industrial Synthetic Methods for Rubbers. 8. Polyurethane Elastomers, Int. Polym. Sci. Technol., 43, 29-36, 2016.
  2. Puaux J.P., Cassagnau P., Bozga G., and Nagy L., Modeling of Polyurethane Synthesis by Reactive Extrusion, Chem. Eng. Proc., 45, 481-487, 2006
  3. Tzoganakis C., Reactive Extrusion of Polymers: A Review, Adv. Polym. Technol., 9, 321-330, 1989.
  4. Michaeli W. and Grefenstein A., Engineering Analysis and Design of Twin-screw Extruders for Reactive Extrusion, Adv. Polym. Technol., 14, 263-276, 1995.
  5. Hyun M.E. and Kim S.C., Study on the Reactive Extrusion Process of Polyurethane, Polym. Eng. Sci., 28, 743-757, 1988.
  6. Frye B.F., Pigott K.A., and Saunders J.H., Method of Making Polyurethanes, US Pat., 3233025A,1966.
  7. Rausch JrK. W. and Mcclellan T.R., Continuous Process for the One-Shot Preparation of a Thermoplastic Noncellular Polyurethane, US Pat., 3642964 A, 1972.
  8. Verhoeven V.W.A., Padsalgikar A.D., Ganzeveld K.J., and Janssen L.P.B.M., The Reactive Extrusion of Thermoplastic Polyurethane and the Effect of the Depolymerization Reaction, Int. Polym. Process., 3, 295-308, 2006.
  9. Semsarzadeh M., Navarchian A., and Morshedian J., Reactive Extrusion of Poly (urethane-isocyanurate), Adv. Polym. Technol., 23, 239-255, 2004.
  10. Karimi M.B., Khanbabaei G., and Sadeghi G.M.M., Vegetable Oil-based Polyurethane Membrane for Gas Separation, J. Membr. Sci., 527, 198-206, 2017.
  11. Cervantes-Uc J., Espinosa J.M., Cauich-Rodriguez J., Avila-Ortega A., Vazquez-Torres H., Marcos-Fernandez A., and San Román J., TGA/FTIR Studies of Segmented Aliphatic Polyurethanes and Their Nanocomposites Prepared with Commercial Montmorillonites, Polym. Degrad. Stab., 94, 1666-1677, 2009.
  12. Javni I., Petrović Z.S., Guo A., and Fuller R., Thermal Stability of Polyurethanes based on Vegetable Oils, J. Appl. Polym. Sci., 77, 1723-1734, 2000.
  13. Trovati G., Sanches E.A., Neto S.C., Mascarenhas Y.P., and Chierice G.O., Characterization of Polyurethane resins by FTIR, TGA, and XRD, J. Appl. Polym. Sci., 115, 263-268, 2010.
  14. Chattopadhyay D.K. and Webster Dean C., Thermal Stability and Flame Retardancy of Polyurethanes, Prog. Polym. Sci., 34, 1068-1133, 2009.
  15. Shamsi R., Mir Mohamad Sadeghi G., and Asghari G.H., Dynamic Mechanical Analysis of Polyurethanes and Carbon Nanotube Based Composites Obtained from PET Waste, Polym. Compos., 39, 754-764, 2018.
  16. Bussu G. and Lazzeri A., On the Use of Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) for Measuring Glass Transition Temperature of Polymer Matrix Fiber Reinforced Composites, J. Mater. Sci., 41, 6072-6076, 2006.
  17. Korley L.T.J., Pate B.D., Thomas E.L., and Hammond P.T., Effect of the Degree of Soft and Hard Segment Ordering on the Morphology and Mechanical Behavior of Semicrystalline Segmented Polyurethanes, Polymer, 47, 3073-3082, 2006.
  18. Pokharel P., Choi S., and Leeb D.S., The Effect of Hard Segment Length on the Thermal and Mechanical Properties of Polyurethane/Graphene Oxide Nanocomposites, Composites Part A: Appl. Sci. Manufact., 69, 168-177, 2015.