روابط ساختار-خواص در پلی یورتان قطعه بندی شده عامل دار فروسن
در این مطالعه پلی یورتان غیر هیدروژن و قطعه بندی شده (SPU) از پلی بوتادین دیول عامل دار فروسن سنتز شده و نقش ترکیب فروسن در رابطه ساختار-خواص SPU به دقت مورد بررسی قرار گرفته است. برهمکنش بین قطعات سخت SPU از طریق ترکیب فروسن نقش مهمی در جداسازی بخش های سخت و نرم داشت. هیدروکسیل متصل به فروسن با پایانه بوتادین دیول (HTPB) در دمای 70 درجه سلسیوس با ایزوفورون دی ایزوسیانات برای تهیه پلی یورتان (PU) پلیمریزه شد. تجزیه و تحلیل مکانیکی دینامیک (DMA) و مطالعات SAXS جداسازی میکروفاز قوی بین بخش های سخت و نرم را نشان داد که منجر به تشکیل دامنه قطعه سخت نانو (HSD) در PU و در نهایت، تولید SPU شد. اگرچه SPU نمی تواند هیچ پیوند هیدروژنی بین زنجیره های PU را شناسایی کند اما به دلیل وجود فروسن بر کربن مجاور گروه یورتان، تعامل الکترواستاتیک مطلوب بین بخش های سخت شناسایی شده است. همانطور که در میکروسکوپ الکترونی روبشی به وضوح مشخص است، این برهمکنش بعنوان نیروی محرکی برای تشکیل مقیاس میکرومتر نانو HSD و اندازه مونتاژ نانو HSD با افزایش محتوای فروسن در HTPB افزایش می یابد. این وابستگی حاکی از آن است حضور در قسمت عملکردی فروسن عامل تشکیل مونتاژ نانو HSD است که به نوبه خود باعث افزایش استحکام کششی و شدت انتشار ناشی از SPU حاصل می شود.
پلی یورتان ها (PUS) بعنوان مولفه متداول در مواد ترموپلاستیک، ترموستینگ و الاستومری، کاربرد گسترده ای در حوزه های مختلف من جمله زیست پزشکی، خودروسازی، پوشش ها، چسب ها و کاربردهای ساختاری دارند. پلی یورتان های قطعه بندی شده (SPU) به دلیل تنوع ساختاری بیشترین کاربرد را در بین PU ها دارند. بنابراین، روابط ساختار-خواص SPU ها و سازماندهی فاز آنها مورد بررسی قرار گرفته اند و بسته به سازگاری بین بخش های سخت و نرم، می توانند جداسازی فاز میکرو یا اختلاط قطعه ای محسوب شوند. بیشتر خواص فیزیکی آنها مستقیما با این ساختار میکروفاز ارتباط دارند. SPU ها معمولا با گسترش زنجیره ای ایزوسیانات با پایانه پلی یورتان با استفاده از دیول ها با وزن مولکولی کم به نام اکستندرهای زنجیره ای سنتز می شوند. ایلگور و همکارانش بسیاری از SPU های غیر زنجیره ای را که در آن پیوند هیدروژن نیروی محرکه برای قطعه بندی، یا به عبارت دیگر جداسازی، فاز بین بخش های سخت و نرم است، گزارش دادند. در این مطالعه ما نشان دادیم که برهمکنش های الکترواستاتیک غیر هیدروژن ناشی از ترکیب عملکردی پایانۀ PU مبتنی بر پلی بوتادین با پایانه هیدروکسیل (HTPB) بعنوان نیروی محرک برای جداسازی فاز HTPB فراهم شده است. HTPB یک پیش پلیمر مایع است که به طور گسترده بعنوان بایندر پیشرانه استفاده می شود و به دلیل خواص فیزیکی عالی مانند ویسکوزیته کم، ظرفیت ذخیره سازی، پتانسیل کاهش آسیب پذیری، ظرفیت بارگذاری بالای مواد جامد و دمای انتقال شیشه زیر محیط بهترین انتخاب است. پلی یورتان های مبتنی بر HTPB در مواد مختلفی مانند تولید چسب، غشاها، فوم ها، پوشش ها، مواد خطی، جداکننده ترکیبات گلدان، مواد تغییر فاز به کار می روند. حتی به دلیل خواصی همچون مقاومت کششی، حرارتی، سایشی و شیمیایی در حوزه زیست پزشکی هم کاربرد دارد. برخلاف PU های پلی استر یا پلی اتر مبتنی بر گلیکول، در HTPB-PUS امکان پیوند هیدروژن بین بخش سخت و نرم وجود ندارد. از بین مقالات بیشماری که HTPB-PUS را مورد بررسی قرار داده اند، اکثر آنها رابطه ساختار-خواص را با تاکید بر درک پایداری مکانیکی به همراه اثربخشی حساسیت پذیری پیری بر پایداری حرارتی و اکسیژن بررسی کرده اند. همچنین، برخی از آنها از ساختار دی ایزوسیانات برای تعیین پدیده ساختار-خواص PU استفاده کردند.
بررسی کامل این مقالات نشان می دهد که بیشتر محققان برای بهبود خواص کششی PU مبتنی بر HTPB تلاش کردند. اخیرا، از تکنیک های اصلاح شیمیایی برای بهبود خواص مکانیکی پلی یورتان مبتنی بر لیگنین استفاده شده است. کوپلی یورتان HTPB-لیگنین حاوی دی ایزوسیانات های مختلف، در مقایسه با HTPB-PUS حاوی بیش از 3 درصد وزنی ترکیب لیگنین در مخلوط دیول ها، خواص کششی بهتری از خود نشان داده است. بسیاری از مقالات اثر هیدروژن بر خواص مکانیکی و اختلاط سگمنتال PU های مبتنی بر HTPB را بیان می کنند. در اینجا ما به بررسی تاثیر عملکرد پایانه HTPB در رابطه ساختار-خواص HTPB-PUS با استفاده از پیوند هیدروژنی و غیرهیدروژنی می پردازیم. اثبات شد که عملکرد نیترو دی نیتروبنزن (DNB) که به HTPB وصل شده و بعنوان HTPB-DNB شناخته می شود، از طریق برهمکنش پیوند هیدروژن در ترکیب سگمنتال نقش مهمی دارد که به نوبه خود هم در استحکام کششی و هم به طور همزمان در HTPB-DNB-Pus بهبود می یابد. با اینکه مشتقات تریازین پیوند غیر هیدروژنی هنگام اتصال به HTPB با تشکیل شبکه های سوپرامولکولی الکترواستاتیک باعث جداسازی فاز و در نهایت، مونتاژ دامنه های سخت نانو (HSDS) از اندازه 1 میکرومتر می شوند. HSD باعث تقویت مقاومت کششی ماتریس PU و همچنین انتشار ناشی از تجمع تریازین HTPB-PUS می شود. قطعه عملکردی DNB همچنین به بهبود خواص پوشش های PU محلول بر آب مبتنی بر HTPB کمک کرده است. با توجه به تمام مطالب ذکر شده در بالا اهداف ما عبارتند از:
1. کشف اثربخشی عملکرد پایانه با ترکیب ساندویچ فلزی عملکردی (فروسن) در رابطه ساختار-خواص HTPB-PUS
2. درک گسترده تعامل الکترواستاتیک در رابطه ساختار-خواص HTPB-PU در غیاب پیوند هیدروژن
3. بررسی امکان تغییر مورفولوژی که به نوبه خود در خواص HTPB-PUS
بر همین اساس، ما یک مولکول ساندویچ فلزی را برای عملکرد پایانه HTPB انتخاب کرده ایم تا قادر به ایجاد برهمکنش الکترواستاتیک، بدون ایجاد پیوند هیدروژن باشد.
نتیجه گیری
پلی یورتان ها از HTPB عملکردی فروسن با محتوای آهن متغیر سنتز شدند تا بتوانند در رابطه ساختار-خواص پلی یورتان حاصل شده تجزیه و تحلیل شوند. در صورت عملکرد فروسن HTPB-PU، تعامل بخش نرم و سخت از طریق فروسن منجر به تشکیل دامنه قطعه سخت نانو شده است که به نوبه خود یک ساختار مونتاژ شده با اندازه میکرومتر را به همراه دارد. PU حاصل شده افزایش چشمگیری در استحکام کششی و شدت نورتابناکی را با افزایش محتوای آهن در PU نشان داده است. مونتاژ HSD نانو به دلیل تغییر قابل ملاحظه خواص مکانیکی و لومینسانس آهن حاوی HTPB-PU نسبت داده شده است.
