Polyester bazlı ve polieter bazlı su bazlı poliüretan reçineler: ısı direnci performansının karşılaştırılması

Kimyasal açıdan bakıldığında, su bazlı poliüretan reçine esasen su içinde eşit şekilde dağılmış jel parçacıklarından oluşan viskoziteli bir sıvıdır. Zincir büyümesi sırasında emülsiyonun viskozitesi genellikle bir denge durumunu korur ve değişimi esas olarak parçacıkların moleküler ağırlığındaki artıştan kaynaklanır. Pratik uygulamalarda, film oluşturma sıcaklığı polimer parçacıklarının erime noktasını aştığında, parçacıklar arasında eşit biçimde dağılmış sürekli bir film tabakası oluşur. Daha düşük sıcaklıklar durumunda, kurutulmuş kaplama, parçacıktan parçacıka süreksiz bir yapışma durumu sergiler.

Polimerlerin ısı direncini tartışırken iki önemli sıcaklık göstergesinden bahsetmek gerekir: yumuşama sıcaklığı ve termal bozunma sıcaklığı. Yumuşama sıcaklığı, adından da anlaşılacağı gibi, polimerin elastik durumdan viskoz akış durumuna geçtiği kritik sıcaklığı, yani polimer zincirlerinin kaymaya başladığı en düşük noktayı ifade eder. Bu sıcaklıkta meydana gelen deformasyonun geri dönüşü yoktur. Bu sıcaklık sadece polimer için kalıplama yoluyla işleme aralığını belirlemekle kalmaz, aynı zamanda polimer ürünlerinin kullanımına ilişkin sıcaklık sınırını da belirler. Termal bozunma sıcaklığı, ısıtma sırasında polimerdeki kimyasal bağların koptuğu en düşük sıcaklıktır ve polimer ürünlerin uzun süreli çalışma sıcaklığı bu sıcaklıktan daha düşük olmalıdır. Termal bozunma sıcaklığı ile yumuşama sıcaklığı arasındaki ilişkinin sabit olmadığını ve yumuşama sıcaklığından daha yüksek veya daha düşük olabileceğini belirtmekte fayda var. Su bazlı poliüretan için termal ayrışma sıcaklığı genellikle yumuşama sıcaklığından daha düşüktür ve termal ayrışma süreci sıklıkla oksidasyon ve hidroliz gibi diğer bozunma süreçleriyle iç içe geçerek birbirini karşılıklı olarak destekler.

Su bazlı poliüretan emülsiyonunun termal bozunma sıcaklığı, makromoleküler yapısındaki çeşitli fonksiyonel grupların ısı direncinden büyük ölçüde etkilenir. Örneğin dimer üre ve üretan metakrilatın termal ayrışma sıcaklığı, üretan ve üreninkinden önemli ölçüde düşüktür. Literatür kayıtlarına göre dimer ürenin termal bozunma sıcaklığı 120°C iken, üretan metakrilatın bozunma sıcaklığı sadece 106°C'dir. Üretanın termal ayrışma sıcaklığı ana bileşiğinin yapısıyla yakından ilişkilidir; alifatik diizosiyanatlar genellikle aromatik diizosiyanatlardan daha iyi ısı direncine sahiptir ve alifatik alkoller aromatik alkollerden (fenol gibi) daha iyi ısı direncine sahiptir. Aromatik diizosiyanatlarda ısı direncinin sırası genellikle PPDI > NDI > MDI > TDI şeklindedir.

Ayrıca farklı yapıdaki yağ alkollerinin aynı izosiyanat ile reaksiyonundan elde edilen üretan-akrilatın termal bozunma sıcaklıklarında da önemli farklılıklar bulunmaktadır. Bunlar arasında birincil alkol en yüksek termal ayrışma sıcaklığına sahipken, üçüncül alkol en düşük sıcaklığa sahiptir ve hatta bazıları 50°C'de ayrışmaya başlayabilir. Bunun temel nedeni, üçüncül karbon atomu ve dördüncül karbon atomunun yakınındaki bağların daha kırılgan ve kırılmaya yatkın olmasıdır. Yumuşak segmentin yapısı aynı zamanda termal bozunma sıcaklığını da etkiler. Karbonil gruplarının iyi termal stabilitesi ve eter gruplarının a-karbon atomundaki hidrojenin oksidasyona karşı duyarlılığı nedeniyle, polyester bazlı malzemeler genellikle polieter bazlı malzemelere göre termal hava yaşlanmasına karşı daha iyi dirence sahiptir. Ek olarak, yumuşak segmentte çift bağların varlığı elastomerin ısı direncini düşürürken izosiyanürat halkalarının ve inorganik elementlerin eklenmesi elastomerin ısı direncini etkili bir şekilde geliştirebilir. Polyester polioller, moleküller arasındaki daha büyük moleküller arası kuvvetler nedeniyle genellikle polieter poliollerden daha iyi ısı bozunma performansına sahiptir. Polimerlerin termal stabilitesi, yüksek bağ enerjisi özelliklerinden dolayı silikon-oksijen bağlarının varlığıyla önemli ölçüde arttırılır. İnorganik malzemeler, mükemmel termal stabiliteleri ve mekanik mukavemetleri nedeniyle genellikle polimerlerin ısı direncini arttırmak için kullanılır.