2. Die Wirksamkeit von 1,4-Butandiol als Kettenverlängerer
Um die Beliebtheit von 1,{1}}Butandiol als Kettenverlängerer zu verstehen, ist es wichtig, einen ungerade-gerade-Effekt bei Polyurethan-Zwischenprodukten zu erkennen.
Das erste Kriterium für ein wirksames Diolurethan-Zwischenprodukt ist die Linearität; Das zweite Kriterium ist, dass es idealerweise eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen enthält (dh die Anzahl der CH2-Gruppen in der Wiederholungskette).
Die Kettenpackung der einzelnen Hart- und Weichsegmente von Polyurethanen auf molekularer Ebene wirkt sich positiv auf die Gesamtleistungseigenschaften der resultierenden Elastomere aus. Bei Polyesterpolyolen und Diol-Kettenverlängerern wurde ein Effekt der ungeraden/geraden Kohlenstoffzahl beobachtet.
Beispielsweise sind in Adipat-Polyesterpolyolen, die auf Diolen mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen basieren (EG-2, BDO-4 und HDO{2}}), die Schmelzpunkte, Glasübergangstemperaturen usw Die Gesamtleistungseigenschaften sind höher als bei vergleichbaren Systemen, die auf Diolen mit einer ungeraden Anzahl von Kohlenstoffatomen basieren (PrDO-3 und PeDO-5).
Besonders hervorzuheben ist der hohe Grad an Kristallinität und Schmelzenthalpie (dh die zum Schmelzen des kristallinen Hartsegments erforderliche Wärme) in MDI-BDO-Hartsegmenten eines Polyurethans. Ein Beispiel finden Sie in der Tabelle unten.
Schmelzenthalpie für MDI/Diol-Segmente in Polyurethanen auf BDO/Adipat-Polyesterpolyol-Basis | ||
Diol im harten Block | ΔH(J/g)-TM | TM°C |
Z.B | 0.9 | 175 |
1,3-}PDO | 0.4 | 145 |
BDO | 2.8 | 148 |
1,5-}PDO | 0.14 | 167 |
1,6-HDO | 0.69 | 156 |
(Quelle)
Der Ungerade-Gerade-Effekt wird auf die Kristallpackung des harten Segments und die Wasserstoffbrückenbindung zwischen benachbarten Urethanmolekülen zurückgeführt.
Bei Kettenverlängerern mit gerader Zahl hat die Modellierung gezeigt, dass sich die Molekülketten besser ausrichten und die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Ketten durch Kettenverlängerer wie BDO erleichtert wird. Dies fördert die vorteilhafte Phasentrennung zwischen den harten und weichen Polymersegmenten. Tatsächlich haben viele Studien gezeigt, dass die Eigenschaften eines Polyurethans stark vom Ausmaß und der Perfektion dieser Phasentrennung abhängen.
Obwohl Ethylenglykol (EG) ebenfalls ein Diol-Kettenverlängerer mit gerader Kohlenstoffzahl ist, ist es keine gute Alternative zu BDO.
Bei EG sind zwei Nachteile zu beobachten: schlechte Mischbarkeit mit vielen Polyolen, was zu Verarbeitungs- und Leistungsnachteilen führt, und die polare Natur von EG, die zu einer Verringerung der Hydrolysebeständigkeit führt.
Ansonsten ist EG ein guter Kettenverlängerer und Polyester-Zwischenprodukt, das Polyurethane mit guten mechanischen Eigenschaften ergibt.
3. Die Verarbeitungsbedingungen für 1,4-Butandiol-Kettenverlängerer
Als flüssiges Diol kann 1,4-Butandiol bei Raumtemperatur als Kettenverlängerer in MDI- und aliphatischen Diisocyanatsystemen verwendet werden.
Die Verarbeitungstemperatur und die Katalysatorbeladung haben Einfluss auf die Topfzeit von Diol/MDI-Systemen. Während unkatalysierte Systeme bei 70 °C eine Topfzeit von 10–20 Minuten haben können, verkürzt sich die Topfzeit bei der Verarbeitung bei höheren Temperaturen oder bei Verwendung von Katalysatoren deutlich. Um die Reaktionsgeschwindigkeit des Diols mit dem Isocyanat zu erhöhen, werden üblicherweise Zinn- und Titanatkatalysatoren verwendet.
Darüber hinaus gefriert BDO bei 20 °C (68 °F). Daher ist es wichtig, BDO über dem Gefrierpunkt zu halten, um eine Kristallisation in den Geräteleitungen und eine Phasentrennung in einer B-Seiten-Formulierung zu vermeiden.
BDO ist außerdem hygroskopisch und muss in einer inerten Umgebung gehalten werden, um eine Feuchtigkeitsaufnahme zu vermeiden. Aufgrund seines geringen Feuchtigkeitsgehalts ermöglicht BDO in Urethanqualität den Verarbeitern eine gute Kontrolle der Stöchiometrie, indem die Reaktion von H2O mit Isocyanaten und die damit einhergehende Freisetzung von CO2-Gasblasen vermieden werden.