تأثير المجموعات المختلفة في مادة البولي يوريثان على خصائص الرغوة

أشارت الدراسات السابقة إلى أن البولي يوريثين عبارة عن بوليمر يتكون من مجموعات وظيفية مختلفة. يمكن التعبير عن تأثير هذه المجموعات على القوى الجزيئية داخل البوليمر من خلال الطاقة المتماسكة للمجموعات المختلفة في الجزيئات الصغيرة. تتوافق القيم الأعلى مع قوى الجذب الأقوى.

كما هو موضح في الجدول 1، فإن طاقة التماسك للهيدروكربونات الأليفاتية ومجموعات الأثير هي الأدنى، في حين أن طاقة مجموعات اليوريتان والأميد أعلى. على الرغم من عدم إدراج مجموعات اليوريا في الجدول، إلا أن طاقة تماسكها تفوق طاقة مجموعات اليوريتان. على سبيل المثال، يمكن استنتاج طاقة التماسك للمجموعات المختلفة في الألياف الاصطناعية من نقاط انصهار الألياف (الشكل 2). بشكل عام، ترتبط طاقة التماسك الأعلى بنقاط انصهار أعلى وبلورة أكبر. تظهر البيانات في الشكل 2 أن الألياف المجمعة لديها أعلى نقاط انصهار، مما يشير إلى أن مجموعات اليوريا لديها طاقة متماسكة داخل الجزيئات أعلى مقارنة بمجموعات اليوريثان والأميد.

الجدول 1: الطاقة المتماسكة للمجموعات العضوية المختلفة

ترجع الطاقة المتماسكة الكبيرة لهذه المجموعات في المقام الأول إلى تأثير الروابط الهيدروجينية.

من أنظمة ألياف البولي يوريثين والبولي أميد والبوليوريا في الشكل 2، من الواضح أن نقاط الانصهار تنخفض مع انخفاض محتوى المجموعات شديدة القطبية. ومع ذلك، البوليستر مختلفة؛ محتوى مجموعة الإستر له تأثير طفيف على نقطة الانصهار. ترجع هذه الخاصية أساسًا إلى وجود روابط CO-O-C في مجموعات الإستر، والتي تكون مرنة نسبيًا، وتتعارض مع الطاقة المتماسكة المعتدلة لمجموعات الإستر. ونتيجة لذلك، فإن مادة البولي يوريثين لديها نقطة انصهار أقل من مادة البولي أميد في الهياكل المكافئة بسبب مرونة روابط CO-C.

الشكل 2: اتجاهات نقطة الانصهار للبوليمرات المختلفة

على الرغم من أن تركيز مجموعات الإستر له تأثير بسيط نسبيًا على نقطة انصهار البوليستر، فقد لوحظت نتائج مختلفة في البولي يوريثان من نوع البوليستر أو البولي يوريا. في هذه البوليمرات المختلطة، يؤدي وجود مجموعات مانحة قوية للهيدروجين إلى ترابط هيدروجيني أكثر شمولاً من البوليستر النقي. زيادة تركيز مجموعات الإستر في البولي يوريثين من نوع البوليستر يعزز قوة البوليمر.

تتجلى مرونة رابط CO-C أيضًا في نقطة انصهار أكسيد البولي إيثيلين (البولي إيثيلين جلايكول). على الرغم من أن طاقة التماسك (1.00) أعلى من طاقة الميثيلين (0.68)، إلا أن نقطة انصهار البولي إيثر هي 55- فقط.70°C، في حين يمكن أن تصل إلى البولي ايثيلين 110°C أو أعلى. يرجع هذا الاختلاف في مرونة السلسلة بشكل أساسي إلى انخفاض حاجز الدوران لرابطة CO-C مقارنة برابطة CC. على سبيل المثال، تبلغ الطاقة الدورانية لرابطة CC في الإيثان 12.6 كيلوجول/مول، ويرجع ذلك أساسًا إلى التنافر بين ذرات الهيدروجين في مجموعات الميثيل المجاورة. عندما يتم فصل مجموعات الميثيل هذه بواسطة رابطة أكسجين الأثير، تزداد المسافة بين ذرات الهيدروجين، مما يجعل دوران السلسلة أسهل.

الجدول 3: تأثير مجموعات الأثير المختلفة على نقاط الانصهار

إن وجود الحلقات العطرية، على عكس مجموعات الأثير، يؤثر بشكل كبير على صلابة سلاسل البوليمر، مما يؤدي إلى ارتفاع نقاط الانصهار وزيادة الصلابة واستقرار الأبعاد.

على الرغم من أن البيانات المذكورة أعلاه مستمدة من البولي يوريثان الخطي غير الرغوي، فقد لوحظت اتجاهات مماثلة في المواد الرغوية. على سبيل المثال، تظهر رغاوي البولي يوريثان الصلبة المصنوعة من بوليولات بولي إيثر عطرية أو بولي إيزوسيانات عطرية بشكل عام مقاومة أعلى لدرجات الحرارة واستقرار الأبعاد. علاوة على ذلك، فإن درجات حرارة تليين رغاوي البولي يوريثان المصنوعة من البولي إيثرات ثلاثية الوظائف التي يبدأها ثلاثي ميثيلول بروبان (النوع الأليفاتي 3)، والبولي إيثرات سداسية الوظائف التي يبدأها السوربيتول (النوع الأليفاتي 6)، والبولي إيثرات ثلاثية الوظائف التي تحتوي على حلقات بنزين (النوع العطري 3) مع IDI وMDI اختلف. بالنسبة للبولي إيثرات التي لها نفس مكافئ الهيدروكسيل ونفس الوظيفة، فإن الرغاوي المصنوعة من البولي إيثرات العطرية لها نقاط تليين أعلى من تلك المصنوعة من البولي إيثرات الأليفاتية. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الرغاوي المصنوعة من MDI بدرجات حرارة تليين أعلى من تلك المصنوعة من TDI، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى ارتفاع كثافة حلقات البنزين في الرغاوي المصنوعة من MDI.

تظهر الرغاوي المصنوعة من البولي إيثرات الحلقية غير المتجانسة مثل ميثيل جلوكوزيد-أوكسيران بولي إيثر بوليول نقاط تليين أعلى بكثير من تلك المصنوعة من نفس وظيفة التيترول، مثل بنتايرثريتول بولي إيثر بوليول، تحت نفس مؤشر الإيزوسيانات. يشير هذا أيضًا إلى أن صلابة المجموعات الحلقية غير المتجانسة أعلى بكثير من صلابة مجموعات الهيدروكربونات الأليفاتية.