Fumed silica filled polyrethaneurea nanocomposites

Abstract

Polieter bazlı termoplastik kopolimerler ve termoplastik silikon-üre kopolimerleri sentezlendi ve karakterize edildi. Polieter bazlı poliüretanüreler halkalı alifatik diizosiyanat, molekül ağırlığı <Mn> 2,000 g/mol olan hidroksil sonlu poli(etilen oksit) (PEO) ya da poli(tetrametilen oksit) (PTMO) ve 2-metil-1,5-diaminopentan zincir uzatıcısı kullanılarak iki basamaklı ?prepolimer yöntemi? ile sentezlendi. Silikon-üre kopolimerleri molekül ağırlığı <Mn> 2,500 ve 32,000 g/mol olan aminopropil sonlu polidimetilsiloksan (PDMS) ve halkalı alifatik diizosiyanat kullanılarak tek basamakta hazırladı. HDK H2K (hidrofobik) ve HDK N20 (hidrofilik) olmak üzere iki çeşit amorf silika polimer ağırlığının % 5-40'ı kadar çok bloklu kopolimerlere eklendi. Amorf silika tipi (hidrofobik ya da hidrofilik), miktarı ve yumuşak kısım yapısının nanokompozit özellikleri ve çekme- kopma davranışlarına etkisi belirlendi. Çalışmadan elde ettiğimiz sonuçlar şunlardır: Amorf silika eklemek (i) PEO ve PTMO yumuşak kısımlarının kristalizasyonunu etkilemiştir, (ii) PDMS yumuşak kısmının camsı geçiş sıcalığını değiştirmemiştir, (iii) polieter bazlı üretanüre kopolimerlerinin üretan ve üre kısımlarının birbirleriyle hidrojen bağlarını bir ölçüde engellemiştir. (iv) Sert kısımların hidrojen bağı yapıları amorf silika eklendikten sonra bozulmuştur. Fakat, silikon-üre kopolimerlerinin üre kısımlarının hidrojen bağlanma özelliklerinde amorf silika eklendikten sonra bir değişim gözlemlenmemiştir. Aynı polimerle hazırlanmış nanokompozitlerin de morfolojik özelliklerinde bir değişim gözlemlenmemiştir. (v) Amorf silika eklemek silicon-üre kopolimerlerinin çekme-kopma davranışlarını oldukça değiştirmiş fakat polieter bazlı sistemlerin çekme-kopma davranışlarında önemli bir etkiye sebep olmamıştır.

Novel, fumed silica filled thermoplastic polyether based and polydimethylsiloxane based segmented copolymers were synthesized and characterized. Polyether based polyurethaneureas were prepared by a two-step polymerization method from a cycloaliphatic diisocyanate, hydroxyl terminated poly(ethylene oxide) (PEO) and polyt(tetramethylene oxide) (PTMO) with number average molecular weight of 2000 g/mol and 2-methyl-1,5-diaminopentane chain extender. Silicone-urea copolymers were synthesized from aminopropyl terminated polydimethylsiloxane (PDMS) oligomers with number average molecular weights of 32,000 and 2,500 g/mol and from cycloalphatic diisocyanate in one step. Two different types of fumed silica HDK H2K (hydrophobic) and HDK N20 (hydrophilic) were incorporated into the segmented copolymers in amounts of 5-40% by weight. Influence of the silica type (hydrophilic versus hydrophobic), the amount of silica loading and the type of the soft segment on the morphology and tensile properties of the nanocomposites were determined. Major observations of this study were: (i) Incorporation of fumed silica affects the packing and organization in PEO and PTMO soft segments, (ii) incorporation of silica does not affect the glass transition temperature of PDMS, (iii) fumed silica incorporation interfere wih the H-bonding of urea and urethane groups of segmented polyether based urethaeureas. (iv) Hydrogen bonding within the hard domains are disrupted upon fumed silica incorporation in polyether based polyurethaneureas. But, there is no difference in the H-bonding characteristics of the urea groups in the segmented silicone-urea copolymers. No change in the morphology of the corresponding nanocomposites are observed. (v) Incorporation of silica influences the tensile properties of silicone-urea segmented copolymers significantly, whereas the tensile properties of the polyether based systems do not improve upon fumed silica addition.