Preparation and characterization of novel silicone-urea copolymers and composites

Abstract

Termoplastik silikon-üre (TPSU) kopolimerleri, yeni bir bakış açısıyla, içerisinde yüksek molekül ağırlıklı ve amin sonlu PDMS oligomerleri, halkalı alifatik diizosiyant (HMDI) ve düşük molekül ağırlıklı diamin zincir uzatıcılar ile hazırlandı ve karakterize edildi. Bu çalışmadaki amaçlarımızdan biri, PDMS zincir uzunluğunun termoplastik silikon-üre (TPSU) kopolimerlerinin çekme-uzama ve yorulma özelliklerine olan etkisini anlamaktı. Kütlece üre sert kısım oranları %1,24 ile %5,14 arasında değişen kopolimerler hazırlandı. Bu kopolimerlerin, oldukça düşük sert kısım oranlarına rağmen oldukça kuvvetli film oluşturdukları ve mikro faz ayrımlı bir morfolojiye sahip oldukları gözlendi. Eşit üre miktarlarına sahip silikon-üre kopolimerleri karşılaştırıldığında, PDMS?31,500 ile hazırlanan kopolimerler, PDMS?10,800 ile hazırlananlara göre kopma anında daha yüksek kuvvet gösterdiler. Buna ek olarak, PDMS?31,500 içeren silikon-üre kopolimerlerinin, PDMS?10,800 içerenlere ve hatta kimyasal çapraz bağlı silikon kauçuklara göre daha düşük yorulma değerleri gösterdikleri gözlendi. PDMS zincirlerinin kendi kendilerine dolanmaya başladığı kritik molekül ağırlığı (Me) 25,000 g/mol'dür. Elde ettiğimiz sonuçlar molekül ağırlığı Me değerinin üzerinde olan PDMS oligomerlerinin silikon-üre kopolimerlerinin çekme-kopma ve yorulma davranışları üzerinde önemli bir sinerjik etkisi olduğunu göstermektedir. Bu çalışmadaki ikinci amacımız, şu ana kadar hiç çalışılmamış olan silika dolgu malzemelerinin silikon-üre kopolimerlerinin özellikleri üzerindeki etkisini incelemekti. Bu amaçla hidrofobik silika içeriği kütlece %37,5'e varan silikon-üre kopolimerleri ilk kez hazırlandı. PDMS- 31,500 bazlı silikon-üre kopolimerlerine silika dolgu malzemelerinin eklenmesi ile modül, çekme-kopma ve kopma anındaki uzama değerlerinde çok büyük artılar gözlendi. Silika ilavesini yorulma davranışlarında az da olsa olumsuz bir etkiye neden olduğu gözlendi. Silika ile termoplastik silikon-üre kopolimerleri arasındaki etkileşim FTIR spektroskopisi kullanılarak incelendi.

Novel, segmented thermoplastic silicone-urea (TPSU) copolymers based on fairly high molecular weight aminopropyl terminated polydimethylsiloxane (PDMS) soft segments (<Mn> 10,800 and 31,500 g/mole), a cycloaliphatic diisocyanate (HMDI) and various low molecular weight diamine chain extenders were prepared and characterized. One of our goals in this study was to understand the influence of PDMS soft segment length on the tensile properties and hysteresis behavior TPSU copolymers. Copolymers with very low urea hard segment contents of 1.24 to 5.14% by weight were prepared. Although the copolymers had fairly low hard segment contents, they all formed films, showed very good microphase separation and displayed reasonably good mechanical properties. When silicone urea copolymers with identical urea hard segment contents were compared, those based on PDMS-31,500 showed higher tensile strengths than those of PDMS-10,800. In addition, PDMS-31,500 based silicone-urea copolymers also displayed lower hysteresis values when compared with PDMS-10,800 based TPSU or even with chemically crosslinked silicone rubbers. Critical entanglement molecular weight (Me) of PDMS is about 25,000 g/mol. We believe chain entanglement in PDMS-31,500 have a synergistic effect on the tensile properties and hysteresis behavior of the silicone-urea copolymers. Second goal of our research effort was to understand the effect of fumed silica fillers on the properties of silicone-urea copolymers. Hydrophobic silica filled silicone-urea copolymers, containing up to 37.5% by weight of silica were prepared for the first time. Incorporation of hydrophobic silica into silicone-urea copolymers based on PDMS-31,500 dramatically increased the modulus, tensile strength and elongation at break values of these copolymers. Silica incorporation had a slight negative effect on the hysteresis behavior. Presence of interaction between silica and the TPSU copolymers were also investigated by FTIR spectra.