Investigation of the effect of the diisocyanate symmetry and soft segment molecular weight on the structure-property behavior of non-chain extended, segmented polyureas

Abstract

Öğrencinin Adı : Bora İNCİAna Bilim Dalı : Malzeme Bilimi ve MühendisliğiTez Başlığı : Çok kısımlı poliüre kopolimerlerinde diizosiyanatyapısının ve yumuşak kısmı oluşturan oligomerin zinciruzunluğunun yapıya ve fiziksel ve mekanik özelliklereetkisinin incelenmesiÖzetYeni bir bakış açısıyla bire bir oranda diizosiyanat ve amin sonlu oligomer kullanılarak çokkısımlı poliüre kopolimerleri sentezlendi. Diizosiyanat yapısının ve yumuşak kısmı oluşturanoligomerin zincir uzunluğunun sentezlenen poliürelerin yapısı ve fiziksel ve mekaniközelliklerine etkisi incelendi. Bu poliürelerin sentezinde kullanılan amin sonlupolitetrametilen oksit (PTMO) ve polietilenbütilen (PEB) oligomerleri piyasada bulunabilen,sayı ortalama molekül ağırlıkları sırasıyla 2000 ve 3340 g/mol olan ve alkol sonlu PTMO vePEB kullanılarak iki aşamalı bir yöntemle sentezlendi. Bu çalışmada, 1,6-hekzametilendiizosiyanat (HDI), 1,4-fenilen diizosiyanat (pPDI), 1,4-trans-siklohekzil diizosiyanat (CHDI)ve 4,4'-disiklohekzilmetan diizosiyanat (HMDI) kullanıldı. Polimerler oligomersolüsyonunun diizosiyanat solüsyonu üzerine damla damla eklenmesi yolu ile elde edildi.Stokiometrik hesaplamalar sonucunda PTMO ve PEB kullanılarak elde edilen poliürelerinsert kısımlarının oranı sırasıyla % 6 ve % 4.5 civarında bulundu. PTMO ile hazırlananpoliürelerin Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) yardımıyla yapılan analizlerinde mikro fazayrımlı morfoloji tespit edildi. Bu morfolojik yapıda sert kısımların yumuşak matris içerisindeşeritler halinde bulunduğu gösterildi. Aynı poliürelerin çekme-kopma testleri de çok ilginçsonuçlar verdi. Kopma anındaki kuvveti ve uzaması sırasıyla 30 MPa ve % 1000 olarakbulundu. Bu değerlerin daha fazla sert kısım içeren geleneksel poliüreler ile karşılaştırılabilirbüyüklükte olduğu gösterildi.PEB oligomerleri kullanılarak elde edilen poliürelerin DMA sonuçları çok uzun birsıcaklık aralığında (-25 ºC ile 150 ºC) kauçuksu plato davranışı gösterdi. Bu kadar uzun birsıcaklık aralığını kapsayan bir kauçuksu plato davranışının görülmesi bu poliürelerin mikrofaz ayrımlı bir morfolojik yapıya sahip olduğunun belirtisi olarak kabul edilebilir.

: Bora İNCİName of the Student: Material Science and EngineeringProgram of Study: Investigation of the effect of diisocyanate symmetryThesis Titleand soft segment molecular weight on thestructure-property behavior of non-chain extended,segmented polyureas.AbstractThe effect of diisocyanate structure and soft segment molecular weight on thestructure-property behavior of novel, non-chain extended, segmented polyureaswere investigated. These novel polyureas were synthesized by the stoichiometricreactions of diisocyanates and amino functional oligomers. Amine terminatedpoly(tetramethylene oxide) (PTMO) and poly(ethylene/butylene) (PEB) oligomerswere synthesized by using a two step process from commercially availablehydroxyl terminated PTMO and PEB with number average molecular weights of2000 and 3340 g/mol, respectively. The diisocyanates used in the preparation ofpolyureas were 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), 1,4-phenylenediisocyanate (pPDI), 1,4-trans-cyclohexyl diisocyanate (CHDI) and 4,4?-dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI). All polymerization reactions wereconducted at room temperature, by the dropwise addition of oligomer solutiononto the diisocyanate solution under strong agitation. Hard segment contentswere varied around 6.0 wt% for PTMO based polyureas and 4.5 wt% for PEBbased polyureas calculated from the reaction stoichiometry. Atomic ForceMicroscopy (AFM) images of all PTMO based polyureas possessed microphaseseparated morphology with thread-like hard domains in the soft segment matrix.PTMO based polyurea films had a tensile strength of approximately 30 MPa andelongation at break of ~1000 %, which are comparable to the commercial chainextended thermoplastic elastomers with much higher hard segment contents.DMA scans of PEB based polyurea films also indicated microphase separation,in spite of only 4.5% hard segment content. It also displayed a fairly long rubberyplateau extending between -25 ºC and 150 ºC.