La poliurea termoplástica (TPU) es un material elastomérico ampliamente utilizado en diversas aplicaciones, desde recubrimientos y espumas hasta dieléctricos para condensadores y actuadores. Sin embargo, los métodos actuales de síntesis de poliurea dependen de isocianatos altamente reactivos, disolventes y catalizadores, lo que plantea serias preocupaciones de seguridad. Este artículo detalla la síntesis y caracterización de elastómeros de poliurea segmentada de poli(óxido de tetrametileno) (PTMO) procesables por fusión, utilizando un método libre de isocianatos, disolventes y catalizadores. El análisis mecánico dinámico y la calorimetría diferencial de barrido revelan la microseparación de fases entre los segmentos blandos y duros de poliurea. El análisis de tracción muestra una alta deformación a la rotura para todos los copolímeros segmentados de 340 a 770% y un módulo ajustable de 0,76 a 29,5 MPa. La espectroscopia dieléctrica muestra que el compuesto con 20% en peso de segmentos duros de poliurea tiene la constante dieléctrica más alta de 10,6 (1 kHz, 300 K) entre los copolímeros segmentados, lo que sugiere su potencial aplicación como elastómero dieléctrico.
Los elastómeros de poliurea consisten en segmentos blandos y segmentos duros de poliurea unidos covalentemente de forma alterna. Los polímeros blandos con baja Tg definen los segmentos blandos y proporcionan flexibilidad al copolímero, mientras que los segmentos duros actúan como enlaces cruzados físicos y generan resistencia mecánica. Las propiedades elastoméricas de la poliurea surgen de la microseparación de fases que se produce entre los segmentos blandos y duros.
El método tradicional de síntesis de poliurea utiliza diisocianatos tóxicos que reaccionan con diamina, lo que plantea importantes problemas de salud humana y medio ambiente. Este artículo describe una estrategia que utiliza urea como comonómero para formar poliureas basadas en PTMO con contenidos de segmentos duros que varían del 5 al 30% en peso. La policondensación en masa de diamina basada en PTMO comercial con urea y un extensor de cadena de diamina que contiene éter en ausencia de catalizador produce una serie de poliureas segmentadas procesables por fusión.
El análisis termogravimétrico (TGA) mediante el método isotérmico escalonado proporcionó un método para estimar la composición de cada poliurea. Los resultados de TGA muestran una buena correlación entre la pérdida de peso escalonada y la composición de segmentos blandos y duros de poliurea objetivo para cada copolímero segmentado.
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) muestra las transiciones térmicas de las poliureas. Todas las poliureas que contienen PTMO muestran una Tg característica a -76 °C para los segmentos blandos. La incorporación de segmentos duros DEOEU en la poliurea reduce el punto de fusión de los segmentos blandos en 10-15 °C a medida que disminuye la concentración de los dominios de segmentos blandos.
El análisis mecánico dinámico (DMA) muestra el módulo de almacenamiento en función de la temperatura. La presencia de un módulo de meseta después de la transición de flujo de PTMOU en los copolímeros segmentados indica microseparación de fases. El módulo de meseta aumenta al aumentar el contenido de segmentos duros debido al aumento de los enlaces de hidrógeno y la cristalinidad.
El análisis de tracción muestra una alta deformación a la rotura en las poliureas segmentadas del 340 al 770% de deformación, comparable a los ejemplos de la literatura para poliureas basadas en isocianato. El módulo de Young y la tensión máxima aumentan significativamente con la creciente incorporación de segmentos duros, lo que indica la variabilidad de las propiedades mecánicas que se puede lograr mediante este método.
La espectroscopia dieléctrica de banda ancha muestra la permitividad relativa y la pérdida dieléctrica para cada polímero. La poliurea que contiene 20% en peso de DEOEU muestra la permitividad más alta (10,6) entre los copolímeros segmentados medidos a 1 kHz y 300 K.
En conclusión, las poliureas segmentadas basadas en PTMO sintetizadas mediante un método libre de isocianatos muestran propiedades mecánicas y dieléctricas prometedoras para aplicaciones como elastómeros dieléctricos. Se necesita más investigación para optimizar estas propiedades y explorar otras aplicaciones potenciales.