Polyurea nhiệt dẻo (TPU) là vật liệu đàn hồi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, từ lớp phủ và bọt đến vật liệu điện môi cho tụ điện và thiết bị truyền động. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp polyurea hiện nay phụ thuộc vào isocyanate có tính phản ứng cao, dung môi và chất xúc tác, gây ra những lo ngại nghiêm trọng về an toàn. Bài viết này trình bày chi tiết về tổng hợp và đặc trưng của elastomer polyurea phân đoạn poly(tetramethylene oxide) (PTMO) có thể gia công nóng chảy, sử dụng phương pháp không cần isocyanate, dung môi và chất xúc tác. Phân tích cơ học động và đo nhiệt lượng quét vi sai cho thấy sự phân tách vi pha giữa các soft segment và hard segment polyurea. Phân tích kéo cho thấy biến dạng đứt gãy cao cho tất cả các copolymer phân đoạn từ 340 đến 770% và mô đun điều chỉnh được từ 0,76 đến 29,5 MPa. Phổ điện môi cho thấy thành phần chứa 20% trọng lượng hard segment polyurea có độ điện môi cao nhất là 10,6 (1 kHz, 300 K) trong số các copolymer phân đoạn, cho thấy tiềm năng ứng dụng làm elastomer điện môi.
Elastomer polyurea bao gồm các soft segment và hard segment polyurea được liên kết cộng hóa trị xen kẽ nhau. Polymer mềm dẻo có Tg thấp xác định soft segment và cung cấp tính linh hoạt cho copolymer trong khi hard segment hoạt động như liên kết chéo vật lý và tạo ra độ bền cơ học. Tính chất đàn hồi của polyurea phát sinh từ sự phân tách vi pha xảy ra giữa các soft segment và hard segment.
Phương pháp tổng hợp polyurea truyền thống sử dụng diisocyanate độc hại phản ứng với diamine, gây ra mối lo ngại đáng kể về sức khỏe con người và môi trường. Bài viết này mô tả một chiến lược sử dụng urea làm comonomer để tạo thành polyurea gốc PTMO với hàm lượng hard segment từ 5 đến 30% trọng lượng. Phản ứng trùng ngưng nóng chảy của diamine gốc PTMO thương mại với urea và chất kéo dài chuỗi diamine chứa ether trong trường hợp không có chất xúc tác tạo ra một loạt các polyurea phân đoạn có thể gia công nóng chảy.
Phân tích nhiệt trọng trường (TGA) theo phương pháp đẳng nhiệt từng bước đã cung cấp một phương pháp để ước tính thành phần của mỗi loại polyurea. Kết quả TGA cho thấy sự tương quan tốt giữa lượng giảm trọng lượng ở mỗi bước với thành phần soft segment và hard segment polyurea được nhắm mục tiêu cho mỗi copolymer phân đoạn.
Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) cho thấy các chuyển đổi nhiệt của polyurea. Tất cả các polyurea chứa PTMO đều thể hiện Tg đặc trưng ở -76 °C cho soft segment. Sự kết hợp của hard segment DEOEU vào polyurea làm giảm điểm nóng chảy của soft segment xuống 10–15 °C khi nồng độ của các miền soft segment giảm.
Phân tích cơ học động (DMA) cho thấy mô đun lưu trữ theo hàm số của nhiệt độ. Sự hiện diện của mô đun nền sau khi chuyển đổi nóng chảy PTMOU trong các copolymer phân đoạn cho thấy sự phân tách vi pha. Mô đun nền tăng lên khi tăng hàm lượng hard segment do sự gia tăng liên kết hydro và độ kết tinh.
Phân tích kéo cho thấy biến dạng đứt gãy cao trong polyurea phân đoạn từ 340 đến 770% biến dạng, tương đương với các ví dụ trong tài liệu về polyurea gốc isocyanate. Mô đun Young và ứng suất cực hạn tăng đáng kể khi kết hợp hard segment ngày càng tăng, cho thấy sự thay đổi của các tính chất cơ học có thể đạt được bằng phương pháp này.
Phổ điện môi băng rộng cho thấy độ điện môi tương đối và tổn thất điện môi cho mỗi loại polymer. Polyurea chứa 20% trọng lượng DEOEU thể hiện độ điện môi cao nhất (10,6) trong số các copolymer phân đoạn được đo ở 1 kHz và 300 K.
Kết luận, polyurea phân đoạn gốc PTMO được tổng hợp bằng phương pháp không dùng isocyanate thể hiện các đặc tính cơ học và điện môi hứa hẹn cho các ứng dụng như elastomer điện môi. Cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa các đặc tính này và khám phá các ứng dụng tiềm năng khác.
