Resin poliuretan berbasis air berbasis poliester dan polieter: perbandingan kinerja tahan panas

Dari sudut pandang kimia, resin poliuretan yang ditularkan melalui air pada dasarnya adalah cairan dengan viskositas yang terdiri dari partikel gel yang terdispersi secara seragam dalam air. Selama pertumbuhan rantai, viskositas emulsi umumnya mempertahankan keadaan kesetimbangan, dan variasinya terutama disebabkan oleh peningkatan berat molekul partikel itu sendiri. Dalam aplikasi praktis, ketika suhu pembentukan film melebihi titik leleh partikel polimer, lapisan film kontinyu yang terdistribusi secara merata akan terbentuk di antara partikel. Dalam kasus suhu yang lebih rendah, lapisan kering menunjukkan keadaan adhesi partikel-ke-partikel yang terputus-putus.

Ketika membahas ketahanan panas polimer, dua indikator suhu penting harus disebutkan: suhu pelunakan dan suhu dekomposisi termal. Suhu pelunakan, seperti namanya, mengacu pada suhu kritis di mana polimer bertransisi dari keadaan elastis ke keadaan aliran kental, yaitu titik terendah di mana rantai polimer mulai meluncur. Deformasi yang terjadi pada suhu ini tidak dapat diubah. Suhu ini tidak hanya menentukan kisaran pemrosesan melalui pencetakan polimer tetapi juga menetapkan batas suhu untuk penggunaan produk polimer. Suhu dekomposisi termal adalah suhu terendah di mana ikatan kimia dalam polimer terputus selama pemanasan, dan suhu operasi jangka panjang produk polimer harus lebih rendah dari suhu ini. Perlu dicatat bahwa hubungan antara suhu dekomposisi termal dan suhu pelunakan tidak tetap dan bisa lebih tinggi atau lebih rendah dari suhu pelunakan. Untuk poliuretan yang mengandung air, suhu dekomposisi termal biasanya lebih rendah daripada suhu pelunakan, dan proses dekomposisi termal sering kali terkait dengan proses degradasi lainnya seperti oksidasi dan hidrolisis, dan saling mendorong satu sama lain.

Suhu dekomposisi termal emulsi poliuretan yang ditularkan melalui air sangat dipengaruhi oleh ketahanan panas berbagai gugus fungsi dalam struktur makromolekulnya. Misalnya, suhu dekomposisi termal dimer urea dan uretan metakrilat jauh lebih rendah dibandingkan suhu uretan dan urea. Menurut catatan literatur, suhu dekomposisi termal dimer urea adalah 120°C, sedangkan suhu dekomposisi uretan metakrilat hanya 106°C. Suhu dekomposisi termal uretan berkaitan erat dengan struktur senyawa induknya, dengan diisosianat alifatik umumnya memiliki ketahanan panas yang lebih baik dibandingkan diisosianat aromatik, dan alkohol alifatik memiliki ketahanan panas yang lebih baik dibandingkan alkohol aromatik (seperti fenol). Pada diisosianat aromatik, urutan ketahanan panas biasanya PPDI > NDI > MDI > TDI.

Selain itu, terdapat perbedaan yang signifikan dalam suhu dekomposisi termal uretan-akrilat yang diperoleh dari reaksi berbagai struktur alkohol lemak dengan isosianat yang sama. Diantaranya, alkohol primer memiliki suhu dekomposisi termal tertinggi, sedangkan alkohol tersier memiliki suhu terendah, dan beberapa bahkan mungkin mulai terurai pada suhu 50°C. Hal ini terutama karena ikatan di dekat atom karbon tersier dan atom karbon kuaterner lebih rapuh dan rentan putus. Struktur segmen lunak juga mempengaruhi suhu dekomposisi termal. Karena stabilitas termal gugus karbonil yang baik dan kerentanan hidrogen pada atom karbon α gugus eter terhadap oksidasi, bahan berbahan dasar poliester biasanya memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap penuaan udara termal dibandingkan bahan berbahan dasar polieter. Selain itu, adanya ikatan rangkap pada segmen lunak akan menurunkan ketahanan panas elastomer, sedangkan pengenalan cincin isosianurat dan elemen anorganik dapat secara efektif meningkatkan ketahanan panas elastomer. Poliol poliester umumnya memiliki kinerja degradasi panas yang lebih baik daripada polieter poliol karena gaya antarmolekul yang lebih besar antar molekul. Stabilitas termal polimer ditingkatkan secara signifikan dengan adanya ikatan silikon-oksigen karena karakteristik energi ikatannya yang tinggi. Bahan anorganik sering digunakan untuk meningkatkan ketahanan panas polimer karena stabilitas termal dan kekuatan mekaniknya yang sangat baik.