폴리우레탄 제형에 대한 Mono-OH 대 Di-OH 액체 ​​폴리부타디엔

액체 폴리부타디엔에서 하이드록실 기능이 중요한 이유

액체 폴리부타디엔은 수산기 그룹으로 인해 폴리머가 우레탄 형성에 직접 참여할 수 있기 때문에 종종 폴리우레탄 제제의 반응성 성분으로 선택됩니다. 그러나 이러한 수산기 그룹의 수와 위치에 따라 재료가 최종 폴리우레탄 구조에 기여하는 방식이 바뀔 수 있습니다.

이러한 구별은 모노-OH와 디-OH 액체 ​​폴리부타디엔을 비교할 때 특히 중요합니다. 모노-하이드록실 물질과 디-하이드록실 물질은 둘 다 폴리부타디엔 백본을 함유할 수 있지만 폴리우레탄 형성 동안 동일한 수준의 반응성 연결성을 제공하지 않습니다.

차이점은 단순히 유연성을 위해 하나의 재료를 선택하고 강도를 위해 다른 재료를 선택하는 문제가 아닙니다. 두 가지를 평가하는 더 유용한 방법은 하이드록실 기능, OH 당량, 분자량, NCO/OH 비율, 점도 및 네트워크 형성 간의 관계를 살펴보는 것입니다.

한 유형의 액체 폴리부타디엔을 다른 유형으로 변경하면 필요한 이소시아네이트의 양, 경화 거동, 분자 구조 및 궁극적으로 신장률, 경도, 모듈러스 및 탄력성과 같은 특성이 변경될 수 있기 때문에 이는 제조자에게 중요합니다.

Mono-OH와 Di-OH 액체 ​​폴리부타디엔은 다르게 사용됩니다

모노-OH 액체 ​​폴리부타디엔

모노-OH 액체 ​​폴리부타디엔은 폴리머 사슬당 하나의 1차 하이드록실 기능을 포함합니다. 우레탄 반응에는 단 하나의 하이드록실 그룹만 사용할 수 있기 때문에 폴리우레탄 네트워크 형성에 대한 기여도는 기본적으로 이관능성 폴리올의 기여도와 다릅니다.

제형에서 모노-하이드록실 폴리부타디엔은 반응성 말단 그룹 함유 개질제 또는 사슬 말단 성분처럼 작용할 수 있습니다. 그 효과는 분자량과 사용된 양에 따라 크게 달라집니다. 농도를 높이더라도 di-OH 폴리올을 추가하는 것과 동일한 유형의 분자 연결이 자동으로 생성되지는 않습니다.

이는 폴리부타디엔 세그먼트를 도입하는 동시에 해당 세그먼트가 성장하는 폴리우레탄 구조에 참여하는 방식을 보다 엄격하게 제어해야 할 때 모노-OH 재료를 유용하게 만듭니다.

모노하이드록실 액체 폴리부타디엔을 고려하는 응용 분야의 경우 OH 값을 개별 사양으로 처리하기보다는 분자량과 함께 확인해야 합니다. 점도가 비슷한 두 제품이라도 하이드록실 기능과 분자량 분포가 다를 경우 반응성 거동이 상당히 다를 수 있습니다.

Di-OH 액체 ​​폴리부타디엔

Di-OH 액체 ​​폴리부타디엔은 두 개의 하이드록실 기능을 포함하고 있으므로 폴리머 사슬의 양쪽 끝에서 반응할 수 있습니다. 이는 폴리우레탄 사슬 성장과 네트워크 개발에 보다 직접적인 역할을 제공합니다.

이러한 이유로 기존의 하이드록실 말단 폴리부타디엔은 일반적으로 폴리우레탄 시스템에서 반응성 폴리올로 사용됩니다. 두 개의 반응성 말단을 통해 폴리부타디엔 사슬은 주로 말단 변형제로 작용하기보다는 폴리우레탄 골격의 일부가 될 수 있습니다.

HTPB 기반 제제의 경우 필요한 이소시아네이트 수준을 결정할 때 하이드록실 말단 폴리부타디엔 등급, OH 값, 분자량 및 기능성을 모두 함께 고려해야 합니다.

di-OH 구조의 실질적인 장점은 본질적으로 "더 좋다"는 것이 아닙니다. 주요 차이점은 반응성 연결입니다. 이러한 연결성은 폴리머 네트워크에 폴리부타디엔 세그먼트가 통합된 연속적인 폴리우레탄 구조가 제형에 필요할 때 유용할 수 있습니다.

기능성이 폴리우레탄 네트워크 형성을 어떻게 변화시키는가

모노-OH와 디-OH 액체 ​​폴리부타디엔의 가장 중요한 차이점은 분자 수준에서 나타납니다.

폴리우레탄 반응은 수산기와 이소시아네이트기 사이의 반응에 따라 달라집니다. 두 개의 수산기를 지닌 분자는 두 개의 이소시아네이트 함유 종과 연결되어 사슬 연장이나 네트워크 형성에 참여할 수 있습니다. 하이드록실 그룹이 하나만 있는 분자는 서로 다른 연결성을 가지며 동일한 양방향 성장 메커니즘을 제공할 수 없습니다.

이것이 바로 단순히 제품명이나 점도를 비교하기 전에 수산기 기능성을 평가해야 하는 이유입니다.

분자량이 비슷한 두 가지 액체 폴리부타디엔 등급을 고려해보세요. 하나가 모노-OH 기능을 갖고 다른 하나가 디-OH 기능을 갖는 경우, 각 물질의 동일한 질량은 동일한 수의 반응성 수산기 그룹에 기여하지 않습니다. 따라서 필요한 이소시아네이트 양을 다시 계산해야 합니다.

액체 폴리부타디엔이 폴리올 패키지의 상당 부분을 차지할 때 그 차이는 훨씬 더 커집니다. 더 높은 로딩 수준에서는 기능이 체인 길이, 분기, 네트워크 연결 및 반응하지 않은 그룹 간의 균형에 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 실제 폴리우레탄 개발에서는 완성된 재료를 액상 고무만으로 평가하기보다는 완전한 시스템으로 평가해야 합니다.

NCO/OH 비율이 실제 결과를 변경합니다.

한 등급의 액상 폴리부타디엔을 다른 등급으로 교체할 때 가장 먼저 계산해야 할 것 중 하나는 NCO/OH 비율입니다.

액체 폴리부타디엔의 질량 백분율은 반응성 히드록실 기능성이 제제에 얼마나 많이 포함되었는지 알려주지 않습니다. OH 값 또는 OH 당량은 공식자가 실제 반응 당량을 계산할 수 있게 해주기 때문에 훨씬 더 유용합니다.

따라서 di-OH에서 mono-OH 재료로의 간단한 변경에는 폴리머 백본이 유사하게 나타나는 경우에도 의미 있는 재구성이 필요할 수 있습니다.

실제 순서는 다음과 같습니다.

1. 액체 폴리부타디엔의 수산기 등가 기여도를 결정합니다.

2. 전체 폴리올 패키지에 포함된 총 OH 등가물을 다시 계산합니다.

3. 원하는 NCO/OH 비율 또는 이소시아네이트 지수에 따라 이소시아네이트 양을 조정합니다.

4. 원래 제제가 화학적으로 균형을 유지한다고 가정하기보다는 경화 거동과 기계적 특성을 다시 확인하십시오.

이는 기존 HTPB 등급을 모노-OH 액체 ​​폴리부타디엔으로 교체할 때 특히 중요합니다. 중량별로 공칭 첨가율을 일치시키면 NCO 균형이 달라져 경화 구조도 달라질 수 있습니다.

올바른 비교는 단순히 제품 킬로그램이 아닌 반응성 등가물을 기준으로 합니다.

분자량은 하이드록실 기능만큼 중요합니다

기능성은 공식화 방정식의 한 부분일 뿐입니다. 분자량도 똑같이 중요할 수 있습니다.

두 개의 액체 폴리부타디엔 제품이 모두 분자당 두 개의 수산기를 가지고 있다고 가정합니다. 분자량이 다르면 동일한 질량 부하에 존재하는 분자 수도 달라집니다. 이는 OH 당량, 점도, 가공 거동 및 반응기 사이의 간격에 영향을 미칩니다.

모노-OH 물질에도 동일한 원리가 적용됩니다. 더 높은 분자량의 모노-OH 사슬은 하나의 반응성 수산기에만 기여하면서 비교적 긴 폴리부타디엔 세그먼트를 도입할 수 있습니다.

이러한 이유로 제품 선택에는 일반적으로 최소한 다음이 포함되어야 합니다.

• 수산기 값 또는 OH 당량

• 수평균 또는 관련 분자량 데이터

• 가능한 경우 분자량 분포

• 특정 온도에서의 점도

• 기능 및 기능 배포

• 의도한 화학과 관련된 불포화 또는 구조적 정보

공급자의 점도 값만으로는 두 등급이 상호 교환 가능하다는 것을 입증하기에 충분하지 않습니다.

처리 동작에 따라 어떤 등급이 더 잘 작동하는지 결정할 수 있습니다.

화학적 기능성은 재료가 폴리우레탄 형성에 어떻게 참여할 수 있는지를 결정하지만, 가공 특성은 종종 해당 화학이 생산 현장에서 효율적으로 사용될 수 있는지 여부를 결정합니다.

점도 및 혼합

액체 폴리부타디엔은 폴리올 블렌드의 점도에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 점도가 높을수록 특히 상대적으로 낮은 온도에서 처리되는 시스템에서 계량, 혼합 및 탈기가 느려질 수 있습니다.

폴리우레탄용 액상 폴리부타디엔을 비교할 때 중요한 질문은 해당 물질이 선택한 이소시아네이트와 반응할 수 있는지 여부만이 아닙니다. 또한 완전한 제제를 생산 규모에서 일관되게 혼합하고 처리할 수 있는지 여부도 중요합니다.

실험실 믹서에서 잘 작동하는 제제는 혼합 시간, 전단 속도, 온도 및 체류 시간이 변경되면 더 큰 시스템에서 다르게 작동할 수 있습니다.

분산 및 호환성

폴리부타디엔은 비극성 탄화수소 기반 구조인 반면, 많은 폴리우레탄 제제에는 상대적으로 극성 성분이 포함되어 있습니다. 따라서 호환성은 혼합 및 경화 중에 최종 제제가 균질하게 유지되는지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다.

다른 폴리올, 충전제, 가소제, 촉매 또는 반응성 개질제가 존재할 때 효과는 특히 중요해집니다.

종이에 화학적으로 적합해 보이는 등급이라도 그 분자 특성이 나머지 제제와 잘 일치하지 않으면 분산이나 상 거동이 여전히 좋지 않을 수 있습니다. 그렇기 때문에 상용성은 고분자명만으로 판단하기보다는 실제 제제화 조건에서 평가해야 합니다.

경화 거동

하이드록실 기능을 변경하면 액체 폴리부타디엔이 폴리우레탄 반응에 기여하는 방식이 변경됩니다. 제제가 올바른 NCO/OH 균형으로 조정되면 다음 질문은 시스템이 얼마나 빠르고 균일하게 경화되는지입니다.

촉매 농도, 온도, 수분, 이소시아네이트 구조 및 기타 폴리올은 모두 반응 역학에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 액체 폴리부타디엔은 전체 폴리우레탄 제제 내에서 평가되어야 합니다.

생산의 경우 가사 시간, 탈형 시간, 무점착 시간 및 최종 경화 개발이 단순한 실험실 반응 속도 비교보다 더 유용할 수 있습니다.

유연한 폴리우레탄 제제에 적합한 것은 무엇입니까?

모노-OH 및 디-OH 액체 ​​폴리부타디엔 모두 유연한 폴리우레탄 제형에 기여할 수 있지만 유연성이 목표 특성이기 때문에 단독으로 선택해서는 안 됩니다.

유연성은 폴리부타디엔 세그먼트, 분자량, 하드 세그먼트 함량, 가교 밀도, 이소시아네이트 구조 및 경화 조건의 영향을 받습니다. 전체 네트워크 밀도와 제형 구조가 그에 맞게 설계되면 di-OH 재료는 여전히 유연한 폴리우레탄을 생산할 수 있습니다.

마찬가지로, 모노-OH 재료가 자동으로 더 부드럽고 더 유연한 제품을 보장하지는 않습니다. 낮은 기능은 네트워크에 기여하는 방식을 변경하지만 최종 속성은 전체 공식에 따라 달라집니다.

폴리우레탄 엘라스토머 개발의 경우 모든 액체 폴리부타디엔 등급을 상호 교환 가능한 것으로 취급하는 대신 필요한 반응성 기능 및 응용 분야에 따라 고급 폴리우레탄 재료 포트폴리오를 평가할 수 있습니다.

유용한 공식화 접근 방식은 원하는 마감 특성으로 시작하여 거꾸로 작업하는 것입니다.

목표 특성 → 분자 구조 → 기능성 → OH 등가물 → NCO/OH 비율 → 처리 조건

이러한 접근 방식은 일반적으로 고정된 액체 고무 로딩으로 시작하여 나중에 제형을 조정하는 것보다 더 안정적입니다.

하나의 액체 폴리부타디엔 등급을 교체하기 전에 확인해야 할 사항

공급업체가 새 재료를 비슷한 등급으로 설명하는 경우에도 교체는 공식 변경으로 처리되어야 합니다.

첫 번째 비교에서는 기본 화학 사양을 다루어야 하지만 평가는 여기서 끝나서는 안 됩니다. 산업용 폴리우레탄 생산의 경우 배치 간의 일관성은 공칭 사양만큼 중요할 수 있습니다.

대체 등급을 승인하기 전에 다음을 비교하십시오.

• OH 값 및 기능: 이는 반응성 등가 기여도를 결정합니다.

• 분자량 및 점도: 이는 제형 농도, 혼합 및 가공에 영향을 미칩니다.

• 경화 특성: 경도, 인장 강도, 신율, 모듈러스, 탄력성 및 저온 거동을 기존 제제와 비교하여 확인해야 합니다.

그런 다음 대체 재료의 실제 사양을 사용하여 NCO/OH 계산을 반복해야 합니다.

중요한 응용 분야의 경우 실험실 검사 후에 생산 규모의 시험이 이루어져야 합니다. 점도, 수분, 분자량 분포 또는 기능성의 작은 차이는 재료를 대규모 배치로 처리할 때 더욱 눈에 띄게 나타날 수 있습니다.

액체 폴리부타디엔이 반복 가능한 폴리우레탄 제조 공정의 일부인 경우 일관된 원료 품질이 특히 중요합니다. 따라서 배치 간 일관성이 중요한 응용 분야의 공급업체를 평가할 때 추가의 품질 관리 시스템이 중요합니다.

Mono-OH와 Di-OH 선택은 완성된 폴리우레탄으로 시작해야 합니다.

모노-OH와 디-OH 액체 ​​폴리부타디엔 사이의 가장 유용한 구별은 단순히 어느 것이 더 나은 기계적 특성을 제공하는지가 아닙니다. 하이드록실 기능은 각 재료가 폴리우레탄 형성에 어떻게 참여하는지 결정하는 반면, 분자량과 제형 균형은 최종 제품에서 그 차이가 어떻게 나타나는지 결정합니다.

모노-OH 재료는 디-OH 폴리올이 제공하는 것과 동일한 양 말단 연결 없이 폴리부타디엔 세그먼트의 제어된 반응성 기여가 제형에 필요할 때 매력적일 수 있습니다. 대조적으로 Di-OH 물질은 폴리우레탄 사슬 성장과 네트워크 개발에 직접적으로 기여할 수 있습니다.

따라서 선택은 분리된 액상 고무보다는 완전한 제형을 기준으로 이루어져야 합니다. 등급을 선택하거나 교체하기 전에 기능성, OH 당량, 분자량, NCO/OH 비율, 점도 및 경화 조건을 함께 검토해야 합니다.

다양한 폴리부타디엔 폴리올을 비교하는 제조자의 경우 핵심 질문은 "어느 등급이 더 강한가요?"가 아닙니다. “이 Grade가 요구되는 반응성 등가 수준에서 폴리우레탄 구조를 어떻게 변화시킬 것인가?”입니다. 이러한 평가 전환은 일반적으로 더 예측 가능한 제제화와 실험실 시험에서 생산까지 더 원활한 규모 확대로 이어집니다.