পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং উন্নতির উপায়

তথাকথিতপলিইউরেথেনপলিইউরেথেন হলো পলিইউরেথেনের সংক্ষিপ্ত রূপ, যা পলিআইসোসায়ানেট এবং পলিওলের বিক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত হয় এবং এর আণবিক শৃঙ্খলে অনেকগুলো পুনরাবৃত্ত অ্যামিনো এস্টার গ্রুপ (-NH-CO-O-) থাকে। প্রকৃত সংশ্লেষিত পলিইউরেথেন রেজিনে, অ্যামিনো এস্টার গ্রুপ ছাড়াও ইউরিয়া এবং বাইউরেটের মতো গ্রুপও থাকে। পলিওল হলো দীর্ঘ-শৃঙ্খলযুক্ত অণু, যার প্রান্তে হাইড্রোক্সিল গ্রুপ থাকে, যেগুলোকে “নরম শৃঙ্খল অংশ” বলা হয়, অন্যদিকে পলিআইসোসায়ানেটকে “কঠিন শৃঙ্খল অংশ” বলা হয়।
নরম ও কঠিন চেইন সেগমেন্ট দ্বারা উৎপাদিত পলিইউরেথেন রেজিনগুলোর মধ্যে খুব অল্প শতাংশই অ্যামিনো অ্যাসিড এস্টার, তাই এদেরকে পলিইউরেথেন বলা সমীচীন নাও হতে পারে। ব্যাপক অর্থে, পলিইউরেথেন হলো আইসোসায়ানেটের একটি অ্যাডিটিভ।
বিভিন্ন ধরণের আইসোসায়ানেট পলিহাইড্রক্সি যৌগের সাথে বিক্রিয়া করে পলিউরেথেনের বিভিন্ন কাঠামো তৈরি করে, যার ফলে প্লাস্টিক, রাবার, আবরণ, তন্তু, আঠা ইত্যাদির মতো বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন পলিমার উপাদান পাওয়া যায়। পলিউরেথেন রাবার
পলিউরেথেন রাবার এক বিশেষ ধরনের রাবার, যা পলিইথার বা পলিয়েস্টারের সাথে আইসোসায়ানেটের বিক্রিয়ার মাধ্যমে তৈরি করা হয়। কাঁচামালের প্রকারভেদ, বিক্রিয়ার শর্তাবলি এবং ক্রসলিংকিং পদ্ধতির ভিন্নতার কারণে এর অনেক প্রকারভেদ রয়েছে। রাসায়নিক কাঠামোর দৃষ্টিকোণ থেকে পলিয়েস্টার এবং পলিইথার প্রকার রয়েছে, এবং প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতির দৃষ্টিকোণ থেকে তিন প্রকার রয়েছে: মিশ্রণ প্রকার, ঢালাই প্রকার এবং থার্মোপ্লাস্টিক প্রকার।
কৃত্রিম পলিইউরেথেন রাবার সাধারণত লিনিয়ার পলিয়েস্টার বা পলিইথারের সাথে ডাইআইসোসায়ানেটের বিক্রিয়ার মাধ্যমে সংশ্লেষিত করা হয়, যার ফলে একটি কম আণবিক ওজনের প্রিপলিমার তৈরি হয়। এরপর, এটিকে চেইন এক্সটেনশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে একটি উচ্চ আণবিক ওজনের পলিমারে রূপান্তরিত করা হয়। তারপর, উপযুক্ত ক্রসলিংকিং এজেন্ট যোগ করে তাপ প্রয়োগের মাধ্যমে এটিকে জমাটবদ্ধ করা হয়, যা ভলকানাইজড রাবারে পরিণত হয়। এই পদ্ধতিকে প্রিপলিমারাইজেশন বা দ্বি-পদক্ষেপ পদ্ধতি বলা হয়।
এক-ধাপ পদ্ধতিও ব্যবহার করা সম্ভব – যেখানে বিক্রিয়া শুরু করতে এবং পলিউরেথেন রাবার তৈরি করতে লিনিয়ার পলিয়েস্টার বা পলিইথারের সাথে সরাসরি ডাইআইসোসায়ানেট, চেইন এক্সটেন্ডার এবং ক্রসলিংকিং এজেন্ট মেশানো হয়।
টিপিইউ অণুর এ-সেগমেন্ট ম্যাক্রোমলিকিউলার চেইনগুলোকে সহজে ঘুরতে সাহায্য করে, যা পলিউরেথেন রাবারকে ভালো স্থিতিস্থাপকতা প্রদান করে, পলিমারের নরম হওয়ার বিন্দু এবং সেকেন্ডারি ট্রানজিশন পয়েন্ট কমিয়ে দেয় এবং এর কাঠিন্য ও যান্ত্রিক শক্তি হ্রাস করে। বি-সেগমেন্ট ম্যাক্রোমলিকিউলার চেইনের ঘূর্ণনকে বাধা দেয়, যার ফলে পলিমারের নরম হওয়ার বিন্দু এবং সেকেন্ডারি ট্রানজিশন পয়েন্ট বেড়ে যায়, এবং ফলস্বরূপ কাঠিন্য ও যান্ত্রিক শক্তি বৃদ্ধি পায় এবং স্থিতিস্থাপকতা হ্রাস পায়। এ এবং বি-এর মোলার অনুপাত সমন্বয় করে বিভিন্ন যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন টিপিইউ উৎপাদন করা যায়। টিপিইউ-এর ক্রস-লিংকিং কাঠামোতে শুধুমাত্র প্রাইমারি ক্রস-লিংকিং নয়, বরং অণুগুলোর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে গঠিত সেকেন্ডারি ক্রস-লিংকিংও বিবেচনা করতে হবে। পলিউরেথেনের প্রাইমারি ক্রস-লিংকিং বন্ধন হাইড্রোক্সিল রাবারের ভলকানাইজেশন কাঠামো থেকে ভিন্ন। এর অ্যামিনো এস্টার গ্রুপ, বায়ুরেট গ্রুপ, ইউরিয়া ফরমেট গ্রুপ এবং অন্যান্য কার্যকরী গ্রুপগুলো একটি নিয়মিত ও ব্যবধানযুক্ত দৃঢ় চেইন সেগমেন্টে সজ্জিত থাকে, যার ফলে রাবারের একটি নিয়মিত নেটওয়ার্ক কাঠামো তৈরি হয়, যা চমৎকার ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং অন্যান্য উৎকৃষ্ট বৈশিষ্ট্য ধারণ করে। দ্বিতীয়ত, পলিইউরেথেন রাবারে ইউরিয়া বা কার্বামেট গ্রুপের মতো অনেক উচ্চ সংসক্তিমূলক কার্যকরী গ্রুপ থাকার কারণে, আণবিক শৃঙ্খলের মধ্যে গঠিত হাইড্রোজেন বন্ধনগুলো উচ্চ শক্তির হয়, এবং হাইড্রোজেন বন্ধন দ্বারা গঠিত সেকেন্ডারি ক্রসলিংকিং বন্ধনগুলোও পলিইউরেথেন রাবারের বৈশিষ্ট্যের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। সেকেন্ডারি ক্রসলিংকিং একদিকে পলিইউরেথেন রাবারকে থার্মোসেটিং ইলাস্টোমারের বৈশিষ্ট্য ধারণ করতে সক্ষম করে, এবং অন্যদিকে, এই ক্রসলিংকিং প্রকৃত অর্থে ক্রসলিংকড নয়, যা একে একটি ভার্চুয়াল ক্রসলিংকিং-এ পরিণত করে। ক্রসলিংকিংয়ের অবস্থা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে, এই ক্রসলিংকিং ধীরে ধীরে দুর্বল হয়ে পড়ে এবং অদৃশ্য হয়ে যায়। পলিমারটির একটি নির্দিষ্ট তরলতা থাকে এবং এটিকে থার্মোপ্লাস্টিক প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহার করা যায়। যখন তাপমাত্রা কমে যায়, এই ক্রসলিংকিং ধীরে ধীরে পুনরুদ্ধার হয় এবং পুনরায় গঠিত হয়। অল্প পরিমাণে ফিলার যোগ করলে অণুগুলোর মধ্যে দূরত্ব বেড়ে যায়, অণুগুলোর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন গঠনের ক্ষমতা দুর্বল হয়ে পড়ে এবং এর ফলে শক্তি তীব্রভাবে হ্রাস পায়। গবেষণায় দেখা গেছে যে, পলিউরেথেন রাবারে বিভিন্ন কার্যকরী গ্রুপের স্থিতিশীলতার ক্রম উচ্চ থেকে নিম্নক্রমে হলো: এস্টার, ইথার, ইউরিয়া, কার্বামেট এবং বায়ুরেট। পলিউরেথেন রাবারের বার্ধক্য প্রক্রিয়ার সময়, প্রথম ধাপ হলো বায়ুরেট এবং ইউরিয়ার মধ্যকার ক্রস-লিঙ্কিং বন্ধনগুলোর ভাঙন, যার পরে কার্বামেট এবং ইউরিয়ার বন্ধনগুলো ভেঙে যায়, অর্থাৎ মূল শৃঙ্খলের ভাঙন ঘটে।
০১ নরম করা
অন্যান্য অনেক পলিমার উপাদানের মতো, পলিউরেথেন ইলাস্টোমারও উচ্চ তাপমাত্রায় নরম হয়ে যায় এবং স্থিতিস্থাপক অবস্থা থেকে সান্দ্র প্রবাহ অবস্থায় রূপান্তরিত হয়, যার ফলে এর যান্ত্রিক শক্তি দ্রুত হ্রাস পায়। রাসায়নিক দৃষ্টিকোণ থেকে, স্থিতিস্থাপকতার নরম হওয়ার তাপমাত্রা মূলত এর রাসায়নিক গঠন, আপেক্ষিক আণবিক ওজন এবং ক্রসলিংকিং ঘনত্বের মতো বিভিন্ন বিষয়ের উপর নির্ভর করে।
সাধারণভাবে বলতে গেলে, আপেক্ষিক আণবিক ওজন বৃদ্ধি, কঠিন অংশের দৃঢ়তা (যেমন অণুতে বেনজিন বলয় যুক্ত করা) ও এর পরিমাণ বৃদ্ধি এবং ক্রসলিংকিং ঘনত্ব বৃদ্ধি—এই সবগুলোই নরম হওয়ার তাপমাত্রা বাড়ানোর জন্য উপকারী। থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমারের ক্ষেত্রে, এর আণবিক গঠন প্রধানত রৈখিক হয় এবং আপেক্ষিক আণবিক ওজন বাড়লে এই ইলাস্টোমারের নরম হওয়ার তাপমাত্রাও বৃদ্ধি পায়।
ক্রস-লিঙ্কড পলিউরেথেন ইলাস্টোমারের ক্ষেত্রে, আপেক্ষিক আণবিক ওজনের চেয়ে ক্রসলিঙ্কিং ঘনত্বের প্রভাব বেশি। তাই, ইলাস্টোমার তৈরির সময়, আইসোসায়ানেট বা পলিওলের কার্যকারিতা বাড়িয়ে কিছু স্থিতিস্থাপক অণুতে একটি তাপীয়ভাবে স্থিতিশীল নেটওয়ার্ক রাসায়নিক ক্রস-লিঙ্কিং কাঠামো তৈরি করা যায়, অথবা স্থিতিস্থাপক বস্তুটিতে অতিরিক্ত আইসোসায়ানেট অনুপাত ব্যবহার করে একটি স্থিতিশীল আইসোসায়ানেট ক্রস-লিঙ্কিং কাঠামো গঠন করা যায়, যা ইলাস্টোমারের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা, দ্রাবক প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং যান্ত্রিক শক্তি উন্নত করার একটি শক্তিশালী উপায়।
যখন কাঁচামাল হিসেবে পিপিডিআই (পি-ফেনিলডাইআইসোসায়ানেট) ব্যবহার করা হয়, তখন বেনজিন রিং-এর সাথে দুটি আইসোসায়ানেট গ্রুপের সরাসরি সংযোগের কারণে গঠিত হার্ড সেগমেন্টে বেনজিন রিং-এর পরিমাণ বেশি থাকে, যা হার্ড সেগমেন্টের দৃঢ়তা বাড়ায় এবং ফলস্বরূপ ইলাস্টোমারের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।
ভৌত দৃষ্টিকোণ থেকে, ইলাস্টোমারের নরম হওয়ার তাপমাত্রা মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রার উপর নির্ভর করে। প্রতিবেদন অনুসারে, যে সমস্ত ইলাস্টোমারে মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণ ঘটে না, তাদের নরম হওয়ার তাপমাত্রা খুব কম, যার প্রক্রিয়াকরণ তাপমাত্রা মাত্র প্রায় ৭০ ℃; অন্যদিকে, যে সমস্ত ইলাস্টোমারে মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণ ঘটে, তাদের ক্ষেত্রে এই তাপমাত্রা ১৩০-১৫০ ℃ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। অতএব, ইলাস্টোমারের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করার জন্য এতে মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রা বৃদ্ধি করা একটি অন্যতম কার্যকর পদ্ধতি।
চেইন সেগমেন্টের আপেক্ষিক আণবিক ওজন বন্টন এবং অনমনীয় চেইন সেগমেন্টের পরিমাণ পরিবর্তনের মাধ্যমে ইলাস্টোমারের মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রা উন্নত করা যায়, যার ফলে এর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। অধিকাংশ গবেষক মনে করেন যে, পলিইউরেথেনে মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের কারণ হলো নরম ও কঠিন সেগমেন্টের মধ্যে তাপগতিবিদ্যার অসামঞ্জস্যতা। চেইন এক্সটেন্ডারের ধরন, কঠিন সেগমেন্ট ও তার পরিমাণ, নরম সেগমেন্টের ধরন এবং হাইড্রোজেন বন্ধন—এই সবকিছুরই এর উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে।
ডাইওল চেইন এক্সটেন্ডারের তুলনায়, ডাইঅ্যামাইন চেইন এক্সটেন্ডার যেমন MOCA (3,3-ডাইক্লোরো-4,4-ডাইঅ্যামিনোডাইফিনাইলমিথেন) এবং DCB (3,3-ডাইক্লোরো-বাইফিনাইলিনডাইঅ্যামাইন) ইলাস্টোমারের মধ্যে আরও বেশি পোলার অ্যামিনো এস্টার গ্রুপ তৈরি করে, এবং হার্ড সেগমেন্টগুলোর মধ্যে আরও বেশি হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হতে পারে, যা হার্ড সেগমেন্টগুলোর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বাড়ায় এবং ইলাস্টোমারের মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রা উন্নত করে; সিমেট্রিক অ্যারোমেটিক চেইন এক্সটেন্ডার যেমন p, p-ডাইহাইড্রোকুইনোন এবং হাইড্রোকুইনোন হার্ড সেগমেন্টগুলোর নরমালাইজেশন এবং টাইট প্যাকিং-এর জন্য উপকারী, যার ফলে উৎপাদিত পণ্যের মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণ উন্নত হয়।
অ্যালিফ্যাটিক আইসোসায়ানেট দ্বারা গঠিত অ্যামিনো এস্টার সেগমেন্টগুলোর সফট সেগমেন্টের সাথে ভালো সামঞ্জস্য থাকে, যার ফলে আরও বেশি হার্ড সেগমেন্ট সফট সেগমেন্টে দ্রবীভূত হয় এবং মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রা হ্রাস পায়। অ্যারোমেটিক আইসোসায়ানেট দ্বারা গঠিত অ্যামিনো এস্টার সেগমেন্টগুলোর সফট সেগমেন্টের সাথে সামঞ্জস্য কম থাকে, এবং এক্ষেত্রে মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণের মাত্রা বেশি হয়। পলিওলিফিন পলিইউরেথেনের একটি প্রায় সম্পূর্ণ মাইক্রোফেজ পৃথকীকরণ কাঠামো রয়েছে, কারণ এর সফট সেগমেন্ট হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি করে না এবং হাইড্রোজেন বন্ধন শুধুমাত্র হার্ড সেগমেন্টেই ঘটতে পারে।
ইলাস্টোমারের নরম হওয়ার তাপমাত্রার উপর হাইড্রোজেন বন্ধনের প্রভাবও তাৎপর্যপূর্ণ। যদিও নরম অংশের পলিইথার এবং কার্বনিল কঠিন অংশের NH-এর সাথে প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি করতে পারে, এটি ইলাস্টোমারের নরম হওয়ার তাপমাত্রাও বাড়িয়ে দেয়। এটি নিশ্চিত করা হয়েছে যে ২০০ ℃ তাপমাত্রাতেও হাইড্রোজেন বন্ধনের ৪০% অক্ষুণ্ণ থাকে।
০২ তাপীয় বিয়োজন
উচ্চ তাপমাত্রায় অ্যামিনো এস্টার গ্রুপগুলোর নিম্নোক্ত বিয়োজন ঘটে:
- RNHCOOR – RNC0 HO-R
- RNHCOOR – RNH2 CO2 ene
- RNHCOOR – RNHR CO2 ene
পলিউরেথেন ভিত্তিক উপকরণগুলির তাপীয় বিয়োজনের তিনটি প্রধান রূপ রয়েছে:
① মৌলিক আইসোসায়ানেট ও পলিওল গঠন করা;
② α— CH2 ক্ষারকের অক্সিজেন বন্ধনটি ভেঙে যায় এবং দ্বিতীয় CH2-এর একটি হাইড্রোজেন বন্ধনের সাথে যুক্ত হয়ে অ্যামিনো অ্যাসিড ও অ্যালকিন গঠন করে। অ্যামিনো অ্যাসিড বিয়োজিত হয়ে একটি প্রাইমারি অ্যামিন এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড উৎপন্ন করে:
③ ১টি সেকেন্ডারি অ্যামিন এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড গঠন করে।
কার্বামেট কাঠামোর তাপীয় বিয়োজন:
অ্যারাইল NHCO অ্যারাইল, ~১২০ ℃;
এন-অ্যালকাইল-এনএইচসিও-অ্যারাইল, ~১৮০ ℃;
অ্যারাইল NHCO এন-অ্যালকাইল, ~২০০ ℃;
এন-অ্যালকাইল-এনএইচসিও-এন-অ্যালকাইল, ~২৫০ ℃।
অ্যামিনো অ্যাসিড এস্টারের তাপীয় স্থিতিশীলতা আইসোসায়ানেট এবং পলিওলের মতো কাঁচামালের ধরনের উপর নির্ভর করে। অ্যালিফ্যাটিক আইসোসায়ানেটের স্থিতিশীলতা অ্যারোমেটিক আইসোসায়ানেটের চেয়ে বেশি, অন্যদিকে ফ্যাটি অ্যালকোহলের স্থিতিশীলতা অ্যারোমেটিক অ্যালকোহলের চেয়ে বেশি। তবে, বিভিন্ন গবেষণাপত্রে উল্লেখ করা হয়েছে যে অ্যালিফ্যাটিক অ্যামিনো অ্যাসিড এস্টারের তাপীয় বিয়োজন তাপমাত্রা ১৬০-১৮০ ℃ এবং অ্যারোমেটিক অ্যামিনো অ্যাসিড এস্টারের তাপীয় বিয়োজন তাপমাত্রা ১৮০-২০০ ℃, যা পূর্বোক্ত তথ্যের সাথে অসামঞ্জস্যপূর্ণ। এর কারণ পরীক্ষা পদ্ধতির সাথে সম্পর্কিত হতে পারে।
প্রকৃতপক্ষে, সাধারণত ব্যবহৃত অ্যারোমেটিক MDI এবং TDI-এর তুলনায় অ্যালিফ্যাটিক CHDI (১,৪-সাইক্লোহেক্সেন ডাইআইসোসায়ানেট) এবং HDI (হেক্সামিথিলিন ডাইআইসোসায়ানেট)-এর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি। বিশেষ করে প্রতিসম গঠনযুক্ত ট্রান্স CHDI সবচেয়ে বেশি তাপ-প্রতিরোধী আইসোসায়ানেট হিসেবে স্বীকৃত। এটি থেকে প্রস্তুত পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারগুলির ভালো প্রক্রিয়াকরণযোগ্যতা, চমৎকার হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ নরম হওয়ার তাপমাত্রা, নিম্ন গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা, কম থার্মাল হিস্টেরেসিস এবং উচ্চ UV প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে।
অ্যামিনো এস্টার গ্রুপ ছাড়াও পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারগুলিতে ইউরিয়া ফরমেট, বাইউরেট, ইউরিয়া ইত্যাদির মতো অন্যান্য কার্যকরী গ্রুপও থাকে। এই গ্রুপগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় তাপীয় বিয়োজনের শিকার হতে পারে:
NHCONCOO – (অ্যালিফ্যাটিক ইউরিয়া ফরমেট), ৮৫-১০৫ ℃;
- NHCONCOO – (অ্যারোমেটিক ইউরিয়া ফরমেট), ১-১২০ ℃ তাপমাত্রা পরিসরে;
- NHCONCONH – (অ্যালিফ্যাটিক বাইউরেট), ১০° সেলসিয়াস থেকে ১১০° সেলসিয়াস তাপমাত্রার পরিসরে;
NHCONCONH – (অ্যারোমেটিক বায়ুরেট), ১১৫-১২৫ ℃;
NHCONH – (অ্যালিফ্যাটিক ইউরিয়া), ১৪০-১৮০ ℃;
- NHCONH – (অ্যারোমেটিক ইউরিয়া), ১৬০-২০০ ℃;
আইসোসায়ানুরেট রিং > ২৭০ ℃।
বায়ুরেট এবং ইউরিয়া-ভিত্তিক ফরমেটের তাপীয় বিয়োজন তাপমাত্রা অ্যামিনোফরমেট এবং ইউরিয়ার তুলনায় অনেক কম, অন্যদিকে আইসোসায়ানুরেটের তাপীয় স্থিতিশীলতা সবচেয়ে ভালো। ইলাস্টোমার উৎপাদনের সময়, অতিরিক্ত আইসোসায়ানেট গঠিত অ্যামিনোফরমেট এবং ইউরিয়ার সাথে আরও বিক্রিয়া করে ইউরিয়া-ভিত্তিক ফরমেট এবং বায়ুরেট ক্রস-লিঙ্কড কাঠামো তৈরি করতে পারে। যদিও এগুলো ইলাস্টোমারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য উন্নত করতে পারে, তবে এগুলো তাপের প্রতি অত্যন্ত অস্থিতিশীল।
ইলাস্টোমারের মধ্যে বায়ুরেট এবং ইউরিয়া ফরমেটের মতো তাপীয়ভাবে অস্থিতিশীল গ্রুপগুলো কমাতে, এদের কাঁচামালের অনুপাত এবং উৎপাদন প্রক্রিয়া বিবেচনা করা প্রয়োজন। অতিরিক্ত আইসোসায়ানেট অনুপাত ব্যবহার করা উচিত নয়, এবং অন্যান্য পদ্ধতি যথাসম্ভব ব্যবহার করে প্রথমে কাঁচামালের (প্রধানত আইসোসায়ানেট, পলিওল এবং চেইন এক্সটেন্ডার) মধ্যে আংশিক আইসোসায়ানেট বলয় তৈরি করা উচিত, এবং তারপর সাধারণ প্রক্রিয়া অনুযায়ী সেগুলোকে ইলাস্টোমারের মধ্যে অন্তর্ভুক্ত করা উচিত। তাপ-প্রতিরোধী এবং অগ্নি-প্রতিরোধী পলিউরেথেন ইলাস্টোমার উৎপাদনের জন্য এটিই সবচেয়ে প্রচলিত পদ্ধতি হয়ে উঠেছে।
০৩ আর্দ্র বিশ্লেষণ এবং তাপীয় জারণ
উচ্চ তাপমাত্রায় পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের কঠিন অংশ তাপীয় বিয়োজনে এবং নরম অংশে অনুরূপ রাসায়নিক পরিবর্তনে আক্রান্ত হওয়ার প্রবণতা থাকে। পলিয়েস্টার ইলাস্টোমারের জল প্রতিরোধ ক্ষমতা কম এবং উচ্চ তাপমাত্রায় এর হাইড্রোলাইজ হওয়ার প্রবণতা আরও তীব্র। পলিয়েস্টার/টিডিআই/ডায়ামিনের কার্যকাল ৫০℃ তাপমাত্রায় ৪-৫ মাস, ৭০℃ তাপমাত্রায় মাত্র দুই সপ্তাহ এবং ১০০℃-এর উপরে মাত্র কয়েক দিন পর্যন্ত হতে পারে। গরম জল এবং বাষ্পের সংস্পর্শে এলে এস্টার বন্ধনগুলো বিয়োজিত হয়ে সংশ্লিষ্ট অ্যাসিড এবং অ্যালকোহলে পরিণত হতে পারে, এবং ইলাস্টোমারের মধ্যে থাকা ইউরিয়া ও অ্যামিনো এস্টার গ্রুপগুলোও হাইড্রোলাইসিস বিক্রিয়ায় অংশ নিতে পারে।
RCOOR H20- → RCOOH HOR
এস্টার অ্যালকোহল
এক RNHCONHR এক H20- → RXHCOOH H2NR -
ইউরিয়ামাইড
One RNHCOOR-H20- → RNCOOH HOR -
অ্যামিনো ফরমেট এস্টার অ্যামিনো ফরমেট অ্যালকোহল
পলিইথার ভিত্তিক ইলাস্টোমারের তাপীয় জারণ স্থিতিশীলতা দুর্বল, এবং ইথার ভিত্তিক ইলাস্টোমারের কার্বন পরমাণুর α-হাইড্রোজেন সহজেই জারিত হয়ে হাইড্রোজেন পারক্সাইড গঠন করে। আরও বিয়োজন ও বিভাজনের পর এটি অক্সাইড র‌্যাডিকেল এবং হাইড্রোক্সিল র‌্যাডিকেল তৈরি করে, যা অবশেষে ফরমেট বা অ্যালডিহাইডে বিয়োজিত হয়।
বিভিন্ন পলিয়েস্টার ইলাস্টোমারের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতার উপর সামান্য প্রভাব ফেলে, যেখানে বিভিন্ন পলিইথারের একটি নির্দিষ্ট প্রভাব রয়েছে। TDI-MOCA-PTMEG-এর সাথে তুলনা করলে, ১২১ ℃ তাপমাত্রায় ৭ দিন ধরে রাখার পর TDI-MOCA-PTMEG-এর প্রসার্য শক্তি ধরে রাখার হার যথাক্রমে ৪৪% এবং ৬০%, যেখানে পরেরটি আগেরটির চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে ভালো। এর কারণ হতে পারে যে PPG অণুগুলির শাখাযুক্ত শৃঙ্খল রয়েছে, যা স্থিতিস্থাপক অণুগুলির নিয়মিত বিন্যাসের জন্য সহায়ক নয় এবং স্থিতিস্থাপক বস্তুর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে। পলিইথারগুলির তাপীয় স্থিতিশীলতার ক্রম হলো: PTMEG>PEG>PPG।
পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের অন্যান্য কার্যকরী গ্রুপ, যেমন ইউরিয়া এবং কার্বামেট, জারণ এবং আর্দ্রবিশ্লেষণ বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। তবে, ইথার গ্রুপ সবচেয়ে সহজে জারিত হয়, অন্যদিকে এস্টার গ্রুপ সবচেয়ে সহজে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়। তাদের অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট এবং আর্দ্রবিশ্লেষণ প্রতিরোধের ক্রমটি হলো:
অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট কার্যকারিতা: এস্টার>ইউরিয়া>কার্বামেট>ইথার;
আর্দ্রবিশ্লেষণ প্রতিরোধ: এস্টার
পলিইথার পলিইউরেথেনের জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং পলিয়েস্টার পলিইউরেথেনের আর্দ্রবিশ্লেষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করার জন্য, বিভিন্ন সংযোজনী যোগ করা হয়, যেমন PTMEG পলিইথার ইলাস্টোমারের সাথে ১% ফেনোলিক অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট ইরগ্যানক্স১০১০ যোগ করা। অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট ছাড়া অবস্থার তুলনায় এই ইলাস্টোমারের টান শক্তি ৩-৫ গুণ পর্যন্ত বাড়ানো যায় (১৫৮ ঘণ্টা ধরে ১৫০°C তাপমাত্রায় এজিং করার পরের পরীক্ষার ফলাফল)। কিন্তু সব অ্যান্টিঅক্সিডেন্টেরই পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের উপর প্রভাব থাকে না, শুধুমাত্র ফেনোলিক ইরগ্যানক্স১০১০ এবং টপানঅল০৫১ (ফেনোলিক অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট, হিন্ডার্ড অ্যামাইন লাইট স্টেবিলাইজার, বেনজোট্রিয়াজোল কমপ্লেক্স)-এর উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে, এবং এদের মধ্যে প্রথমটিই সবচেয়ে ভালো, সম্ভবত কারণ ফেনোলিক অ্যান্টিঅক্সিডেন্টগুলোর ইলাস্টোমারের সাথে ভালো সামঞ্জস্যতা রয়েছে। তবে, ফেনোলিক অ্যান্টিঅক্সিডেন্টের স্থিতিশীলতা প্রক্রিয়ায় ফেনোলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকার কারণে, সিস্টেমে থাকা আইসোসায়ানেট গ্রুপের সাথে এই ফেনোলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপের বিক্রিয়া এবং “ব্যর্থতা” এড়ানোর জন্য, পলিওলের তুলনায় আইসোসায়ানেটের অনুপাত খুব বেশি হওয়া উচিত নয় এবং প্রিপলিমার ও চেইন এক্সটেন্ডারে অবশ্যই অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট যোগ করতে হবে। প্রিপলিমার উৎপাদনের সময় এটি যোগ করা হলে, তা স্থিতিশীলতার কার্যকারিতাকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করবে।
পলিয়েস্টার পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধ করতে ব্যবহৃত অ্যাডিটিভগুলি প্রধানত কার্বোডাইমাইড যৌগ, যা পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার অণুতে এস্টার হাইড্রোলাইসিসের ফলে উৎপন্ন কার্বক্সিলিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে অ্যাসাইল ইউরিয়া ডেরিভেটিভ তৈরি করে এবং পরবর্তী হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধ করে। ২% থেকে ৫% ভর ভগ্নাংশে কার্বোডাইমাইড যোগ করলে পলিইউরেথেনের জলীয় স্থায়িত্ব ২-৪ গুণ বৃদ্ধি পেতে পারে। এছাড়াও, টারশিয়ারি বিউটাইল ক্যাটেকল, হেক্সামিথিলিনটেট্রামিন, অ্যাজোডিকার্বোনামাইড ইত্যাদিরও নির্দিষ্ট হাইড্রোলাইসিস-বিরোধী প্রভাব রয়েছে।
০৪ প্রধান কর্মক্ষমতার বৈশিষ্ট্য
পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার হলো এক প্রকার মাল্টি-ব্লক কোপলিমার, যার আণবিক শৃঙ্খলগুলো কক্ষ তাপমাত্রার চেয়ে কম গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রাবিশিষ্ট নমনীয় অংশ এবং কক্ষ তাপমাত্রার চেয়ে বেশি গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রাবিশিষ্ট অনমনীয় অংশ দ্বারা গঠিত। এদের মধ্যে, অলিগোমেরিক পলিওলগুলো নমনীয় অংশ গঠন করে, অপরদিকে ডাইআইসোসায়ানেট এবং ক্ষুদ্র অণু চেইন এক্সটেন্ডারগুলো অনমনীয় অংশ গঠন করে। নমনীয় ও অনমনীয় শৃঙ্খল অংশগুলোর এই সন্নিহিত কাঠামোই এদের অনন্য কার্যকারিতা নির্ধারণ করে।
(1) সাধারণ রাবারের কাঠিন্যের পরিসীমা সাধারণত শাওয়ের A20-A90 এর মধ্যে থাকে, যেখানে প্লাস্টিকের কাঠিন্যের পরিসীমা প্রায় শাওয়ের A95-শাওয়ের D100। পলিউরেথেন ইলাস্টোমার ফিলারের সহায়তা ছাড়াই সর্বনিম্ন শাওয়ের A10 এবং সর্বোচ্চ শাওয়ের D85 পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে;
(2) কাঠিন্যের বিস্তৃত পরিসরের মধ্যেও উচ্চ শক্তি এবং স্থিতিস্থাপকতা বজায় রাখা যেতে পারে;
(3) চমৎকার ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, প্রাকৃতিক রাবারের চেয়ে 2-10 গুণ;
(4) পানি, তেল এবং রাসায়নিক পদার্থের প্রতি চমৎকার প্রতিরোধ ক্ষমতা;
(5) উচ্চ অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা, ক্লান্তি প্রতিরোধ ক্ষমতা, এবং কম্পন প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ-কম্পাঙ্ক নমন প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত;
(6) ভালো নিম্ন-তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা, -30 ℃ বা -70 ℃ এর নিচে নিম্ন-তাপমাত্রায় ভঙ্গুরতা;
(7) এর চমৎকার তাপ নিরোধক কর্মক্ষমতা রয়েছে এবং এর কম তাপ পরিবাহিতার কারণে, রাবার এবং প্লাস্টিকের তুলনায় এর তাপ নিরোধক প্রভাব আরও ভাল;
(8) ভালো জৈব সামঞ্জস্যতা এবং অ্যান্টিকোয়াগুল্যান্ট বৈশিষ্ট্য;
(9) চমৎকার বৈদ্যুতিক নিরোধক, ছত্রাক প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং UV স্থায়িত্ব।
সাধারণ রাবারের মতোই প্লাস্টিকাইজেশন, মিশ্রণ এবং ভলকানাইজেশনের মতো একই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পলিউরেথেন ইলাস্টোমার তৈরি করা যায়। তরল রাবারের আকারেও এগুলোকে ঢালা, সেন্ট্রিফিউগাল মোল্ডিং বা স্প্রে করার মাধ্যমে ছাঁচে ফেলা যায়। এছাড়াও, এগুলোকে দানাদার পদার্থে পরিণত করে ইনজেকশন, এক্সট্রুশন, রোলিং, ব্লো মোল্ডিং এবং অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে আকার দেওয়া যায়। এভাবে এটি কেবল কাজের দক্ষতাই বাড়ায় না, বরং পণ্যের মাত্রাগত নির্ভুলতা এবং বাহ্যিক রূপও উন্নত করে।