Polyurethane Murni Dan Castor Oil Berbasis Polyurethane.docx

Nabilla Aini Putri 2015710450003 POLYURETHANE MURNI DAN CASTOR OIL BERBASIS POLYURETHANE: SINTESIS DAN KARAKTERISASI Dalam penelitian ini, sifat fisik-kimia dari poliuretan berkinerja tinggi disintesis dari polipropilen glikol (PPG) dibandingkan dengan kombinasi PPG dan minyak jarak, dipelajari menggunakan teknik polimerisasi in-situ. Variasi dalam properti dari kedua jenis poliuretan dievaluasi oleh Fourier transform infrared spektroskopi (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), difraksi sinar-X (XRD) dan teknik analisis termogravimetri (TGA). Sifat kekuatan tarik adalah diselidiki oleh alat uji tarik film. Hasilnya menunjukkan adanya peregangan -CH besar dalam poliuretan campuran minyak jarak dengan thermal oksidatif yang lebih besar stabilitas lebih dari poliuretan PPG murni. Sifat-sifat tarik ditemukan hampir sebanding dalam polimer murni dan campuran, menandakan penggunaan polimer campuran dalam masa depan untuk mengatasi krisis lingkungan dan ekonomi dalam sintesis poliuretan.

PENGANTAR Poliuretan (PU) telah digunakan secara ekstensif karena fisiknya yang luar biasa properti (misalnya, fleksibilitas rendah, kekuatan tarik tinggi, sobek dan ketahanan abrasi, resistensi pelarut, dll) dan fleksibilitas tinggi dalam struktur kimia. PU umumnya disintesis dari reaksi isosianat dengan poliol. Polypropylene glycol (PPG) adalah a polyol pada dasarnya berasal dari industri petrokimia. Karena tingginya biaya bahan baku petrokimia dan keinginan publik yang ditingkatkan untuk lingkungan produk hijau ramah, penelitian pemanfaatan sumber daya terbarukan untuk pembuatan PU kaku diperlukan pada saat ini. PU berdasarkan poliol berasal dari minyak nabati yang berbeda, seperti kastor, minyak bunga matahari dan rapeseed. Minyak jarak adalah salah satu minyak nabati alami yang utama mengandung gugus hidroksil dan karenanya banyak digunakan dalam banyak industri kimia, terutama dalam produksi PU. Sintesis nanokomposit PU adalah dibuat dari minyak alami, seperti minyak jarak, menggunakan HMDI dan tanah liat yang dimodifikasi secara organik dan komposit PU / n-HMDI kovalen terkait, yang kemudian berhasil dikumpulkan oleh proses pemintalan elektro. Studi tentang persiapan dari minyak jarak dipamerkan meningkatkan kelompok diisosianat dalam kaitannya dengan

jumlah poliol dan meningkatkan kekuatan pada pecahnya polimer yang diperoleh dan penurunan pemanjangan polimer, menghasilkan peningkatan modulus. Serangkaian rantai 1,4-butana diol memperpanjang PU nanokomposit berdasarkan minyak jarak, dan 4,40-difenilmetana diisosianat (MDI) disintesis dengan tanah liat yang dimodifikasi (Cloisite 30B) sebagai filler. Dalam penelitian ini murni PU dan PU berdasarkan minyak jarak disintesis. Kemudian, studi banding tentang perubahan perilaku dalam sifat fisiko-kimia PU terbuat dari campuran poliol yang terdiri dari PPG dan minyak jarak dehidrasi (15%) melalui polimerisasi in-situ telah dilakukan. EKSPERIMEN Material Kastor minyak kelas komersial dibeli dari pasar lokal. Itu mengalami dehidrasi 80 ºC dalam oven vakum dan dicirikan untuk nilai hidroksil (148), nilai asam (2) dan kadar air (0,379%). PPG (Mn= 4000) dipasok oleh SIGMA- Aldrich Perusahaan. The rantai extender, 1, 4-butane diol, diperoleh dari Himedia, India. Itu toluena diisosianat (TDI), digunakan sebagai diterima, dipasok oleh SIGMA- Aldrich Perusahaan. Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah DABCO33LV, campuran dari triethylenediamine dan di (propylene glycol) dipasok oleh Air Products and Chemicals (Inggris). Mekanisme Sintesis 1. Mekanisme sintesis PU murni menggunakan teknik pra-polimer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, terdiri dari dua langkah utama. Pertama, PPG direaksikan dengan diisosianat, kemudian vakum de-digas selama 5 menit dengan kecepatan tinggi diaduk selama 25 menit pada 75 ºC ke mencapai campuran yang homogen dan menghasilkan pra-polimer dengan isosianat akhir kelompok (dalam hal ini, tak jenuh ganda dan amorf). Kedua, pra-polimer bereaksi dengan rantai extender di hadapan katalis DACO dengan kecepatan tinggi aduk selama 1 menit pada 75ºC untuk menghasilkan PU kental (dalam hal ini, jenuh dan dikristalkan).

Gambar 1. Schematic representation of the pure PU synthesis mechanism using the prepolymer technique.

2. Mekanisme Sintesis dari PU-Castor berbasis minyak Mekanisme sintesis COPUs rapi menggunakan teknik pra-polimer ditampilkan dalam Gambar 2 terdiri dari dua langkah utama; pertama, minyak jarak dehidrasi (15%) dicampur dengan PPG yang sudah dehidrasi, dan kedua, campuran polyol PPG + 15% minyak jarak direaksikan dengan diisosianat, yang mengalami vakum degassed selama 5 menit dengan kecepatan tinggi aduk selama 25 menit pada 75 ºC sebelum pencampuran untuk mencapai campuran yang homogen dan menghasilkan pra-polimer berbasis-castor-oil dengan kelompok isosianat akhir, diikuti oleh reaksi dengan pemanjang rantai dengan adanya katalis pada pengadukan berkecepatan tinggi 1 menit pada 75 ºC untuk menghasilkan COPUs yang kental (dalam hal ini, jenuh dan mengkristal).

Gambar 2. Schematic representation of the synthesis mechanism of neat COPUs using the pre-polymer technique.

Teknik Karakterisasi Analisis Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) dari PU dilakukan dengan menggunakan Vector-22 FT-IR spectrometer (Nicolet 5DX FT-IR) dengan resolusi 1 cm-1 dari 4000 hingga 400 cm-1. Stabilitas termal PU (analisis thermogravimetri (TGA) diuji menggunakan Universal V4.5A, instrumen TA di bawah atmosfer nitrogen. Kristal itu struktur PU murni dan COPU dianalisis dengan difraksi sinar-X (XRD), menggunakan X-ray diffractometer (Rigaku Mini Flex II, Jepang) menggunakan grafit monokromator dan radiasi CuKα (l nm). Scanning electron microscopy (SEM) adalah dilakukan pada mesin JEOL 6300F pada tegangan percepatan 5KV. Uji tarik film nanokomposit dilakukan pada pengujian instron

model 4505 universal mesin pada 25ºC, dengan load cell 5 KN dan mengikuti ASTM D 638. The crosshead kecepatan ditetapkan menjadi 2 mm / menit. Sampel dipotong dalam bentuk halter dengan ASTM D638 (tipe V). HASIL DAN DISKUSI Analisis FTIR Struktur mikro-domain PU PU murni dan minyak berbasis kastor dianalisis FTIR seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Sebuah pita lebar kecil di kisaran 4000-3.500 cm-1 adalah diamati pada kedua sampel yang berhubungan dengan vibrasi peregangan O-H baik dari air atau senyawa terminasi hidroksil, dan vibrasi peregangan N-H baik dari urea maupun grup amina. Peregangan puncak CH – CH3 lebih menonjol di kastor PU berbasis minyak, maka PU murni yang mungkin disebabkan oleh rantai organik yang lebih besar hadir dalam PU berbasis minyak. Puncak pada 1727 cm-1 mewakili (C = O) urethanes non-terikat [13], yang kemungkinan akan hadir dalam jumlah yang lebih besar, dalam sintesis PU berbasis minyak.

Gambar 3. . Comparative FTIR spectra for PU (pure PPG & PPG and castor oil)

Analisis TGA Hasil TGA (Gambar 4) menunjukkan stabilitas termal PU murni dan PU berbasis kastor-minyak di bawah kondisi yang identik dan perbandingan berat yang hilang terjadi. Stabilitas termal dari polimer ini umumnya mulai di atas 200 ° C. dapat dilihat dari Gambar 2 bahwa suhu penguraian awal dimulai dari 250 ° C dan 235 ° C untuk PU berbasis minyak murni. Pada 400 °C hampir 85% dari PU murni terdekomposisi sementara PU berbasis-minyak menunjukkan kurang dari 80% dekomposisi, yang mungkin disebabkan oleh kondisi poliol yang berbeda ketika PPG

dicampur dengan minyak jarak yang, pada gilirannya, mungkin karena adanya kandungan hidroksil yang rendah poliol dalam formulasi yang meningkatkan ketahanan termal dari minyak berbasis kastor Sampel PU. Stabilitas termal keseluruhan dari PU menunjukkan sedikit kecenderungan menurun sebagai konten segmen kaku meningkat, yang mirip dengan temuan di mana disimpulkan bahwa PU berdasarkan minyak nabati memiliki stabilitas termal oksidatif yang lebih baik dari PU berdasarkan PPG.

Gambar 4. Comparative TGA graph for PU (pure PPG & PPG and castor oil).

XRD Studi PU Pola XRD PU murni dan COPU disajikan pada Gambar 5. Sinar-X PU murni pola menampilkan kehadiran dua puncak pada 2θ = 20,03 (d ang = 4,430 ˚A) dan 2θ =28,77 (d ang = 3,10 ˚A) karena adanya kristal PPG di segmen lunak. Sementara itu, kehadiran COPU murni ditunjukkan oleh satu puncak pada 2θ = 20.42 (d ang= 4.345) karena perbedaan dalam struktur kimia dari kondisi segmen lunak, seperti kehadiran mono-glyceride dan di-glyceride. Apalagi, selain diisosianat dalam PU berbasis minyak jarak, reaksi untuk membentuk hubungan uretan antara diisosianat dan kelompok hidroksil hasil. Informasi ini disajikan pada Gambar 5 dan Tabel 1.

Gambar 5. Comparative XRD graphs for the PUs (pure PPG and PPG and castor oil).

Table 1. XRD data for the pure PUs and COPUs Samples

D001 [Å]

2𝜃 [ o ]

Pure Pus

4.52

20.03

COPUs

4.38

20.59

SEM Dalam PU murni, selama reaksi polimerisasi, isosianat direaksikan dengan poliol gelasi, menghasilkan pembentukan dinding sel PU, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6a. Kapan minyak jarak dicampur dengan PPG sebagai poliol, pembentukan dinding sel lebih lambat dan lebih besar Sel terbentuk karena reaktivitas yang rendah dari minyak jarak. Pembentukan sel yang dikendalikan adalah Dipamerkan oleh penambahan minyak jarak dalam glikol PPG, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6b. Disebabkan oleh perbedaan dalam struktur kimia segmen lunak dan keras, mikrofase pemisahan berlangsung dengan mudah, yang timbul dari ketidakcocokan dalam PU. Sel itu terbentuk dapat dikontrol dengan penambahan PPG. Penambahan PPG untuk memperpanjang Segmen keras dilakukan sehingga dinding sel lebih kuat dan sel yang terbentuk menjadi lebih kecil dibandingkan dengan sel COPU.

Gambar 6. SEM for PUs (a) without, and (b) with castor oil.

Sifat Tarik dan Mekanis Uji tarik dilakukan menggunakan mesin uji tarik universal. Angka 7 dan 8 menunjukkan tegangan-regangan dan kurva kekuatan tarik, masing-masing, dan efek kastor kandungan minyak. Peningkatan elongasi saat istirahat diamati, sementara tarik kekuatan ditemukan menurun dibandingkan dengan PU murni. COPU menunjukkan sebuah peningkatan ~ 21% dalam perpanjangan saat istirahat (Gambar 7) sementara kekuatan tariknya menurun menjadi ~35% (Gambar 8) bila dihitung dalam studi tekanan-regangan komparatif PU murni dan COPU dengan 15% berat minyak jarak. Peningkatan perpanjangan saat istirahat COPU mungkin karena

adanya peregangan puncak CH-CH3 yang lebih banyak menonjol di COPU kemudian PU murni. Ini mungkin karena ikatan rangkap yang lebih tinggi dan rantai organik yang lebih besar hadir di COPU. Hasilnya menunjukkan peningkatan segmen keras karena peningkatan ikatan hidrogen, sehingga lebih teratur molekul PU murni. Kehadiran mono-gliserida dalam minyak jarak membantu mengendalikan seperti itu reaksi karena reaktivitas rendah dari gugus hidroksil sekunder yang ada dalam lemak rantai asam.

Gambar 7. Stress–strain curves for pure COPUs and Pus.

Gambar 8. Tensile strength of pure PUs and COPUs with 0 and 15 wt% of castor oil.

KESIMPULAN Hasilnya menggambarkan sifat fisiko-kimia yang ditingkatkan dari campuran minyak jarak PU, lebih dari PPG murni berasal PU. Kehadiran rantai organik yang lebih besar dalam PU campuran castoroil menghasilkan stabilitas termal oksidatif yang lebih besar daripada PU PPG murni. pembentukan sel yang lebih lambat juga diamati pada PU campuran, menunjukkan kontrol perpaduan. Penelitian lebih lanjut akan dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanik menerapkan nanofiller. Berkenaan dengan sifat mekanik, peningkatan pemanjangan saat istirahat diamati, sementara kekuatan tarik ditemukan menurun dalam perbandingan dengan PU murni. COPU menunjukkan peningkatan ~ 21% dalam perpanjangan saat istirahat, kekuatan tarik menurun hingga ~ 35% ketika dihitung dalam tegangan-regangan komparatif studi PU murni dan COPU.