Influence of Polyol/Crosslinker Blend Composition on Phase Separation and Thermo-Mechanical Properties of Polyurethane Thin Films

Abstract

Polyurethanes (PUs) from Polyethylene glycol (PEG) and polycaprolactone diol (PCL) and a crosslinker, Pentaerythritol (PE), were synthetized with isophorone diisocyanate (IPDI). In this study, we investigated the effect of polyol and crosslinker composition on phase separation and thermo-mechanical properties. The properties were studied through dynamic mechanical analysis, X-ray scattering, atomic force microscopy (AFM), and thermogravimetric analysis (TGA). The results showed changes in PUs properties, microphase structure, and separation due to the composition of polyol/crosslinker blend. So, the largest concentration of PE produced multimodal loss factor patterns, indicating segment segregation while PUs with a PEG/PCL = 1 displayed a monomodal loss factor pattern, indicating a homogeneously distributed microphase separation. Additionally, the increase of the PEG concentration enhanced the damping capacity. On the other hand, agglomeration and thread-like structures of hard segments (HS) were observed through AFM. Finally, the thermal behavior of PUs was affected by chemical composition. Lower concentration of PE reduced the crosslinking; hence, the temperature with the maximum degradation rate

Se sintetizaron poliuretanos (PU) a partir de polietilenglicol (PEG) y policaprolactona diol (PCL) y un reticulante, pentaeritritol (PE), con diisocianato de isoforona (IPDI). En este estudio, investigamos el efecto del poliol y la composición del reticulante en la separación de fases y las propiedades termomecánicas. Las propiedades se estudiaron mediante análisis mecánico dinámico, dispersión de rayos X, microscopía de fuerza atómica (AFM) y análisis termogravimétrico (TGA). Los resultados mostraron cambios en las propiedades de las PU, la estructura de las microfases y la separación debido a la composición de la mezcla de poliol/entrecruzador. Entonces, la mayor concentración de PE produjo patrones de factor de pérdida multimodal, lo que indica segregación de segmentos, mientras que las PU con PEG/PCL = 1 mostraron un patrón de factor de pérdida monomodal, lo que indica una separación de microfases distribuida homogéneamente. Además, el aumento de la concentración de PEG mejoró la capacidad de amortiguamiento. Por otro lado, mediante AFM se observaron aglomeraciones y estructuras filiformes de segmentos duros (HS). Finalmente, el comportamiento térmico de las PU se vio afectado por la composición química. Una menor concentración de PE redujo la reticulación; por lo tanto, la temperatura con la máxima tasa de degradación