Self-reinforcing elastomers based on dynamic polyurethanes

Abstract

Thermoplastic polyurethane(urea)s undergo microphase-separation into hard and soft blocks. Since urea moieties form stronger physical crosslinks in the hard block, urea-containing thermoplastic polyurethane(urea)s are harder to process.Therefore, the on-demand introduction of urea-bonds after processing, termed self-reinforcement, is desirable. Dynamic polyurethanes can form urea-bonds under aqueous conditions. Another mechanism to introduce self-reinforcement is creating further non-covalent crosslinks between the polymer chains through complexation with metal ions. For these strategies, dynamic-covalent-bond-containing moieties were used, which form and break reversibly under ambient conditions – in contrast to the standard urethane bond. Therefore, dynamic thermoplastic polyurethanes were synthesised and subjected to self-reinforcement studies. Furthermore, thermoplastic polyurethanes with chelated metal were also prepared. Both methods were investigated by means of mechanical testing.

Thermoplastische Polyurethan(urea)s bilden Hart- und Weichblöcke durch Mikrophasenseparation. Da Ureagruppen stärkere physikalische Vernetzungen in den Hartblöcken bilden, sind ureahaltige thermoplastische Polyurethan(urea)s schlechter verarbeitbar.Deshalb sollen diese Ureabindungen erst nach der Verarbeitung des Materials eingebracht werden. Dieser Prozess der nachträglichen Integration wurde Selbstverstärkung genannt. Dynamische Polyurethane können in wässriger Umgebung Ureabindungen bilden. Eine zweite Möglichkeit Selbstverstärkung zu integrieren ist durch zusätzliche Vernetzungen zwischen Polymerketten durch Komplexierung von Metallionen.Für diese Strategien sind dynamische Urethane – im Unterschied zu normalen Urethanbindungen – ein vielversprechender Vertreter der dynamisch-kovalenten Bindungen bei Standardbedingungen. Aus diesem Grund wurden dynamische Polyurethane mit und ohne komplexierten Metallzentren hergestellt. Diese wurden anschließend auf ihre Selbstverstärkung geprüft. Beide Methoden wurden hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften geprüft.