Mavzu: Poliuretan va uning ahamiyati

Mustaqil ish

Mavzu: Poliuretan va uning ahamiyati

Reja:

1. 
   Poliuretan haqida umumiy ma’lumotlar
   
2. 
   Poliuretanni xossalari
   
3. 
   Poliuretanni tayyorlanishi va ishlatilish sohalari
   

1. Poliuretan (PUR va PU) - bu karbanat (uretan) birikmalari bilan biriktirilgan organik birliklardan tashkil topgan polimer. Ko'pgina poliuretanlar termosetan polimerlari bo'lib, ular qizdirilganda erimaydi, ammo termoplastik poliuretanlar ham mavjud. Poliuretan polimerlari an'anaviy va ko'p hollarda di- yoki triosotsianatni poliol bilan reaktsiya qilish natijasida hosil bo'ladi. Poliuretanlar tarkibida ikki xil monomer mavjud bo'lib, ular birin-ketin polimerizatsiyalanadi, ular o'zgaruvchan kopolimerlar deb tasniflanadi. Poliuretanlarni tayyorlash uchun ishlatiladigan izosiyanatlar va poliollar o'rtacha hisobda bitta molekula uchun ikkita yoki undan ko'p funktsional guruhga ega.

Poliuretanlar yuqori bardoshli ko'pikli o'rindiqlar, qattiq ko'pikli izolyatsiyalash panellari, ko'pikli muhrlar va qistirmalar, bardoshli elastomerik g'ildiraklar va shinalar (rolikli kemalar, eskalator, xarid qilish kassasi, lift va skeytbord g'ildiraklari), avtoulovning osma butillarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi. , elektr o'tkazgich aralashmalari, yuqori samarali yopishtiruvchi moddalar, sirt qoplamalari va mastiklar, sintetik tolalar (masalan, Spandex), gilam osti qoplamasi, qattiq plastik qismlar (masalan, elektron asboblar uchun), prezervativlar, [1] va shlanglar.

Ko'pikli poliuretan

Otto Bayer va uning hamkasblari Leverkuzen (Germaniya) dagi Farben (Germaniya) da birinchi bo'lib 1937 yilda poliuretan yasashgan. Yangi polimerlar mavjud plastmassalarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega edi, ular polimerlash olefinlar yoki polikondensatsiyalash yo'li bilan ishlab chiqarildi va Wallace Carothers tomonidan poliesterlarga olingan patentlar bilan qoplanmadi. Elyaf va egiluvchan ko'pik va PU ishlab chiqarishga qaratilgan dastlabki ishlar Ikkinchi

Jahon urushi paytida samolyot qoplamasi sifatida cheklangan miqyosda qo'llanilgan. [4] Poliizosiyanatlar 1952 yilda sotuvga qo'yildi va 1954 yilda toluen diizosyanat (TDI) va poliester poliollari yordamida moslashuvchan poliuretan ko'pikini ishlab chiqarish boshlandi. Ushbu materiallar qattiq ko'piklar, saqich kauchuklari va elastomerlarni ishlab chiqarishda ham ishlatilgan. Lineer tolalar geksametilen diizosyanat (HDI) va 1,4-Butanediol (BDO) dan ishlab chiqarilgan.

1956 yilda DuPont polieter poliollarni, xususan, polietilen (tetrametilen efiri) glikolini taqdim etdi va BASF va Dow Chemical 1957 yilda polialilen glikollarni sotishni boshladilar. Polieter poliollari poliesterlarga qaraganda arzonroq, ishlov berish osonroq va suvga chidamli bo'lib, ommalashib ketdi. Union Carbide va Mobay, AQShning Monsanto / Bayer qo'shma korxonasi ham poliuretan kimyoviy moddalarini ishlab chiqarishni boshladilar. 1960 yilda 45 ming metrik tonnadan ortiq moslashuvchan poliuretan ko'piklari ishlab chiqarildi. Xloroflorukanni zarba beruvchi vositalar, arzon polieter poliollari va metilen difenil diizosiyanat (MDI) mavjudligi poliuretan qattiq ko'piklarini yuqori samarali izolyatsiya materiallari sifatida ishlatishga imkon berdi. 1967 yilda uretan-modifikatsiyalangan poliesosiyanurat qattiq ko'piklari ishlab chiqarildi, bu yanada yaxshi termal stabillik va yonuvchanlikka chidamlilikni ta'minladi. O'tgan asrning 60-yillarida avtomatlashtirilgan ichki xavfsizlik komponentlari, masalan, asboblar va eshik panellari, yarim qattiq ko'pikli terini to'ldiruvchi termoplastik terilar tomonidan ishlab chiqarilgan.

1969 yilda Bayer Dyusseldorfda (Germaniya) barcha plastmassali mashinani namoyish etdi. Ushbu avtomobilning qismlari, masalan, fasya va korpus panellari, reaktsiya inyeksion kalıplama (RIM) deb nomlangan yangi jarayon yordamida ishlab chiqarildi, unda reaktivlar aralashtirilib, qolipga kiritildi. Tegirmonli shisha, slyuda va qayta ishlangan mineral tolalar kabi plomba moddalarining qo'shilishi mustahkamlangan modulni (qattiqlikni) yaxshilash, issiqlik kengayish koeffitsientini pasaytirish va issiqlikning barqarorligini oshiruvchi mustahkamlangan RIM (RRIM) ga olib keldi. Ushbu texnologiya Qo'shma Shtatlardagi birinchi Pontiac Fiero avtomashinasini 1983 yilda ishlab chiqarishda ishlatilgan. Keyinchalik qattiqlashishda yanada kattalashtirilgan shisha qoplamalarni RIM mog'or bo'shlig'iga qo'shib, qatronlar qarshi kalıplama sifatida ham tanilgan. yoki tarkibiy RIM.

1980-yillarning boshlarida PVX polimerlarini almashtirib, avtomobil panellari va havo filtri muhrlari uchun qistirmalar hosil qilish uchun suv puflagan mikro-

hujayrali egiluvchan ko'piklar ishlatilgan. Poliuretan ko'piklari avtomobil sohasida mashhurlikka erishdi va hozirda yuqori haroratli moyli filtr dasturlarida qo'llaniladi.

Ko'pikli poliuretan (shu jumladan ko'pikli kauchuk) kamroq zich ko'pik berish, tinchlantirish / energiya yutish yoki issiqlik izolatsiyasini berish uchun oz miqdordagi zarba beruvchi vositalar yordamida amalga oshiriladi. 90-yillarning boshlarida, ularning ozonning emirilishiga ta'sir qilganligi sababli, Monreal protokoli trixloroflorometan (CFC-11) kabi xlor o'z ichiga olgan ko'plab zararli moddalarni ishlatishni chekladi. 1990-yillarning oxiriga kelib, Shimolda karbonat

angidrid, pentan, 1,1,1,2-tetrafloroetan (HFC-134a) va 1,1,1,3,3-pentafluoropropan (HFC-245fa) kabi zararli moddalar keng qo'llanila boshlandi. Amerika va Evropa Ittifoqi, xlorli puflovchi vositalar ko'plab rivojlanayotgan mamlakatlarda foydalanishda davom etdi. [5] 1,1-Dikloro-1-Ftoretan (HCFC-141b) 2000-yillarning boshlarida rivojlanayotgan mamlakatlarda alternativa zarba beruvchi vosita sifatida kiritildi.

Ko'pincha poliuretan mahsulotlari shunchaki "uretan" deb ataladi, ammo uretan deb ham ataladigan etil karbamat bilan aralashmaslik kerak. Poliuretanlar tarkibida etil karbamat mavjud emas va undan ishlab chiqarilmaydi.

Izosiyanat bo'lmagan poliuretanlar (NIPU) poliouretanlarni sintez qilish uchun izosiyanatlardan foydalanish bilan bog'liq sog'liq va atrof-muhit muammolarini yumshatish uchun ishlab chiqilgan.

2. Poliuretanlar reaksiya polimerlari deb ataladigan birikmalar sinfiga kiradi, ular ichiga epoksi, to'yinmagan poliesterlar va fenoliklar kiradi. Poliuretanlar har bir molekulada o'rtacha ikki yoki undan ko'p gidroksil guruhiga ega bo'lgan (R − -

(OH) har bir molekulada (R− (N = C = O) n [17]) ikki yoki undan ortiq izosiyanat guruhini o'z ichiga olgan izosiyanat bilan reaksiya qilish natijasida hosil bo'ladi. n katalizator ishtirokida yoki ultrabinafsha nurlar bilan faollashganda.

Poliuretanning xususiyatlariga uni tayyorlashda ishlatiladigan izosiyanatlar va poliollarning turlari katta ta'sir ko'rsatadi. Polyol tomonidan qo'shilgan uzun, egiluvchan segmentlar yumshoq, elastik polimerni beradi. O'zaro bog'lanishning yuqori miqdori qattiq yoki qattiq polimerlarni beradi. Uzun zanjirlar va past o'zaro bog'lanishlar polimerni juda cho'zilgan qilib beradi, ko'p zanjirli qisqa zanjirlar qattiq polimerni hosil qiladi, uzun zanjirlar va oraliq o'zaro bog'lanishlar ko'pik tayyorlash uchun foydali bo'lgan polimerni beradi. Poliuretanda mavjud bo'lgan o'zaro bog'liqlik polimer uch o'lchovli tarmoqdan iboratligini va molekulyar og'irligi juda yuqori ekanligini anglatadi. Ba'zi jihatdan poliuretanning bir qismini bitta yirik molekula deb hisoblash mumkin. Buning bir natijasi shundaki, odatdagi poliuretanlar qizdirilganda yumshamaydi yoki erimaydi; ular termosetlash polimerlari. Izosiyanatlar va poliollar uchun tanlov, boshqa qo'shimchalar va ishlov berish shartlariga qo'shimcha ravishda, poliuretanlarga keng tarqalgan polimerlarni yaratadigan juda keng xususiyatlarga ega bo'lishga imkon beradi.

Izosiyanatlar juda reaktiv materiallardir. Bu ularni polimerlar tayyorlashda foydali qiladi, ammo ulardan foydalanish va ulardan foydalanishda alohida e'tibor talab etiladi. Aromatik izosiyanatlar, difenilmetan diizosyanat (MDI) yoki toluen diizosyanat (TDI) alifatik izosiyanatlarga qaraganda, masalan, geksametilen diizosyanat (HDI) yoki izoforon diizosyanat (IPDI) ga nisbatan faolroqdir. Izosiyanatlarning aksariyati bir-biridan farq qiladi, ya'ni ular bitta molekula uchun

ikkita izosiyanat guruhiga ega. Bunga muhim istisno bu ikki, uch va to'rt yoki undan ortiq izosiyanat guruhlari bo'lgan molekulalarning aralashmasidir polimerik

difenilmetan diizosyanat. Bunday holatlarda material o'rtacha funktsional xususiyatga ega, ikkitadan katta, Polyollar o'z-o'zidan polimerlar bo'lib, bitta

molekulada o'rtacha ikki yoki undan ko'p gidroksil guruhiga ega. Polieter poliollari asosan polimerizatsiya etilen oksidi va tegishli polol prekursoriga ega bo'lgan propilen oksidi yordamida amalga oshiriladi. [19] Polyester poliollari polieter polimerlariga o'xshash tarzda ishlab chiqariladi. Poliuretanlarni tayyorlashda ishlatiladigan poliollar aniq molekulyar og'irliklarga ega bo'lgan o'xshash molekulalarning aralashmasidir, shuning uchun "o'rtacha funktsionallik" ko'pincha esga olinadi. Murakkab aralashmalar bo'lishiga qaramay, sanoat darajasidagi poliollar izchil xususiyatlarga ega poliuretanlarni ishlab chiqarish uchun etarlicha yaxshi boshqariladi. Polyol zanjirining uzunligi va funksionalligi poliuretan xususiyatlariga ko'p hissa qo'shadi. Qattiq poliuretanlarni tayyorlashda ishlatilgan poliolalar yuzlab molekulyar og'irliklarga ega, egiluvchan poliuretanlarni tayyorlashda esa minglab molekulyar og'irliklar mavjud. Polimerizatsiya reaktsiyasi uretan bilan bog'liq bo'lgan "RNHCOOR" o'z ichiga olgan polimer hosil qiladi va 1,4-diazabitsiklo [2.2.2] oktan (DABCO deb ham ataladi) kabi uchlamchi aminlar va dibutiltin dilurati yoki metall aralashmalari bilan katalizlanadi. vismut oktanoati. Shu bilan bir qatorda, uni ultrabinafsha nurlar orqali tarqatish mumkin. [18] Bu ko'pincha gelellatsiya reaktsiyasi yoki shunchaki jelleşme deb ataladi.Agar reaktsiya aralashmasida suv bo'lsa (ko'pincha ko'pik qilish uchun ataylab qo'shiladi), izosiyanat suv bilan reaksiyaga kirib, karbamid aloqasini va karbonat angidrid gazini hosil qiladi, natijada polimer uretan va karbamid bilan bog'liq. Ushbu reaktsiya zarba reaktsiyasi deb ataladi va bis- (2-dimetilaminoetil) kabi uchlamchi aminlar bilan katalizlanadi.

Uchinchi reaktsiya, ayniqsa izolyatsion qattiq ko'piklarni tayyorlashda muhim ahamiyatga ega, masalan, kaliy oktoat bilan katalizlanadigan izosiyanat trimerizatsiya reaktsiyasi.

Poliuretanlarning eng istalgan xususiyatlaridan biri ularning ko'pikka aylanish qobiliyatidir. Ko'pik tayyorlash uretan polimerizatsiyasi (gelellatsiya) bilan bir vaqtning o'zida gaz hosil bo'lishini talab qiladi. Gaz karbonat angidrid bo'lishi mumkin, yoki izosiyanatga suv bilan reaksiya qilish natijasida hosil bo'ladi yoki gaz sifatida qo'shiladi; shuningdek, uchuvchi suyuqliklarni qaynatish orqali hosil bo'lishi mumkin. Ikkinchi holda, polimerizatsiya natijasida hosil bo'lgan issiqlik suyuqliklarning bug'lanishiga olib keladi. Suyuqliklar HFC-245fa (1,1,1,3,3-pentafluoropropan) va HFC-134a (1,1,1,2-tetrafloroetan) va n-pentan kabi uglevodorodlar bo'lishi mumkin.

3. Barqaror "yashil" mahsulotlarga bo'lgan qiziqish o'simlik moylaridan olingan polollarga qiziqish uyg'otdi. Poliuretanlarni tayyorlash uchun poliollarda ishlatiladigan turli xil yog'larga soya, paxta urug'i, neem urug'i va kastor kiradi. O'simlik moylari turli xil usullar bilan ishlab chiqariladi va polietamid, polieterlar, alkidlar va boshqalarga o'zgartiriladi. Poliollarni tayyorlash uchun yangilanadigan manbalar xira yog'li kislotalar yoki yog 'kislotalari bo'lishi mumkin. Ba'zi biobazalangan va izosiyanatsiz poliuretanlar poliaminlar va tsiklik karbonatlar orasidagi reaktsiyani poligidroksuretanlarni hosil qilish uchun ishlatadilar.

Zanjir uzatgichlari va o'zaro bog'lovchilar. Zanjir uzaytirgichlar (f = 2) va o'zaro bog'lash moslamalari (f ≥ 3) past molekulyar og'irlikdagi gidroksil va aminli birikmalar bo'lib, ular poliuretan tolalari, elastomerlar, yopishtiruvchi moddalar va ma'lum bir ajralmas teri va mikro-hujayrali ko'piklarning polimer morfologiyasida muhim rol o'ynaydi. Ushbu materiallarning elastomerik xususiyatlari polimerning qattiq va yumshoq kopolimer segmentlarini faza ajratishidan kelib chiqadi, shuning uchun uretan qattiq segmenti domenlari amorf polieter (yoki poliester) yumshoq segment domenlari o'rtasida o'zaro bog'liqlik bo'lib xizmat qiladi. Ushbu fazani ajratish, asosan, nolyar bo'lmagan, past eriydigan yumshoq segmentlar qutbli, yuqori erigan qattiq segmentlarga mos kelmasligi sababli sodir bo'ladi. Yuqori molekulyar og'irlikdagi polollardan hosil bo'lgan yumshoq segmentlar harakatchan bo'lib, odatda o'ralgan shaklda bo'ladi, izosiyanat va zanjir uzatgichlaridan hosil bo'lgan qattiq segmentlar esa qattiq va harakatsiz. Qattiq segmentlar yumshoq segmentlarga kovalent tarzda bog'langanligi sababli, ular polimer zanjirlarining plastik oqimini inhibe qiladi va shu bilan elastomerik turg'unlikni hosil qiladi. Mexanik deformatsiyada yumshoq segmentlarning bir qismi ochilmagan holda siqiladi va qattiq segmentlar stress yo'nalishi bo'yicha hizalanadi. Qattiq segmentlarning ushbu yo'nalishi va natijada kuchli vodorod bog'lanishi yuqori zo'riqish kuchiga, cho'zish va yirtilishga qarshilik qiymatlariga hissa qo'shadi. Zanjir uzatgichini tanlash, shuningdek, egiluvchanlik, issiqlik va kimyoviy qarshilik xususiyatlarini ham aniqlaydi. Eng muhim zanjir uzatgichlari etilen glikol, 1,4-butanediol (1,4-BDO yoki BDO), 1,6-geksanediol, siklogeksan dimetanol va gidrokinon bis (2-gidroksietil) efirlar (HQEE). Ushbu glikollarning barchasi poliuretanlarni hosil qiladi, ular fazalarni bir-biridan ajratib turadi va aniq belgilangan segment segmentlarini hosil qiladi va eritishga qayta ishlanadi. Ularning barchasi termoplastik poliuretanlar uchun javob beradi, etilen glikol bundan mustasno, chunki olingan bis-fenil uretan yuqori qattiq segment darajasida noqulay degradatsiyaga uchraydi. [12] Dietanolamin va trietanolamin egiluvchan mog'orlangan ko'piklarda mustahkamlikni yaratish va katalitik faollikni qo'shish uchun ishlatiladi. Dietiltoluenediamin RIM-da, poliuretan va poliureya elastomer formulalarida keng qo'llaniladi.

Katalizatorlar. Poliuretan katalizatorlarini ikkita keng toifaga bo'lish mumkin, asosiy va kislotali omin. Uchinchi amin katalizatorlari diol tarkibiy qismining nukleofilitesini oshirish orqali ishlaydi. Alkil kalay karboksilatlar, oksidlar va merkaptidlar oksidlari poliuretan hosil bo'lishini tezlashtirishda engil Lyuis kislotalari vazifasini bajaradi. Asos sifatida an'anaviy amin katalizatorlariga trietilendiamin (TABA, DABCO deb ham ataladi, 1,4-diazabitsiklo [2.2.2] oktan), dimetiltsiklogeksamin (DMCHA), dimetiletanolamin (DMEA) va bis- (2-dimetilaminoetil nurlanish) kiradi. katalizator A-99 deb ham ataladi. Lyuisning kislotali katalizatori dibutiltin dilauratidir. Jarayon katalizatorning tabiatiga juda sezgir va avtokatalitik sifatida ham tanilgan. Katalizatorni tanlashga ta'sir qiluvchi omillar uchta reaktsiyani muvozanatlashni o'z ichiga oladi: uretan (poliol + izosiyanat yoki gel) hosil bo'lishi, karbamid (suv + izosiyanat yoki "zarba") hosil bo'lishi yoki izosiyanat trimerizatsiya reaktsiyasi (masalan, kaliy asetatidan foydalanib, izosiyanurat halqalarini hosil qilish uchun). ). Turli xil maxsus katalizatorlar ishlab chiqilgan.

Surfaktantlar ko'pikli va ko'piksiz poliuretan polimerlarining xususiyatlarini o'zgartirish uchun ishlatiladi. Ular polimdimetilssiloksan-polioksialilen blok sopolimerlari, silikon moylari, nonfilol etoksillatlari va boshqa organik birikmalar ko'rinishida bo'ladi. Ko'piklarda ular suyuq tarkibiy qismlarni emulsiya qilish, hujayra hajmini tartibga solish va siqilish va sirt bo'shliqlarining oldini olish uchun hujayra tuzilishini barqarorlashtirish uchun ishlatiladi. Ko'pik bo'lmagan dasturlarda ular havo chiqaruvchi va antifoaming vositasi, namlash vositasi sifatida ishlatiladi va pin teshiklari, apelsin po'sti va lavabo izlari kabi sirt kamchiliklarini bartaraf etish uchun ishlatiladi.