Interested Article - Полиуретаны

Синтез полиуретана — связывание уретановыми группами ${\ce {-NH-(C=O)-O{}-}}$ ${\ce {-NH-(C=O)-O{}-}}$ молекулярные субъединицы

Полиурета́ны — гетероцепные полимеры , макромолекула которых содержит незамещённую и/или замещённую уретановую группу −N(R)−C(O)O−, где R — Н , алкилы , арил или . В макромолекулах полиуретанов также могут содержаться простые и сложноэфирные функциональные группы, мочевинная , амидная группы и некоторые другие функциональные группы, определяющие комплекс свойств этих полимеров. Полиуретаны относятся к синтетическим эластомерам и нашли широкое применение в промышленности благодаря широкому диапазону прочностных характеристик. Используются в качестве заменителей резины при производстве изделий, работающих в агрессивных средах, в условиях больших знакопеременных нагрузок и температур. Диапазон рабочих температур — от −60 °С до +80 °С.

Получение

Образование полиуретанового полимера
путём реакции между диизоцианатом и полиолом

Полиуретаны получают взаимодействием соединений, содержащих изоцианатные группы с би- и полифункциональными гидроксилсодержащими производными.

В качестве изоцианатов используются толуилендиизоцианаты (2,4- и 2,6- изомеры или их смесь в соотношении 65:35), 4,4'-дифенилметандиизоцианат , 1,5-нафтилен-, гекса-метилендиизоцианаты, полиизоцианаты, трифенилметан-триизоцианат, биуретизоцианат, изоциануратизоцианаты, димер 2,4-толуилендиизоцианата, блокированные изоцианаты.

Строение исходного изоцианата определяет скорость уретанообразования, прочностные показатели, световую и радиационную стойкость, а также жёсткость полиуретанов.

Гидроксилсодержащими компонентами являются:

олигогликоли — продукты гомо- и сополимеризации тетрагидрофурана , пропилен- и этиленоксидов , дивинила , изопрена ;
сложные полиэфиры с концевыми группами ОН — линейные продукты поликонденсации адипиновой, фталевой и других дикарбоновых кислот с этилен- , пропилен- , бутилен- или другими низкомолекулярным гликолями ;
разветвленные продукты поликонденсации перечисленных кислот и гликолей с добавкой триолов ( глицерина , триметилол-пропана), продукты полимеризации ε-капролактона.

Гидроксилсодержащий компонент определяет, в основном, комплекс физико-механических свойств полиуретанов.

Для удлинения и структурирования цепей применяются гидроксилсодержащие вещества (например, вода , гликоли, моноаллиловый эфир глицерина, касторовое масло ) и диамины (-4,4'-метилен-бис-(о-хлоранилин), фенилен-диамины). Эти агенты определяют молекулярную массу линейных полиуретанов, густоту вулканизационной сетки и строение поперечных химических связей, возможность образования доменных структур, то есть комплекс свойств полиуретанов и их назначение ( пенопласты , волокна, эластомеры и т. д.).

В качестве катализаторов для процесса уретанообразования используют третичные амины, хелатные соединения железа , меди , бериллия , ванадия , нафтенаты свинца и олова , октаноат и лауринат олова. При процессе циклотримеризации катализаторами являются неорганические основания и комплексы третичных аминов с эпоксидами.

Свойства

Механические свойства полиуретанов изменяются в очень широких пределах и зависят от природы и длины участков цепи между уретановыми группами, структуры цепей (линейная или сетчатая), молекулярной массы и степени кристалличности. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или являться твёрдыми веществами в аморфном или кристаллическом состоянии . Их свойства варьируют от высокоэластичных мягких резин ( твёрдость по Шору от 15 по шкале А ) до жёстких пластиков ( твёрдость по Шору 75 по шкале D) .

Полиуретан относится к конструкционным материалам (КМ), механические свойства полиуретана дают возможность использовать его в деталях машин и механизмов, подвергающихся силовым нагрузкам. К данному виду промышленных материалов предъявляются очень серьёзные требования с точки зрения сопротивляемости воздействию агрессивной внешней среды.

Физико-механические показатели различных типов полиуретана

Показатель полиуретана	НИЦ ПУ-5	СКУ-ПФЛ-100	ТСКУ-ФЭ-4	СКУ-ПФЛ-74	Ур-70 В	ПТГФ-1000	СУРЭЛ-20Ф	СКУ-ПФЛ-100М	Диафор-ТДИ	ЛУР-СТ	ТТ 129/194
Твёрдость по Шору, ед.	88—93	95— 98	40—90	88—92	70—80	95—98	93—97	95—100	86—88	75—85	80—100
Предел прочности при растяжении, кгс/см²	320—450	350—400	250—350	400—450	230—390	350—420	390—500	450—500	380—460	400—470	380—520
Относительное удлинение при разрыве, %	450—580	310—350	400—550	400—470	670—800	310—370	330—390	350—370	500—600	600—700	320—850
Сопротивление раздиру, кгс/см2	75—100	90—110	20—30	70—80	30—45	90—110	90—110	85—95	55—65	20—30	90—110
Условное напряжение при 100 % удлинении, кгс/см²	75—95	130—160	25—30	60—80	20—35	130—160	140—160	—	45—55	50—80	140—160
Относительное остаточное удлинение после разрыва, %	Не более10	Не более10	Не более10	Не более 8	Не более 15	Не более 10	Не более 8	Не более 10	Не более 10	Не более 10	Не более 10
Температурный диапазон, °С	50	70	80	70	80	80	80	80	80	50	50

Применение

Благодаря разнообразию механических свойств различных типов полиуретана он применяется практически во всех сферах промышленности для изготовления самых разнообразных уплотнений, эластичных форм для изготовления декоративных камней, защитных покрытий, лакокрасочных изделий, , герметиков , деталей маломощных машин (валов, роликов, пружин и т. п.), изоляторов, имплантатов и прочих изделий. Из полиуретана, благодаря его чрезвычайно высокой износостойкости, изготавливаются подошвы обуви, спортивные шины, защитные пленки для смартфонов, втулки и прокладки для фиксации абразивных камней в промышленности, причем в последнем случае полиуретановая втулка более долговечна, чем металлическая. Растворы полиуретана в органических растворителях — высокопрочные клеи. Из полиуретана изготавливают отбойники для автомобильных амортизаторов . Однако использование полиуретанов значительно ограничено температурным диапазоном применения (от −60 до +80 °С).

Также применяется во вспененном виде благодаря тому, что ряд реакций создания полиуретана сопровождается выделением газа (см. пенополиуретан ).

См. также

Примечания

Полиуретаны — статья из Большой советской энциклопедии .
(неопр.) . Дата обращения: 23 сентября 2009. 9 октября 2009 года.

Литература

[bse.sci-lib.com/article090938.html Статья «Полиуретаны» в Большой советской энциклопедии]
Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Карманный справочник. — М. : издательский дом «Додэка-XXI», 2004.
Глав. ред. В. А. Кабанов. Энциклопедия полимеров. — М. : « Советская энциклопедия », 1977. — Т. 3.
Райт П., Камминг А., Пер. с англ. под ред. док. хим. наук Н. П. Апухтиной. Л. Полиуретановые эластомеры. — «Химия», 1973.
Ю. С. Липатов, Ю. Ю. Керча, Л. М. Сергеева. Структура и свойства полиуретанов. — Киев: « Наукова думка », 1970.

[1] Полиуретаны — статья из Большой советской энциклопедии .

[2] (неопр.) . Дата обращения: 23 сентября 2009. 9 октября 2009 года.