Structura poliuretanului, proprietăți, producție, aplicare


Poliuretani, polimeri heterocicli sintetici. Poliuretanii pot fi foarte diferiți unul de celălalt în structura lanțului, natura chimică și proprietățile lor, dar sunt uniți prin prezența în lanțul principal a macromoleculei grupurilor uretan -NHCOO-.







Numărul de grupări uretanice depinde de greutatea moleculară a poliuretanului specifice și rapoartele componentelor care încep în timpul sintezei sale. În funcție de natura acesteia din urmă în macromolecule poliuretani pot conține alte grupări funcționale: eter și ester (polyetherurethane), uree (polyurethaneurea) izocianurat (poliuretanizotsianuraty) amidă (poliamidouretany), legături duble (polidienuretany), care, împreună cu este determinat gruparea uretan complex de proprietăți ale polimerilor. Prin creșterea numărului de grupe funcționale în moleculele unuia sau ambelor componente pentru a obține trei polimeri sau mai ramificate sau reticulate.

Structura și proprietățile poliuretanelor pot fi variate într-o gamă largă prin selectarea materiilor prime adecvate. Acestea se numără printre puțini polimeri care pot fi reglementați în mod intenționat prin numărul de legături încrucișate, flexibilitatea moleculelor polimerice și natura interacțiunilor intermoleculare. Acest lucru face posibilă obținerea din poliuretan a materialelor cele mai diverse, a fibrelor sintetice, a elastomerilor tari și moi, a spumelor rigide și elastice, a diferitelor straturi termoizolante și a materialelor plastice.

Denumirea obișnuită de poliuretan pe piața ucraineană este PU sau PU. Dar se pot întâlni altă denumire: PUR (poliuretan), TPE-U sau TPU sau TPUR sau uretan TP (poliuretan termoplastic), RTPU (poliuretan termoplastic rigid) spumă - spumă poliuretanică.

În general, structura poliuretanelor este determinată de interacțiunile intermoleculare din material: hidrogen, legături ionice; dipol-dipol, interacțiuni van der Waals.
În formarea legăturilor de hidrogen, donatorii de proton sunt atomi de hidrogen ai grupărilor uretanice. În cazul ureei poliuretanice și a poliamidouretanelor, atomii de hidrogen ai grupelor funcționale corespunzătoare.
Acceptorii de protoni sunt carbonilii acestor grupări. Sau grupări de carbonil ester în cazul polieteretanelor. Sau legăturile eterice în cazul poliuretanilor derivați din polioxialchilen glicoli.
Uretanic, uree și alte grupuri prezente în structura de poliuretan, de asemenea, implicate în interacțiunile dipol-dipol. Ca urmare, existența unei interacțiuni intermoleculare specifice forțelor în structura poliuretani având asociati (formarea de domeniu) este termodinamic incompatibilă cu masa principalele lanțuri de polimeri, dar înrudiți chimic. Din cauza acestei incompatibilități, separarea microfazei (microsegregarea) are loc la nivelul supramolecular. În această fază, asociații formate, este un fel de întărire „umplutură activă“ în poliuretani. În special, aceasta explică posibilitatea obținerii de materiale pe bază de poliuretani cu proprietăți structurale ridicate (rezistență, duritate, rezistență la rupere), fără introducerea materialelor de umplutură active.
În cazul ureei poliuretanice, domenii de formare ciclică. În așa-numitele poliuretani segmentate (blokpoliuretanah) sintetizați din prepolimeri de izocianat în prepararea care raportul dintre grupele izocianat și hidroxil este mai mare de două, și o cantitate echimolară dintr-un diol cu ​​greutate moleculară mică ca agent de prelungire a catenei, structura domeniului format datorită concentrației ridicate de grupări uretanice de blocuri adiacente. Ionomerilor așa numitele poliuretani cationici, structura de domeniu, sunt formate sub forma unor compuși de amoniu cuaternar.

Toate interacțiunile intermoleculare joacă, de asemenea, rolul de legături încrucișate fizice în poliuretan. Efectele de amplificare datorate prezenței structurilor de domeniu se manifestă numai în agregat:
1) un caracter nespecific al interacțiunilor, de exemplu, cu apariția de cristalinitate folosind diizocianați alifatici cristalizabili și dioli pentru a obține poliuretani de fibre și anumiți elastomeri termoplastici;
2) cu interacțiune puternică de coeziune a diolilor aromatici folosind poliesteri aromatici și dioli pentru a produce elastomeri termoplastici;
3) cu prezența legăturilor chimice încrucișate în poliuretanii de injecție, spume, elastomeri, adezivi și vopsele de vopsea.

interacțiuni intermoleculare puternice determină spațială poliuretani grilă specificitate: fiind format numai în fizic reticulate termoplastic elastomeri, materiale plastice și fibre, asigură proprietăți kvazisetchatyh materiale: rezistență ridicată la temperatura camerei, duritate, și așa mai departe. Pentru a obține caracteristici de înaltă rezistență din poliuretan neumplut, poate funcționa la temperaturi ridicate, trebuie să se amestece grila spațială a fizice și chimice reticulare. Iar numărul celor din urmă ar trebui să fie mic. In caz contrar, legăturile chimice vor împiedica conformația lanțului de liber de poliuretani și, în consecință, punerea în aplicare a forțelor de interacțiuni intermoleculare.






Prezența interacțiunilor intermoleculare determină, de asemenea, caracteristicile comportamentului de relaxare al poliuretanelor. Pe de o parte, aceasta este o reducere semnificativă a performanței mecanice la sarcini multiple, datorită distrugerii parțiale a legăturilor fizice, inclusiv sub influența temperaturilor în curs de dezvoltare. Pe de altă parte, caracterul de echilibru al legăturilor fizice labile, capacitatea lor de redistribuire și restabilire după îndepărtarea încărcăturii și relaxarea. Acest lucru explică regenerarea proprietăților poliuretanelor, ceea ce este evident în special în cazul spumelor.

proprietăţi
Proprietățile poliuretanelor variază în limite foarte largi. Ele depind de natura și de lanț lungimea porțiunilor între grupele uretanice, a structurii liniare a materialului sau a ochiurilor de plasă, greutatea moleculară, gradul de cristalinitate. Poliuretanii pot fi materiale solide sau lichide vâscoase cristalini sau amorfi, dintre care rigiditatea se extinde din duritatea elastomeric moale din cauciuc elastic din plastic dur: Duritate Shore de 15 pe o scală până la 60 pe scara D.
Cel mai mare interes practic sunt elastomerilor poliuretanici care sunt caracterizate prin valori ridicate de rezistență și rezistență la rupere, proprietăți dielectrice bune, rezistență la uzură, rezistența la umflarea într-o varietate de uleiuri și solvenți, precum ozon și rezistente la radiații. Sunt rezistente la apă, prezintă o rezistență ridicată la microorganisme și mucegai. Conform unor proprietăți fizice și mecanice ale poliuretani sunt superioare, nu numai toate tipurile de cauciuc și cauciuc, dar și metale.
Poliuretanul conferă produselor o serie de proprietăți utile, care nu pot fi atinse de cauciucurile obișnuite.
În primul rând, aceasta este o valoare crescută a durității, ceea ce face posibilă utilizarea poliuretanului pentru produsele care lucrează în sarcini mecanice deosebit de puternice, de exemplu pentru laminarea la rece sau îndoirea oțelului.
În al doilea rând, rezistență la uzură fără rezistență și rezistență la abraziune. Turnarea poliuretanelor este superioară cauciucului, materialelor plastice și metalelor în rezistența lor abrazivă de mai multe ori.
În al treilea rând, cu duritate mărită, poliuretanul păstrează o elasticitate ridicată: limita de presiune la rupere nu este de obicei mai mică de 350%. Aceasta oferă o valoare foarte puternică a rezistenței: până la 50 MPa.
În condiții de încărcare dinamică constantă, limita superioară a temperaturii de funcționare a poliuretanelor este de 120 ° C. Temperaturile scăzute nu au un efect semnificativ asupra proprietăților elastomerilor poliuretanici până la -70 ° C.
Tehnologia de turnare pentru formarea pieselor din poliuretan vă permite să produceți produse de aproape orice formă și dimensiune, care nu sunt disponibile pentru formarea produselor din cauciuc. Costul ridicat al produselor din cauciuc permite poliuretanilor să concureze cu cauciucul și în termeni de preț.
elastomerilor au o rezistență la uleiuri și solvenți și este potrivit pentru utilizarea cu uleiurile lubrifiante din petrol și derivații săi, dar funcționarea de fabricare a poliuretani arată că acestea sunt distruse foarte repede atunci când sunt expuse la acetonă, compuși de acid azotic care conțin un procent mare de clor (acid clorhidric, clor lichid), formaldehidă, acid formic și acid fosforic, terebentină, toluen.
Dezavantajele includ poliuretani și rezistență scăzută la temperaturi ridicate la alcalii, acumularea de deformări reziduale în condiții de stres prelungit, dependență puternică a proprietăților fizice și mecanice asupra diferențialele de temperatură.

Primenenie
Poliuretanele sunt prelucrate aproape toate metodele tehnologice existente: extrudare, presare, turnare, turnare pe echipamente standard. În baza acestora, de a primi toate tipurile cunoscute de materiale și produse polimerice: umplute, armat, spumat, laminate, foaie, sub formă de plăci, blocuri, profile, panouri, fibre, filme. Produsele din poliuretan pot fi transparente sau colorate într-o varietate de culori.
Cele mai utilizate pe scară largă în industrie au fost elastomerii poliuretanici turnați prin injecție, dintre care se fabrică atât produse de dimensiuni mari, cât și produse de dimensiuni medii:
anvelopele masive pentru transportul în interiorul instalațiilor, a căror fiabilitate este de 6-7 ori mai mare decât cea a pneurilor din cauciuc de hidrocarburi;
detalii cu privire la dispozitivele de transport al nămolului abraziv, a instalațiilor de flotație, a hidrociclonelor și a conductelor utilizate în industria minieră;
curele de transmisie în mașinile de țesut;
benzi transportoare;
diverse detalii de etanșare;
detalii de mașini, role pentru industria textilă și hârtie;
etanșarea dispozitivelor hidraulice și a amortizoarelor de șocuri ulei-pneumatice ale transportului feroviar.
poliuretani turnate sunt utilizate pentru fabricarea de piese de transport intern, diferite arbori, roți dințate și alte produse pentru industria constructoare de mașini, industria minieră, industria aerospațială, auto, petrol și gaze, construcții, imprimare și alte industrii. Un interes deosebit este utilizarea poliuretanelor turnate prin injecție în fabricarea pieselor rezistente la vibrații și a elementelor de etanșare.
În industria automobilelor, elastomerii termoplastici poliuretanici sunt utilizați pe scară largă pentru fabricarea rulmenților de direcție, a elementelor de suspensie față, a garniturilor de direcție, a garniturilor auto-lubrifiante, a supapelor rezistente la combustibil, a pieselor rezistente la ulei.
În industria încălțămintei, acestea sunt realizate din tălpi rezistente la uzură și sunt, de asemenea, folosite ca piele artificială.
Poliuretanii sunt de asemenea utilizați ca lianți pentru producția de PAL, beton polimeric, spumă, lemn imitat, adezivi și acoperiri eficiente în construcții și inginerie, precum și adezivi și proteze medicale. Datorită proprietăților sale valoroase, utilizarea poliuretanului este avantajoasă din punct de vedere economic într-o gamă largă de industrii, inclusiv în fabricarea elementelor de susținere, a inelelor de etanșare, a acoperirilor de role, a roților și a rolelor
Elastomerii uretanici, ca materiale structurale, nu numai că înlocuiesc metalele, dar uneori le depășesc în termeni de performanță datorită unei combinații unice de caracteristici fizice și mecanice. Cu toate acestea, dacă vă uitați la raportul monetar al producției industriale de diferite tipuri de poliuretani, atunci 90% din volumul vânzărilor lor se încadrează pe piața spumelor poliuretanice.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: