Полиуретанови материали

' w /> Полиуретанови материали

Описание на работата:

Вид на работата: резюме Резюме.

Работен текст:

Модификацията на полиуретана е обещаващ начин за промяна на първоначалните свойства на полимерния материал. Химическата модификация има редица предимства, така че се използва все по-често. В тази работа проучихме възможността за синтезиране на полиуретани с частична или пълна замяна на удължителя на индустриалната верига диаминопропан с фосполиол, получен чрез оксипропилиране на 1-хидроксиетилендиенфосфонова киселина. Синтезираните полиуретани са подложени на физически и химични въздействия, като е изследвано и влиянието на повишените температури върху свойствата им. Избрана е концентрацията на фосполиол, при която полиуретанът се характеризира с оптимални свойства. Брой използвани източници -, таблици -, графики -.

Списък на конвенциите.

PU - полиуретан; FP - фосполиол; DMF - деметилформамид; PTMEG - политетраметилен етер гликол; DMI - дифинилметан -4,4-диизоцианат; FOS - органофосфорни съединения; IIM - междумолекулни взаимодействия; PEA - полиетилен гликол адипат; TDI - 2,4-толуен диизоцианат; FTES - фенил етоксисилан.

Въведение. Полиуретановите материали са широко използвани полимери в националната икономика. Характеризират се с комплекс от ценни експлоатационни свойства, а именно висока якост, високо относително удължение, устойчивост на хидролитично действие и устойчивост нанякои видове агресивни среди. Въпреки това, основният недостатък на полиуретановите материали е тяхната ниска устойчивост на термично и термоокислително разграждане, освен това полиуретаните са горими полимери, техният кислороден индекс е 17-19%. Следователно повишаването на устойчивостта на полиуретаните към високи температури и открит пламък е спешна задача. Намаляването на въздействието на този недостатък върху работата на полимерите по време на тяхната работа се извършва чрез модификация. Има няколко начина за промяна. Модифицирането може да бъде физическо и се извършва чрез запълване на полимерния материал с различни видове продукти без образуване на химични връзки или химически. В този случай съществуват химически връзки между полимерната матрица и модифициращото съединение. От своя страна химическата модификация може да се извърши на различни етапи от производството и обработката на полимери. По този начин има реална възможност за вариране на свойствата на полимерния материал в широк диапазон, както и за получаване на полимер с набор от желани свойства. В момента се извършва активна работа в областта на получаването на модифицирани полимерни материали, включително полиуретан, които запазват първоначалните си свойства и се характеризират с допълнителни, по-специално, те имат повишена термична стабилност. Целта на нашата работа е да изследваме модификацията на полиуретановия материал на етапа на синтез и да повишим неговата термична и огнеустойчивост.

1. Литературен преглед. 1.1. Общи положения.

Полиуретаните са един от новите видове полимерни материали с голямо индустриално значение. Полиуретаните са високомолекулни съединения, съдържащи значително количество уретангрупи, независимо от структурата на останалите молекули. Обикновено тези полимери се получават чрез взаимодействие на полиизоцианати с вещества, имащи няколко хидроксилни групи, като гликоли. Такива вещества могат да съдържат и други реактивни групи, по-специално амино и карбоксилни групи. Следователно в полиуретаните, в допълнение към уретановите групи, могат да бъдат намерени амидни, етерни (прости и сложни) групи, както и ароматни и алифатни радикали. Тези полимери понякога се наричат "полиуретани", понякога "изоцианатни полимери". Уретанът може да се разглежда като нестабилен естер на карбамова киселина или като амиден естер на въглеродна киселина.

уретанова група, която има структурата

Тези, които не са запознати с този клон на полимерната химия, могат да предположат, че изходният мономер при синтеза на полиуретани е H2NCOOC2H5 етикарбамат, който отдавна е известен под името "уретан". Всъщност от това съединение не се получават полиуретани и този етер не може да бъде изолиран по време на тяхното разрушаване и хидролиза. Следователно токсичните свойства на етил карбамата не могат да бъдат приписани на полиуретаните. Полиуретаните могат да бъдат синтезирани по различни начини, но най-разпространената индустрия е да се произвеждат чрез взаимодействие на ди- или полиизоцианати със съединения, съдържащи 2 или повече хидроксилни групи на молекула, като OH-терминирани полиетери и полиестери. Линеен полиуретан, синтезиран от съединения с две ОН групи HOROH и диизоцианат OCNR^NCO има следната структура:

Чрез увеличаване на броя на функционалните групи в молекулите на единия или двата компонента до три или повече се получават разклонени или омрежени полимери. Структурата и свойствата на полиуретаните могат да се променят в широк диапазон чрез избор на подходящиизходни материали. Те са сред малкото полимери, в които броят на напречните връзки, гъвкавостта на полимерните молекули и естеството на междумолекулните взаимодействия могат да бъдат насочени. Това дава възможност за получаване на голямо разнообразие от материали от полиуретани - синтетични влакна, твърди и меки еластомери, твърди и еластични пени, различни термореактивни покрития и пластмаси.

1.2. Изследване на уретанови еластомери.

Уретановите еластомери обикновено се приготвят от дълговерижни диоли (напр. линейни полиетери или полиестери с молекулно тегло от 1000 до 2000), диизоцианати и "удължители на веригата" с ниско молекулно тегло (гликол или диамин). Въпреки че се използват различни методи за получаване на полиуретани, преполимерният метод е най-удобен. На първия етап диолът реагира с излишък от диизоцианат: R(NCO)2+H-…-…OH ? OCN-R-NHCOO-…OCNH-R-NCO

Такъв реакционен продукт се нарича преполимер; има ниско молекулно тегло и е или течност, или твърдо вещество с ниска точка на топене. Тъй като съдържа крайни изоцианатни групи, той може да влезе във всички реакции, присъщи на изоцианатите. Във втория етап към преполимера се добавя гликол с ниско молекулно тегло или диамин. Съотношението на реагентите е избрано така, че да има лек излишък на изоцианатни групи в сместа: (n + 1)OCN-R-NHCOO-…OCONH-R-NCO+n HO-R-OH OCN[RNHCOO?…OCONHRNH-COOR-OCONH]n RNHCOO…OCONHRNCO часове или дори дни, в зависимост от избраната система и температура. Възможно е на този последен етап (втвърдяване) да настъпи взаимодействието на крайните изионатни групи с активните атоми.водородна верига, например, с водорода на уретановите групи, което води до образуването на алофонатни разклонени възли: …-R-NHCOO-…-OCONH-R-NHCOO-R-OCONH-R-…+…-R-NCO всички връзки могат да се контролират чрез промяна на съотношението на изоцианатните групи към общия брой на активните водородни атоми. За да се получи омрежен полимер, това съотношение трябва да бъде по-голямо от 1. Горната схема за производство на омрежен полиуретанов еластомер е приложима главно в случай на некатализирани реакции. Под въздействието на подходящ катализатор някои от тези реакции могат да се ускорят. Очевидно е, че получените полимери могат да имат различна структура в зависимост от структурата и молекулното тегло на диола и съотношението на реагентите. Уретановите еластомери могат да се считат за блок кополимери, в които размерът и структурата на всеки блок могат да варират в широк диапазон. Следователно конвенционалният еластомер се състои от естерна или етерна единица, остатък от ароматен диизоцианат, уретанова група, остатък от гликол с ниско молекулно тегло („разширител“) и алофанатна връзка. Така този полимер съдържа умерено гъвкави, дълги, линейни полиестерни сегменти и относително твърди сегменти (главно ароматни и уретанови групи). Разклоненията могат да възникнат само по тези твърди сегменти (ако полиестерът или полиетерът е линеен). Броят на точките на разклоняване и средната дължина на такъв твърд ароматен уретанов сегмент могат да варират [1].

1.3. Модификация на полиуретана за намаляване на запалимостта.

C4H9P(CH2CH2OSi(CH3)3)2 0.9062 1.4413 67.1 C2H5P(CH CH3)2 O OH3 1.2709 1.5448 40.4 OP(CH2OCNHC6H5)3 O -- 96.7 ОH(CH2CH2СOOCH3)3 1.2501 1.4845 54.5 P(CHCH3)3 OH 1.2344 1.5460 86 CH2CH3P CH2 CH2 - - 22.4 CH2CH3P Si(CH3)2 O CH2 1.0540 1.4802 4 9.5

2. Получени резултати и тяхното обсъждане. Полиуретановите еластомери се използват широко в инженерството, включително композитни слоести материали на тяхна основа, които имат ограничена горимост [27]. Понастоящем един от най-разпространените начини за намаляване на запалимостта на полиуретаните е въвеждането в техния състав на забавители на горенето, сред които често се използват фосфорсъдържащи полиоли [28–31]. Проблемите, които възникват при използването на такива полиоли, обикновено са свързани с тяхната ниска съвместимост с изходните мономери и разтвори при условия на хомогенен синтез на полиуретани, а полученият полимер често няма очакваните свойства. В тази работа е изследван метод за намаляване на запалимостта на полиуретаните в резултат на регулиране на състава на макромолекулата чрез промяна на съотношението на изходните вещества. В хода на синтеза като антипиретичен модификатор се използва химически активна добавка фосполиол (III, виж Схема 1), получена чрез оксипропилиране на 1-хидроксиетилиден дифосфонова киселина. Предимството на фосполиола е възможността за неговия синтез на базата на налични в търговската мрежа съединения по технологичния метод, описан в [32]. Синтезът на полиуретан се извършва в присъствието на разтворител (диметилформамид), при температура 1150°С в продължение на 1,5 часа във въздушна атмосфера при моларно съотношение на реагентите фосполиол (диол): диизоцианат - 1,4; диол-етилен гликол (II), диизоцианат-дифенилметан - 4,4 - диизоцианат (I). Реакцията вероятно протича едновременно в три посоки:

Ходът на реакцията се проследява с рефрактометричен метод чрез промяна на индекса на пречупване на реакциятамаси. Стойността на P20D, която е постоянна за три часа, се приема като крайна стойност, при която реакцията се счита за завършена. Експерименталните данни са показани на фиг. 1 показват, че по отношение на реактивността полиуретаните с различни степени на модификация по отношение на реактивността са подредени в ред: 0,75