XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Полиуретановые эластомеры

Полиуретановые (уретановые) эластомеры – это эластомеры, полученные на основе полиуретановых (уретановых) соединений или форполимеров. Данный класс эластомеров характеризуется особыми физико-механическими свойствами. Так в зависимости от вида соединения полиуретановые эластомеры могут быть сравнимы по твердости со сталью или же быть схожими по упругости с каучуком, а по износостойкости превосходить многие марки чугуна. Среди прочих характеристик полиуретановым эластомерам свойственна:

исключительная абразиво- и износостойкость,

стойкость к динамическим нагрузкам,

стойкость к радиации и световому излучению,

хорошие прочностные качества при сохранении эластичности,

стойкость к различным средам и маслам,

морозостойкость,

гидроизоляционные свойства,

способность к поглощению вибрации,

высочайшие показатели на раздир и разрыв,

диэлектрические свойства,

рабочий интервал температур от -50 до +120 °С.

Из недостатков можно выделить сложность вторичной переработки

Типы полиуретановых эластомеров

Выделяют следующие типы полиуретановых эластомеров:

Линейные полиуретаны. Являются результатом полиприсоединения алифатических гликолей(полиолов) и диизоцианатов без поперечного сшивания связей. Состоит из уретановых групп , соединенных короткими углеводородными связями .По свойствам схожи с полиамидами.

Литьевые полиуретаны. Являются результатом полимеризации высокомолекулярного полиола, диизоцианата и удлинителя цепи. Литьевые полиуретаны можно разделить на три основные группы : нестойкие преполимеры , стойкие преполимеры и системы получаемые в одну стадию. Этот тип эластомера нашел наибольшее практическое применение.

Вальцуемые полиуретаны. Получают при избытке диизоцианата для увеличения количества поперечных связей. Применяют для изготовления изделий на вальцах, где, исходя из геометрии конечного продукта, невозможно применить литьевую технологию переработки.

Термопластичные полиуретаны. По составу и свойствам схожи с литьевым типом полиуретанов, но за счет способности разрушения при нагреве поперечных связей и восстановления при понижении температуры их перерабатывают на оборудовании для термопластов (ТПА, экструдер, каландр и др.).

Ячеистые полиуретаны. Для создания пористой структуры вводится дополнительный вспенивающий агент, что существенно снижает плотность материала (от 20 до 600 кг/м³). По свойствам этот эластомерный материал отличается от традиционного пенополиуретана.

Напыляемые полиуретаны. Как правило, получают на основе литьевых полиуретановых эластомеров. Напыление сопровождается нагревом эластомера до высоких температур, ускорение отверждение обеспечивается за счет применения катализаторов.

Полиуретановые поромеры. Технология получения и сферы применения специфичны. В основном используется в качестве искусственной кожи.

Волокна спандекс. Эти волокна с длиной цепью содержат не менее 85% уретановых связей. Волокна прочнее и тоньше по сравнению с волокнами из натурального каучука. К тому же волокна спандекс легче окрашиваются.

Сырье для получения полиуретановых эластомеров

Сложные полиэфиры

К сложным полиэфирам наиболее широко использующимся в настоящее время относится полиэтиленадипинат , интерес также представляют смешанные полиэфиры типа полиэтиленпропиленадипината.

Сложные полиэфиры должны иметь гидроксильную концевую группу , поэтому обычно создают условия для взаимодействия избытка бифункционального гликоля в реакции с двухосновной кислотой

Простые полиэфиры

Из простых полиэфиров наибольший интерес представляют ППГ и ПТМГ

В обоих случаях процесс осуществляется методом аддиционной полимеризации мономерного эпоксида.

Диизоцианаты

Изоцианаты обычно получают фосгенированием аминов. Этот процесс осложняется высокой реакционной способностью изоцианата по отношению и к амину , и к кислоте , так что наряду с основной реакцией возможны несколько побочных :

Гликоли

Различные гликоли используются в производстве полиуретановых эластомеров как удленители цепи , наиболее широко используется — 1,4-бутиндиол. Этот материал входит как гликолевый компонент в сложные полиэфиры , применяемые в производстве полиуретанов .

Бутиндиол получают путем взаимодействия ацеилена и формальдегида

Диамины

Для производства полиуретановых эластомеров можно использовать различные диамины в настоящее время чаще всего используют мока.

Этот материал получают путем кондесации о-хлоранилина с формальдегидом в кислой среде :

Конденсацию начинают при низкой температуре затем постепенно доводят до температуры превышающую 80 С . После окончания реакции смесь подщелачивают , промывают водой , фильтруют , а за тем сушат .

Получение полиуретановых эластомеров

обычно полиуретаны получают поликонденсацией ди- или поли-изоцианатов с соединениями, содержащими активные атомы водорода, например двух- и трёхатомными спиртами. Этот процесс часто называют полимеризацией или полиприсоединением. Для синтеза Полиуретаны чаще всего используют 1,6-гексаметилендиизоцианат, 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианаты, метан, простые и сложные алифатические или ароматические полиэфиры, гликоли.

Образование полиуретанового полимера путём реакции между диизоцианатом и полиолом 

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

Применение полиуретановых эластомеров

Широкий набор свойств при большом интервале рабочих температур позволил найти полиуретановым эластомерам применение практически во всех сферах промышленности. В ряде случаев этот материал пришел на замену каучуков, традиционных термопластов или даже металлов. Перерабатываемость литьевыми методами позволяет получать изделия из полиуретановых эластомеров разнообразной геометрии и размеров, что не всегда возможно для резин и других материалов. Стоимость сырья и переработки не является низкой, что пока не дает выйти на объемы потребления каучуков и термопластов, но все же позволяет занять материалу весомую нишу на конкурентном рынке полимеров.

Так из полиуретановых эластомеров производят:

подшипники, вкладыши, направляющие втулки, уплотнения различного применения, что обусловлено исключительной износостойкостью и низким коэффициентом трения;

покрытия валов, крыльчаток, трубопроводов, насосов, циклонов, роторов, статоров и скребков в различных областях индустрии;

всевозможные штампы, матрицы и формы для изготовления деталей широкого назначения;

футеровочные листы  для защиты металла и других поверхностей от истирания и повреждения (футеровка из полиуретанового эластомера увеличивает срок эксплуатации металлических конструкций до 25 раз!);

элементы салона и корпусов автомобилей;

одежда из волокон спандекс и искусственной кожи, подошва для обуви;

гидроизоляционные покрытия;

фильтрующие элементы;

валки, ролики и ленты для всякого рода конвейерного оборудования;

колеса и шины разнопланового назначения;

демпфирующие и виброгасящие элементы.

По сравнению с эластичными и жесткими ППУ эластомеры относительно новый материал, поэтому сферы применения постоянно расширяются (за последние 10 лет потребление возросло в 5 раз).

Вторичная переработка полиуретановых эластомеров

Методы вторичной переработки продуктов из полиуретана включают процессы регенерации энергии, такие как сжигание и использование выделяемого тепла для производства электроэнергии. Другой способ заключается в механической переработке, включая измельчение и повторное использование отходов полиуретана в качестве наполнителя формованной продукции. Третий способ представляет собой химическое разделение полиуретана на его мономерные составляющие с последующим повторным использованием мономеров для производства новой полиуретановой продукции.

Заключение

Без резины и аналогичных эластических материалов невозможно представить большинство сфер нашей деятельности.

Стремительное расширение областей использования эластомеров приводит к максимально быстрой разработке новых материалов и развивает науку о полимеризации материалов.

Код для цитирования: Скопировать