Fandrosoan'ny fikarohana momba ny Polyurethane tsy Isocyanate
Hatramin'ny nampidirana azy tamin'ny 1937, ny akora polyurethane (PU) dia efa nampiasaina betsaka tamin'ny sehatra maro samihafa, anisan'izany ny fitaterana, ny fanorenana, ny petrochemicals, ny lamba, ny injeniera mekanika sy elektrika, ny aerospace, ny fahasalamana ary ny fambolena. Ireo akora ireo dia ampiasaina amin'ny endrika toy ny plastika foam, fibre, elastomers, akora tsy tantera-drano, hoditra sentetika, coatings, lakaoly, fitaovana paving ary kojakoja ara-pitsaboana. Ny PU nentim-paharazana dia vita avy amin'ny isocyanates roa na maromaro miaraka amin'ny polyols macromolecular sy ny mpanitatra rojo molekiola kely. Na izany aza, ny poizina ao amin'ny isocyanates dia miteraka risika lehibe ho an'ny fahasalaman'ny olombelona sy ny tontolo iainana; ankoatra izany, dia matetika izy ireo dia avy amin'ny phosgene - precursor tena misy poizina - sy ny akora manta amine mifandraika amin'izany.
Noho ny fikatsahan'ny indostrian'ny simika ankehitriny ny fomba fampandrosoana maitso sy maharitra, dia mifantoka hatrany amin'ny fanoloana ny isocyanates amin'ny loharanon-karena tsy manimba ny tontolo iainana ireo mpikaroka sady mikaroka fomba fanamboarana vaovao ho an'ny polyurethanes tsy isocyanate (NIPU). Ity lahatsoratra ity dia mampiditra ny lalan'ny fanomanana ny NIPU sady mandinika ny fandrosoana amin'ny karazana NIPU isan-karazany ary miresaka momba ny hoavin'izy ireo mba hanomezana referansa ho an'ny fikarohana fanampiny.
1 Famoronana Polyurethane tsy Isocyanate
Ny fanamboarana voalohany ny karbamate misy lanja molekiola ambany mampiasa karbaonaty monosiklika miaraka amin'ny diamine alifatika dia nitranga tany ivelany tamin'ny taona 1950—manamarika fotoana lehibe ho an'ny fanamboarana polyurethane tsy isocyanate. Amin'izao fotoana izao dia misy fomba fiasa roa lehibe amin'ny famokarana NIPU: Ny voalohany dia misy fihetsika fanampiana tsikelikely eo amin'ny karbaonaty siklika binary sy amine binary; ny faharoa dia misy fihetsika polycondensation izay misy diurethane intermediates miaraka amin'ny diols izay manamora ny fifanakalozana ara-drafitra ao anatin'ny karbaonaty. Ny diamarboxylate intermediates dia azo amin'ny alàlan'ny karbaonaty siklika na dimethyl carbonate (DMC); amin'ny ankapobeny ny fomba rehetra dia mihetsika amin'ny alàlan'ny vondrona asidra karbonika ka miteraka fiasa karbaonaty.
Ireto fizarana manaraka ireto dia manazava fomba telo miavaka amin'ny fanamboarana polyurethane tsy mampiasa isocyanate.
1.1 Lalan'ny Karbonata Siklika Binary
Azo amboarina amin'ny alalan'ny fanampiana tsikelikely ny NIPU izay ahitana karbônaty siklika binary miaraka amin'ny amine binary araka ny aseho amin'ny Sary 1.
Noho ny fisian'ny vondrona hydroxyl maromaro ao anatin'ireo singa miverimberina manaraka ny rafitra rojo lehibe, ity fomba ity dia mazàna mamokatra izay antsoina hoe polyβ-hydroxyl polyurethane (PHU). Leitsch et al., dia namorona andiana PHU polyether mampiasa polyethers misy faran'ny cyclic carbonate miaraka amin'ny amines binary miampy molekiola kely avy amin'ny carbonates binary cyclic—mampitaha ireo amin'ny fomba nentim-paharazana ampiasaina amin'ny fanomanana ny polyether PU. Ny zavatra hitan'izy ireo dia nanondro fa ny vondrona hydroxyl ao anatin'ny PHU dia mamorona fatorana hidrôzenina miaraka amin'ny atôma azota/oksizenina hita ao anatin'ny ampahany malefaka/mafy; ny fiovaovan'ny ampahany malefaka koa dia misy fiantraikany amin'ny fitondran-tenan'ny fatorana hidrôzenina ary koa ny ambaratongan'ny fisarahana microphase izay misy fiantraikany amin'ny toetran'ny fahombiazana amin'ny ankapobeny.
Matetika atao ambanin'ny mari-pana mihoatra ny 100 °C ity fomba ity dia tsy miteraka vokatra azo avy amin'izany mandritra ny fizotran'ny fihetsehana ka mahatonga azy ho tsy dia mora tohina amin'ny hamandoana sady mamokatra vokatra marin-toerana tsy misy olana amin'ny fiovaovan'ny loko, saingy mitaky solvent organika miavaka amin'ny polarity matanjaka toy ny dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), sns. Fanampin'izany, ny fotoana fihetsehana lava eo anelanelan'ny iray andro ka hatramin'ny dimy andro dia matetika miteraka lanja molekiola ambany kokoa izay matetika tsy mahatratra ny fetrany manodidina ny 30k g/mol ka mahatonga ny famokarana amin'ny ambaratonga lehibe ho sarotra noho ny vidiny avo lenta mifandraika amin'izany miaraka amin'ny tsy fahampian'ny tanjaka asehon'ny PHU vokarina na dia eo aza ny fampiharana mampanantena izay mivelatra amin'ny sehatry ny fitaovana fanalefahana, endrika, fahatsiarovana, raikipohy adhesive, vahaolana coating, foam sns.
1.2 Lalan'ny Karbonata Monosilika
Ny karbonaty monosilika dia mihetsika mivantana amin'ny diamine ka miteraka dicarbamate manana vondrona farany hydroxyl izay avy eo dia mandalo fifandraisana transesterification/polycondensation manokana miaraka amin'ny diols ka miteraka NIPU mitovy amin'ny rafitra nentim-paharazana aseho amin'ny alalan'ny Sary 2.
Ireo karazana monocylic ampiasaina matetika dia ahitana substrates misy etilena sy propylene carbonated izay nampiasan'ny ekipan'i Zhao Jingbo ao amin'ny Oniversiten'ny Teknolojia Simika ao Beijing diamines isan-karazany mba hanoherana ireo singa cyclical ireo tamin'ny voalohany ka nahazo mpanelanelana dicarbamate ara-drafitra isan-karazany alohan'ny handrosoana amin'ny dingana condensation amin'ny fampiasana polytetrahydrofuranediol/polyether-diols izay niafara tamin'ny famokarana vokatra tsirairay avy izay mampiseho toetra mafana/mekanika mahavariana mahatratra teboka fandrendrehana miakatra manodidina ny elanelana miitatra eo amin'ny 125 ~ 161 °C ny tanjaky ny tensile ary mahatratra ny fara tampony akaikin'ny 24MPa ny tahan'ny elongation akaikin'ny 1476%. Wang et al., dia nampiasa fitambarana mitovy amin'izany izay ahitana DMC ampiarahina amin'ny hexamethylenediamine/cyclocarbonated precursors izay mamolavola hydroxy-terminated derivatives izay taty aoriana dia nampiharina asidra dibasic biobased toy ny oxalic/sebacic/asidra adipic-acid-terephtalics izay nahatratra ny vokatra farany izay mampiseho elanelana misy 13k ~ 28k g/mol ny tanjaky ny tensile miovaova 9 ~ 17 MPa ny elongation miovaova 35% ~ 235%.
Miasa tsara ireo estera cyclocarbonika nefa tsy mila katalista amin'ny toe-javatra mahazatra, mitazona ny mari-pana eo amin'ny 80°C ka hatramin'ny 120°C eo ho eo, ny transesterification manaraka dia matetika mampiasa rafitra katalitika mifototra amin'ny organotin izay miantoka ny fanodinana tsara indrindra tsy mihoatra ny 200°. Ankoatra ny ezaka condensation fotsiny izay mikendry ny fidirana diolika izay afaka manao polymerization/deglycolysis ho azy, dia manamora ny famokarana vokatra irina, ka mahatonga ny fomba fiasa ho sariaka amin'ny tontolo iainana, izay mamokatra methanol/molekiola kely-diolika, ka manolotra safidy indostrialy azo ampiharina amin'ny ho avy.
1.3 Lalan'ny Dimethyl Carbonate
Ny DMC dia maneho safidy ara-tontolo iainana/tsy misy poizina izay ahitana singa miasa mavitrika maro ao anatin'izany ny firafitry ny methyl/methoxy/carbonyl izay mampitombo ny mombamomba ny fihetsika izay ahafahana mifandray voalohany amin'ny alalan'ny fifandraisana mivantana amin'ny diamines amin'ny alalan'ny famoronana mpanelanelana kely kokoa amin'ny methyl-carbamate izay arahin'ny fihetsika miempo miaraka amin'ny singa fanampiny misy diolika mpanitatra rojo kely/polyol lehibe kokoa izay mitarika amin'ny fipoiran'ny rafitra polymer tadiavina aseho araka izany amin'ny alalan'ny Sary 3.
Deepa et.al dia nanararaotra ireo dinamika voalaza etsy ambony ireo tamin'ny fampiasana ny catalysis sodium methoxide izay nandamina ireo fiforonan-javatra isan-karazany avy eo dia nampifandraisina tamin'ny fanitarana nokendrena izay niafara tamin'ny firafitra mitovy amin'ny fizarana mafy izay nahatratra lanja molekiola eo amin'ny (3 ~20)x10^3g/mol ny mari-pana tetezamita fitaratra (-30 ~120°C). Pan Dongdong dia nifidy fampiarahana stratejika misy DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols izay nahatratra vokatra miavaka izay naneho metrika tensile-strength oscillating 10-15MPa elongation ratios manakaiky ny 1000%-1400%. Ny fikarohana momba ny fiantraikan'ny fanitarana rojo samihafa dia naneho ny safidy tsara indrindra amin'ny fampifanarahana ny safidy butanediol/hexanediol rehefa mitazona fitoviana ny fitoviana amin'ny laharan'ny atomika izay mampiroborobo ny fanatsarana ny kristaly voalamina hita manerana ny rojo. Ny vondrona Sarazin dia nanomana composites mampiditra lignin/DMC miaraka amin'ny hexahydroxyamine izay mampiseho toetra mekanika mahafa-po aorian'ny fanodinana amin'ny 230 ℃. Ny fikarohana fanampiny dia mikendry ny hahazoana tsy isocyante-polyureas mampiasa ny fifandraisana diazomonomer izay niandrandra ny fampiharana loko mety hipoitra tombony azo ampitahaina amin'ny vinyl-carbonaceous izay manasongadina ny fahombiazan'ny vidiny/lalana midadasika kokoa azo ampiasaina. Ny fahazotoana momba ny fomba fiasa namboarina betsaka dia matetika mitaky tontolo iainana avo lenta/vacuum izay mandà ny filàna solvent ka mampihena ny reniranon'ny fako izay voafetra indrindra amin'ny methanol/molekiola kely-diolic effluents izay mametraka paradigm syntheses maitso kokoa amin'ny ankapobeny.
Ampahany malefaka 2 samihafa amin'ny polyurethane tsy isocyanate
2.1 Polyetera polyurethane
Ny polyether polyurethane (PEU) dia ampiasaina betsaka noho ny angovon'ny fifikirany ambany amin'ny fatorana ether ao anaty singa miverimberina malefaka, ny mora mihodina, ny fahafaha-milefitra tsara amin'ny mari-pana ambany ary ny fanoherana ny hydrolysis.
Nanao siantifika polyether polyurethane tamin'ny DMC, polyethylene glycol ary butanediol ho akora fototra i Kebir et al., saingy ambany ny lanjan'ny molekiola (7 500 ~ 14 800g/mol), latsaky ny 0℃ ny Tg, ary ambany ihany koa ny teboka fandrendrehana (38 ~ 48℃), ary sarotra ny mamaly ny filàna fampiasana ny tanjaka sy ny mari-pamantarana hafa. Nampiasa etilena karbonata, 1, 6-hexanediamine ary polyethylene glycol ny vondrona mpikaroka an'i Zhao Jingbo mba hanambatra ny PEU, izay manana lanjan'ny molekiola 31 000g/mol, tanjaka tensile 5 ~ 24MPa, ary elongation amin'ny fahatapahana 0.9% ~ 1 388%. Ny lanjan'ny molekiolan'ny andian-polyurethane manitra namboarina dia 17 300 ~ 21 000g/mol, ny Tg dia -19 ~ 10℃, ny teboka fandrendrehana dia 102 ~ 110℃, ny tanjaky ny tensile dia 12 ~ 38MPa, ary ny tahan'ny famerenana amin'ny laoniny ny elastika 200% dia 69% ~ 89%.
Ny vondrona mpikaroka Zheng Liuchun sy Li Chuncheng dia nanomana ny 1, 6-hexamethylenediamine (BHC) antonony miaraka amin'ny dimethyl carbonate sy 1, 6-hexamethylenediamine, ary polycondensation miaraka amin'ny molekiola kely samihafa diols rojo mahitsy sy polytetrahydrofuranediols (Mn=2 000). Nomanina ny andiana polyurethanes polyether (NIPEU) miaraka amin'ny lalana tsy isocyanate, ary voavaha ny olana momba ny fifandraisana amin'ny mpanelanelana mandritra ny fihetsika. Noharina ny rafitra sy ny toetran'ny polyurethane polyether nentim-paharazana (HDIPU) nomanin'ny NIPEU sy ny 1, 6-hexamethylene diisocyanate, araka ny aseho amin'ny Tabilao 1.
| Santionany | Ampahany amin'ny lanjan'ny ampahany mafy/% | Lanja molekiola/(g)·mol^(-1)) | Tondro fizarana lanja molekiola | Tanjaky ny fihenjanana/MPa | Fanalavana amin'ny fiatoana/% |
| NIPEU30 | 30 | 74000 | 1.9 | 12.5 | 1250 |
| NIPEU40 | 40 | 66000 | 2.2 | 8.0 | 550 |
| HDIPU30 | 30 | 46000 | 1.9 | 31.3 | 1440 |
| HDIPU40 | 40 | 54000 | 2.0 | 25.8 | 1360 |
Tabilao 1
Ny valiny ao amin'ny Tabilao 1 dia mampiseho fa ny fahasamihafan'ny firafitry ny NIPEU sy ny HDIPU dia vokatry ny ampahany mafy indrindra. Ny vondrona urea novokarin'ny fihetsiky ny NIPEU dia tafiditra kisendrasendra ao amin'ny rojo molekiolan'ny ampahany mafy, manapaka ny ampahany mafy mba hamorona fatorana hidrôzenina milamina, ka miteraka fatorana hidrôzenina malemy eo amin'ny rojo molekiolan'ny ampahany mafy sy kristaly ambany amin'ny ampahany mafy, ka miteraka fisarahana ambany amin'ny NIPEU. Vokatr'izany, ny toetrany mekanika dia ratsy lavitra noho ny HDIPU.
2.2 Polyester Polyurethane
Ny polyester polyurethane (PETU) miaraka amin'ny polyester diols ho toy ny ampahany malefaka dia manana fahafaha-miovaova tsara, mifanaraka amin'ny zavamananaina ary manana toetra mekanika tsara, ary azo ampiasaina hanomanana scaffolds ho an'ny injeniera sela, izay fitaovana biomedika manana fahafahana hampiasaina tsara. Ny polyester diols izay matetika ampiasaina amin'ny ampahany malefaka dia ny polybutylene adipate diol, polyglycol adipate diol ary polycaprolactone diol.
Teo aloha, Rokicki et al. dia nampifangaro ny etilena karbonata tamin'ny diamine sy diols samihafa (1, 6-hexanediol,1, 10-n-dodecanol) mba hahazoana NIPU samihafa, saingy ny NIPU voamboatra dia nanana lanja molekiola ambany kokoa ary Tg ambany kokoa. Farhadian et al. dia nanomana karbônaty polycyclic tamin'ny fampiasana menaka voan'ny tanamasoandro ho akora fototra, avy eo dia nafangaro tamin'ny polyamines bio-based, norakofana tamin'ny takelaka, ary nohamainina tamin'ny 90 ℃ nandritra ny 24 ora mba hahazoana sarimihetsika polyurethane polyester thermosetting, izay naneho fahamarinan-toerana mafana tsara. Ny vondrona mpikaroka an'i Zhang Liqun avy amin'ny South China University of Technology dia nanamboatra andiana diamines sy cyclic carbonates, ary avy eo dia natambatra tamin'ny asidra dibasic biobased mba hahazoana polyurethane polyester biobased. Ny vondrona mpikaroka an'i Zhu Jin ao amin'ny Ningbo Institute of Materials Research, Chinese Academy of Sciences dia nanomana ampahany mafy diaminodiol tamin'ny fampiasana hexadiamine sy vinyl carbonate, ary avy eo polycondensation tamin'ny asidra dibasic unsaturated bio-based mba hahazoana andiana polyurethane polyester, izay azo ampiasaina ho loko aorian'ny fanamainana ultraviolet [23]. Nampiasa asidra adipika sy diôl alifatika efatra (butanediol, hexadiol, octanediol ary decanediol) misy laharan'ny atomika karbônina samihafa ny vondrona mpikaroka an'i Zheng Liuchun sy Li Chuncheng mba hanomanana ireo diôl polyester mifanaraka amin'izany ho toy ny ampahany malefaka; Vondrona polyurethane polyester tsy isocyanate (PETU), nomena anarana araka ny isan'ny atôm-karbônina amin'ny diôl alifatika, no azo tamin'ny alalan'ny fandrendrehana ny polycondensation miaraka amin'ny prepolymer ampahany mafy voaisy hydroxy izay nomanin'ny BHC sy diôl. Aseho ao amin'ny Tabilao 2 ny toetra mekanikan'ny PETU.
| Santionany | Tanjaky ny fihenjanana/MPa | Modulus elastika/MPa | Fanalavana amin'ny fiatoana/% |
| PETU4 | 6.9±1.0 | 36±8 | 673±35 |
| PETU6 | 10.1±1.0 | 55±4 | 568±32 |
| PETU8 | 9.0±0.8 | 47±4 | 551±25 |
| PETU10 | 8.8±0.1 | 52±5 | 137±23 |
Tabilao 2
Ny valiny dia mampiseho fa ny ampahany malemilemy amin'ny PETU4 no manana ny hakitroky ny karbôninaly avo indrindra, ny fifamatoran'ny hidrôzenina matanjaka indrindra amin'ny ampahany mafy, ary ny ambaratongan'ny fisarahana dingana ambany indrindra. Voafetra ny kristaly amin'ny ampahany malefaka sy mafy, izay mampiseho teboka fandrendrehana ambany sy tanjaky ny tensile, fa ny elongation avo indrindra amin'ny fahatapahana.
2.3 Polikarbonata polyurethane
Ny polyurethane polycarbonate (PCU), indrindra ny PCU aliphatic, dia manana fanoherana tsara amin'ny hydrolysis, fanoherana ny oxidation, fahamarinan-toerana biolojika tsara ary biocompatibility, ary manana fahafahana tsara hampiasaina amin'ny sehatry ny biomedicine. Amin'izao fotoana izao, ny ankamaroan'ny NIPU voaomana dia mampiasa polyether polyols sy polyester polyols ho toy ny ampahany malefaka, ary vitsy ny tatitra fikarohana momba ny polyurethane polycarbonate.
Ny polyurethane polycarbonate tsy isocyanate nomanin'ny vondrona mpikaroka Tian Hengshui ao amin'ny South China University of Technology dia manana lanja molekiola mihoatra ny 50 000 g/mol. Efa nodinihina ny fiantraikan'ny toe-javatra misy fiantraikany amin'ny lanjan'ny molekiolarin'ny polymer, saingy tsy mbola nisy tatitra momba ny toetrany mekanika. Ny vondrona mpikaroka Zheng Liuchun sy Li Chuncheng dia nanomana PCU tamin'ny fampiasana DMC, hexanediamine, hexadiol ary polycarbonate diols, ary nanome anarana ny PCU araka ny ampahany betsaka amin'ny singa miverimberina amin'ny ampahany mafy. Aseho ao amin'ny Tabilao 3 ny toetra mekanika.
| Santionany | Tanjaky ny fihenjanana/MPa | Modulus elastika/MPa | Fanalavana amin'ny fiatoana/% |
| PCU18 | 17±1 | 36±8 | 665±24 |
| PCU33 | 19±1 | 107±9 | 656±33 |
| PCU46 | 21±1 | 150±16 | 407±23 |
| PCU57 | 22±2 | 210±17 | 262±27 |
| PCU67 | 27±2 | 400±13 | 63±5 |
| PCU82 | 29±1 | 518±34 | 26±5 |
Tabilao 3
Ny valiny dia mampiseho fa ny PCU dia manana lanja molekiola avo, hatramin'ny 6×104 ~ 9×104g/mol, teboka fandrendrehana hatramin'ny 137 ℃, ary tanjaky ny fihenjanana hatramin'ny 29 MPa. Ity karazana PCU ity dia azo ampiasaina ho plastika henjana na ho elastomer, izay manana fahafahana tsara hampiasaina amin'ny sehatry ny biomedika (toy ny scaffolds amin'ny injenieran'ny sela olombelona na fitaovana fametrahana sela ao amin'ny fo).
2.4 Polyurethane tsy isocyanate mifangaro
Ny polyurethane tsy isocyanate mifangaro (NIPU mifangaro) dia ny fampidirana vondrona epoxy resin, acrylate, silica na siloxane ao anaty rafitra molekiola polyurethane mba hamoronana tambajotra mifampiditra, hanatsara ny fahombiazan'ny polyurethane na hanome ny polyurethane asa samihafa.
Feng Yuelan et al. dia nampifangaro menaka soja epoxy mifototra amin'ny bio tamin'ny CO2 mba hanamboarana carbonate cyclic pentamonic (CSBO), ary nampiditra bisphenol A diglycidyl ether (epoxy resin E51) miaraka amin'ny fizarana rojo henjana kokoa mba hanatsarana bebe kokoa ny NIPU noforonin'ny CSBO nivaingana tamin'ny amine. Ny rojo molekiola dia misy fizarana rojo lava mora miolaka misy asidra oleika/asidra linoleika. Ahitana fizarana rojo henjana kokoa ihany koa izy io, ka manana tanjaka mekanika avo lenta sy hamafin'ny hery. Nisy mpikaroka ihany koa nanamboatra karazana prepolymer NIPU telo miaraka amin'ny vondrona farany furan tamin'ny alàlan'ny fihetsika fanokafana ny tahan'ny diethylene glycol bicyclic carbonate sy diamine, ary avy eo dia nifangaro tamin'ny polyester tsy mahavoky mba hanomanana polyurethane malefaka miaraka amin'ny fiasa fanasitranana tena, ary nahomby tamin'ny fahombiazan'ny fanasitranana tena avo lenta amin'ny NIPU malefaka. Ny NIPU Hybrid dia tsy vitan'ny hoe manana ny toetran'ny NIPU ankapobeny, fa mety manana adhesion tsara kokoa, fanoherana ny harafesina asidra sy alkali, fanoherana ny solvent ary tanjaka mekanika.
3 Fijery
Ny NIPU dia voaomana tsy misy fampiasana isocyanate misy poizina, ary amin'izao fotoana izao dia ianarana amin'ny endrika foam, coating, lakaoly, elastomer ary vokatra hafa, ary manana karazana fampiharana isan-karazany. Na izany aza, ny ankamaroan'izy ireo dia mbola voafetra amin'ny fikarohana laboratoara, ary tsy misy famokarana lehibe. Ankoatra izany, miaraka amin'ny fanatsarana ny fari-piainan'ny olona sy ny fitomboan'ny fangatahana tsy tapaka, ny NIPU misy asa tokana na asa maro dia lasa làlana fikarohana manan-danja, toy ny antibacterial, fanamboarana tena, fitadidiana endrika, flame retardant, fanoherana hafanana avo lenta sy ny sisa. Noho izany, ny fikarohana amin'ny ho avy dia tokony hahatakatra ny fomba handaminana ireo olana lehibe amin'ny indostrian'ny indostria ary hanohy hikaroka ny lalana fanomanana ny NIPU miasa.
Fotoana fandefasana: 29 Aogositra 2024