Alualu i Luma o Suesuega i Polyurethanes e Lē o le Isocyanate
Talu mai lona faʻalauiloaina i le 1937, o mea polyurethane (PU) ua maua ai le tele o faʻaoga i vaega eseese e aofia ai felauaiga, fausiaina, petrochemicals, ie, inisinia masini ma eletise, vaalele, tausiga soifua maloloina, ma faatoaga. O nei mea e faʻaaogaina i foliga e pei o palasitika foam, alava, elastomers, vailaʻau e puipuia ai le vai, paʻu faʻapitoa, ufiufi, kelu, mea faʻapipiʻi ma sapalai faafomaʻi. O le PU masani e masani ona faia mai le lua pe sili atu isocyanates faatasi ai ma macromolecular polyols ma molecular chain extenders laiti. Peitaʻi, o le oona o isocyanates e mafua ai ni lamatiaga tetele i le soifua maloloina o tagata ma le siosiomaga; e le gata i lea, e masani ona maua mai le phosgene—o se mea e matua oona—ma mea mata amine e tutusa.
I le malamalama o le sailiga a le alamanuia o vailaau i aso nei mo faiga tau atinae lanumeamata ma gafataulimaina, ua faateleina le taulaiga a le au suesue i le suia o isocyanates i punaoa e le afaina ai le siosiomaga a o suʻesuʻeina auala fou o le gaosiga mo polyurethanes e le o le isocyanate (NIPU). O lenei pepa o loʻo faʻalauiloa ai auala sauniuni mo le NIPU aʻo iloiloina le alualu i luma i ituaiga eseese o NIPU ma talanoaina o latou lumanaʻi i le lumanaʻi e tuʻuina atu ai se faʻamatalaga mo nisi suʻesuʻega.
1 Fa'aputuga o Polyurethanes e lē o le Isocyanate
O le uluai fa'asologa o vaila'au carbamate mama'i e fa'aaoga ai monocyclic carbonates fa'atasi ma aliphatic diamines na tupu i fafo i le 1950s—o se taimi taua tele lea agai i le fa'asologa o polyurethane e le o le isocyanate. I le taimi nei e lua auala autu mo le gaosia o le NIPU: O le muamua e aofia ai le fa'aopoopoga fa'asolosolo i le va o binary cyclic carbonates ma binary amines; o le lona lua e aofia ai le polycondensation reactions e aofia ai diurethane intermediates fa'atasi ai ma diols e fa'afaigofie ai fesuia'iga fa'atulagaina i totonu o carbamates. E mafai ona maua Diamarboxylate intermediates e ala i le cyclic carbonate po'o le dimethyl carbonate (DMC); o auala uma lava e tali atu e ala i vaega o le carbonic acid e maua ai galuega faatino a le carbamate.
O vaega o loʻo mulimuli mai o loʻo faʻamatalaina atili ai ni auala eseese se tolu e gaosia ai le polyurethane e aunoa ma le faʻaaogaina o le isocyanate.
1.1 Auala o le Carbonate Cyclic Binary
E mafai ona fa'aputuina le NIPU e ala i fa'aopoopoga fa'asolosolo e aofia ai le binary cyclic carbonate fa'atasi ma le binary amine e pei ona fa'aalia i le Ata 1.
Ona o le tele o vaega hydroxyl o loʻo i totonu o iunite faifaipea i luga o lona fausaga autu o le filifili, o lenei metotia e masani ona maua ai le mea ua taʻua o le polyβ-hydroxyl polyurethane (PHU). Na atiae e Leitsch ma isi, se faasologa o polyether PHU e faʻaaogaina ai polyethers ua faʻamuta i le cyclic carbonate faʻatasi ai ma binary amines faʻatasi ai ma mole mole laiti e maua mai i le binary cyclic carbonates—e faʻatusatusa nei mea i metotia masani e faʻaaogaina mo le sauniaina o polyether PU. O a latou sailiga na faʻaalia ai o vaega hydroxyl i totonu o PHU e faigofie ona fausia ni sootaga hydrogen ma atoms nitrogen/oxygen o loʻo i totonu o vaega vaivai/malō; o eseesega i le va o vaega vaivai e aʻafia ai foʻi le amioga o le fusifusia o le hydrogen faʻapea foʻi ma tikeri o le vavaeʻeseina o le microphase lea e mulimuli ane aʻafia ai uiga lautele o le faʻatinoga.
E masani ona faia i lalo ifo o le vevela e sili atu i le 100 °C, o lenei auala e le gaosia ai ni oloa i le taimi o le faagasologa o le tali atu, ma e le lagona ai le susu ae maua ai ni oloa mautu e aunoa ma ni popolega i le fesuisuiai ae manaʻomia ai ni solvents organic e iloga i le malosi o le polarity e pei o le dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), ma isi. E le gata i lea, o taimi faʻalautele o le tali atu e amata mai i le tasi le aso e oo atu i le lima aso e masani ona maua ai ni mamafa molecular maualalo e masani ona paʻu i lalo ifo o tulaga faʻatapulaʻa e tusa ma le 30k g/mol ma faigata ai le gaosiga tele ona o le tele o tau e mafua mai i ai faatasi ai ma le le lava o le malosi e faaalia e PHUs e ui lava i talosaga folafolaina e aofia ai vaega o mea e taofia ai le foliga o le manatua o mea fausia, faʻatulagaga o mea faʻapipiʻi, fofo ufiufi, foams ma isi.
1.2 Auala Monocylic Carbonate
E tali sa'o le monocylic carbonate ma le diamine ma mafua ai le dicarbamate o lo'o i ai vaega hydroxyl end-groups lea e mulimuli ane faia ai ni fegalegaleaiga fa'apitoa o le transesterification/polycondensation fa'atasi ai ma diols ma iu ai ina maua ai se NIPU e tutusa lona fausaga ma foliga masani e pei ona fa'aalia vaaia e ala i le Ata 2.
O ituaiga monocylic e masani ona faʻaaogaina e aofia ai ethylene & propylene carbonated substrates lea na faʻaaogaina ai e le 'au a Zhao Jingbo i le Iunivesite o Tekonolosi Kemikolo a Beijing ni diamines eseese e tali atu ai i latou faasaga i na mea faʻasolosolo i le taimi muamua e maua ai ni vaega faʻatulagaina eseese o dicarbamate aʻo leʻi faʻaauauina vaega o le condensation e faʻaaoga ai le polytetrahydrofuranediol/polyether-diols e faʻaiʻu ai le manuia o le fausiaina o laina oloa taʻitasi e faʻaalia ai meatotino mataʻina o le vevela/mekanika e oʻo atu i luga o le melting points e feosofi solo i le va o le 125 ~ 161 ° C tensile strengths peaking near24MPa elongation rates near1476%. Wang et al., faʻapena foʻi ona faʻaaogaina tuʻufaʻatasiga e aofia ai le DMC faʻapipiʻi faʻatasi ma le hexamethylenediamine/cyclocarbonated precursors synthesizing hydroxy-terminated derivatives mulimuli ane faʻaaogaina biobased dibasic acids e pei o oxalic/sebacic/acids adipic-acid-terephtalics ausia ai taunuuga mulimuli e faʻaalia ai va o le 13k ~ 28k g/mol tensile strengths fluctuating9 ~ 17 MPa elongations varying35% ~ 235%.
E galulue lelei cyclocarbonic esters e aunoa ma le manaʻomia o ni catalysts i lalo o tulaga masani e tausia ai le vevela e tusa ma le 80° i le 120°C, o transesterifications mulimuli ane e masani ona faʻaaogaina organotin-based catalytic systems e faʻamautinoa ai le faʻagasologa sili ona lelei e le sili atu i le 200°. E le gata i taumafaiga tau condensation e faʻatatau i diolic inputs e mafai ona self-polymerization/deglycolysis phenomena e faʻafaigofie ai le gaosia o taunuuga manaʻomia, ae o le auala e faʻalelei ai le siosiomaga ma e tele lava ina maua ai le methanol/small-molecule-diolic residues ma faʻaalia ai isi auala tau alamanuia e mafai ona faia i le lumanaʻi.
1.3 Auala o le Dimethyl Carbonate
O le DMC o se isi auala e lelei mo le si'osi'omaga/e le o'ona e aofia ai le tele o vaega galue malosi e aofia ai le methyl/methoxy/carbonyl fa'atulagaga e fa'aleleia atili ai le tali atu ma mafai ai ona amata fa'atasi lea e fegalegaleai sa'o ai le DMC ma diamines ma fausia ai ni vaega laiti e fa'amutaina i le methyl-carbamate ona sosoo ai lea ma gaioiga o le fa'asusuina o le melt e aofia ai ni vaega fa'aopoopo o le small-chain-extender-diolics/large-polyol e ta'ita'ia ai le tula'i mai o fausaga polymer e sailia e pei ona va'aia e ala i le Ata 3.
Na fa'aaogaina e Deepa ma isi le malosi fa'apitoa o lo'o ta'ua i luga, e fa'aaogaina ai le sodium methoxide catalysis, e fa'atulaga ai ni fa'atulagaga eseese i le vaeluaga, ma mulimuli ane fa'aaogaina ai ni fa'aopoopoga fa'atatau, ma fa'ai'u ai i le fa'asologa o fa'aputuga tutusa o vaega faigata e o'o atu ai i mamafa molecular e tusa ma le (3 ~20)x10^3g/mol o le vevela o fesuia'iga o tioata e aofia ai (-30 ~120°C). Na filifilia e Pan Dongdong ni fa'aputuga fa'ata'atitia e aofia ai le DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols ma maua ai ni taunuuga mata'ina e fa'aalia ai fua fa'atatau o le malosi o le tensile e oscillating10-15MPa elongation ratios e latalata atu i le 1000%-1400%. O suʻesuʻega e uiga i faatosinaga eseese o le faʻalauteleina o filifili na faʻaalia ai mea e fiafia i ai e faʻafetaui lelei filifiliga butanediol/hexanediol pe a faʻatumauina e le atomic-number parity le tutusa e faʻalauiloa ai faʻaleleia atili o le crystallinity na matauina i filifili uma. Na saunia e le vaega a Sarazin ni mea tuʻufaʻatasia e tuʻufaʻatasia ai le lignin/DMC faʻatasi ai ma le hexahydroxyamine e faʻaalia ai uiga faʻamekanika faʻamalieina pe a uma le faʻagasologa i le 230 ℃. O suʻesuʻega faʻaopoopo na faʻamoemoe e maua ai ni non-isocyante-polyureas e faʻaaogaina ai le diazomonomer e aofia ai ma le faʻamoemoeina o le ono faʻaaogaina o vali e tulaʻi mai ai ni faʻamanuiaga faʻatusatusa i luga o vinyl-carbonaceous counterparts e faʻamamafa ai le taugofie/lautele o auala e maua ai. O le suʻesuʻega tatau e uiga i auala e faʻapipiʻiina ai le tele e masani ona manaʻomia ai siosiomaga maualuga-vevela/vacuum e faʻaleaogaina ai manaʻoga o le solvent ma faʻaitiitia ai vaitafe otaota e masani lava ona faʻatapulaʻaina naʻo le methanol/small-molecule-diolic effluents e faʻatuina ai ni faʻataʻitaʻiga syntheses lanumeamata i le aotelega.
2 Vaega vaivai eseese o le polyurethane e le o le isocyanate
2.1 Polyether polyurethane
E fa'aaogaina lautele le Polyether polyurethane (PEU) ona o lona malosi maualalo o le pipii o fusi ether i iunite toe fai o vaega vaivai, faigofie ona feliuliua'i, lelei tele le fetu'una'i i le vevela maualalo ma le tete'e atu i le hydrolysis.
Na faia e Kebir ma isi le polyether polyurethane faatasi ai ma le DMC, polyethylene glycol ma le butanediol o ni mea mata, ae o le mamafa molecular sa maualalo (7 500 ~ 14 800g/mol), o le Tg sa maualalo ifo i le 0 ℃, ma o le melting point sa maualalo foi (38 ~ 48 ℃), ma o le malosi ma isi faailoga sa faigata ona faamalieina manaoga o le faaaogaina. Na faaaoga e le vaega suesue a Zhao Jingbo le ethylene carbonate, 1, 6-hexanediamine ma le polyethylene glycol e faia ai le PEU, lea e iai le mamafa molecular o le 31 000g/mol, o le malosi tensile o le 5 ~ 24MPa, ma le elongation i le break o le 0.9% ~ 1 388%. O le mamafa molecular o le faʻasologa faʻatasi o polyurethanes manogi e 17 300 ~ 21 000g/mol, o le Tg e -19 ~ 10 ℃, o le melting point e 102 ~ 110 ℃, o le tensile strength e 12 ~ 38MPa, ma o le elastic recovery rate o le 200% constant elongation e 69% ~ 89%.
O le vaega suʻesuʻe a Zheng Liuchun ma Li Chuncheng na saunia le vailaʻau faʻalava 1, 6-hexamethylenediamine (BHC) faʻatasi ai ma le dimethyl carbonate ma le 1, 6-hexamethylenediamine, ma le polycondensation faʻatasi ai ma molelaʻau laiti eseese o diols ma polytetrahydrofuranediols (Mn=2 000). O se faasologa o polyether polyurethanes (NIPEU) faʻatasi ai ma le auala e le o le isocyanate na saunia, ma o le faʻafitauli o le fesoʻotaʻiga o vailaʻau faʻalava i le taimi o le tali atu na foia. O le fausaga ma meatotino o le polyether polyurethane masani (HDIPU) na saunia e le NIPEU ma le 1, 6-hexamethylene diisocyanate na faʻatusatusaina, e pei ona faʻaalia i le Laulau 1.
| Fa'ata'ita'iga | Vaega mamafa o le vaega malo/% | Mamafa molekiula/(g·mol^(-1)) | Fa'asinomaga tufatufaina o le mamafa o le molekiula | Malosiaga o le tensile/MPa | Fa'aloloa i le taimi e motusia ai/% |
| 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 |
Laulau 1
O taunuuga i le Laulau 1 o loʻo faʻaalia ai o eseesega faʻatulagaina i le va o le NIPEU ma le HDIPU e mafua tele lava i le vaega malo. O le vaega urea na gaosia e le tali atu i autafa o le NIPEU e faʻapipiʻi faʻafuaseʻi i totonu o le filifili mole mole o le vaega malo, ma motusia ai le vaega malo e fausia ai ni fusi haitorosene faʻatulagaina, ma iu ai i ni fusi haitorosene vaivai i le va o filifili mole o le vaega malo ma le maualalo o le crystallinity o le vaega malo, ma iu ai i le vavaeʻeseina o le vaega maualalo o le NIPEU. O le iʻuga, o ona meatotino faʻainisinia e sili atu ona leaga nai lo le HDIPU.
2.2 Polyester Polyurethane
O le polyester polyurethane (PETU) fa'atasi ai ma le polyester diols o ni vaega vaivai e lelei lona pala, fetaui lelei ma meatotino fa'amekanika, ma e mafai ona fa'aaogaina e saunia ai fa'avae mo le inisinia o a'ano, o se mea fa'afoma'i e tele ona fa'aoga. O polyester diols e masani ona fa'aaogaina i vaega vaivai o le polybutylene adipate diol, polyglycol adipate diol ma le polycaprolactone diol.
I le taimi muamua, na fa'afefiloi e Rokicki ma isi le ethylene carbonate ma le diamine ma diols eseese (1, 6-hexanediol,1, 10-n-dodecanol) e maua ai ni NIPU eseese, ae o le NIPU na faia e maualalo le mamafa o le molecular ma maualalo le Tg. Na saunia e Farhadian ma isi le polycyclic carbonate e fa'aaoga ai le suau'u fatu sunflower o se mea mata, ona fa'afefiloi lea ma polyamines fa'avae i meaola, ufiufi i luga o se ipu, ma fa'ama'a'a i le 90 ℃ mo le 24 itula e maua ai le thermosetting polyester polyurethane film, lea na fa'aalia ai le mautu lelei o le vevela. Na faia e le vaega su'esu'e a Zhang Liqun mai le Iunivesite o Tekonolosi a Saute Saina se fa'asologa o diamines ma cyclic carbonates, ona fa'aputuina lea i le biobased dibasic acid e maua ai le biobased polyester polyurethane. Na saunia e le vaega su'esu'e a Zhu Jin i le Ningbo Institute of Materials Research, Chinese Academy of Sciences le vaega malo o le diaminodiol e fa'aaoga ai le hexadiamine ma le vinyl carbonate, ona sosoo ai lea ma le polycondensation ma le bio-based unsaturated dibasic acid e maua ai se fa'asologa o le polyester polyurethane, lea e mafai ona fa'aaoga e fai ma vali pe a uma ona fa'ama'a'a i le ultraviolet [23]. O le vaega suʻesuʻe a Zheng Liuchun ma Li Chuncheng na faʻaaogaina le adipic acid ma aliphatic diols e fa (butanediol, hexadiol, octanediol ma decanediol) faʻatasi ai ma numera atomika kaponi eseese e saunia ai polyester diols talafeagai o ni vaega vaivai; O se vaega o le non-isocyanate polyester polyurethane (PETU), ua faaigoaina i le numera o atomika kaponi o aliphatic diols, na maua e ala i le faʻafefeteina o le polycondensation faʻatasi ai ma le hydroxy-sealed hard segment prepolymer na saunia e le BHC ma diols. O meatotino faʻainisinia o le PETU o loʻo faʻaalia i le Laulau 2.
| Fa'ata'ita'iga | Malosiaga o le tensile/MPa | Modulus fa'alelei/MPa | Fa'aloloa i le taimi e motusia ai/% |
| 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 |
Laulau 2
O fa'ai'uga o lo'o fa'aalia ai o le vaega vaivai o le PETU4 e sili ona maualuga le carbonyl density, o le hydrogen bond sili ona malosi ma le vaega malo, ma o le vaega maualalo o le vaevaega o le vaega. O le crystallization o vaega vaivai ma malo e fa'atapula'aina, e fa'aalia ai le maualalo o le melting point ma le tensile strength, ae o le elongation sili ona maualuga i le motusia.
2.3 Polycarbonate polyurethane
O le polycarbonate polyurethane (PCU), aemaise lava le aliphatic PCU, e matuā tete'e atu i le hydrolysis, tete'e atu i le oxidation, mautu lelei i meaola ma fetaui lelei i meaola, ma e iai fo'i ni fa'amoemoega lelei mo le fa'aaogaina i le matata o vaila'au fa'asaienisi. I le taimi nei, o le tele o NIPU ua saunia e fa'aogaina polyether polyols ma polyester polyols o ni vaega vaivai, ma e itiiti ni lipoti su'esu'ega i luga o le polycarbonate polyurethane.
O le polyurethane polycarbonate e le o le isocyanate na saunia e le vaega suʻesuʻe a Tian Hengshui i le Iunivesite o Tekonolosi i Saute Saina e sili atu i le 50 000 g/mol le mamafa molecular. Ua uma ona suʻesuʻeina le aafiaga o tulaga o le tali atu i le mamafa molecular o le polymer, ae e leʻi lipotia mai ona meatotino faʻainisinia. Na saunia e le vaega suʻesuʻe a Zheng Liuchun ma Li Chuncheng le PCU e faʻaaoga ai le DMC, hexanediamine, hexadiol ma le polycarbonate diols, ma faaigoa le PCU e tusa ai ma le vaega mamafa o le iunite faʻasolosolo vaega faigata. O meatotino faʻainisinia o loʻo faʻaalia i le Laulau 3.
| Fa'ata'ita'iga | Malosiaga o le tensile/MPa | Modulus fa'alelei/MPa | Fa'aloloa i le taimi e motusia ai/% |
| 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 |
Laulau 3
O faʻaiʻuga e faʻaalia ai o le PCU e maualuga le mamafa molecular, e oʻo atu i le 6 × 104 ~ 9 × 104g / mol, le melting point e oʻo atu i le 137 ℃, ma le tensile strength e oʻo atu i le 29 MPa. O lenei ituaiga PCU e mafai ona faʻaaogaina e pei o se palasitika maʻaʻa pe o se elastomer, lea e iai se faʻamoemoega lelei mo le faʻaaogaina i le matata faʻafomaʻi (e pei o le faʻailoga o le inisinia o aʻano o le tagata poʻo mea e faʻapipiʻi ai le cardiovascular).
2.4 Polyurethane fa'afefiloi e le o le isocyanate
O le polyurethane e le o le isocyanate hybrid (hybrid NIPU) o le faʻaofiina lea o le epoxy resin, acrylate, silica poʻo le siloxane groups i totonu o le polyurethane molecular framework e fausia ai se fesoʻotaʻiga fesoʻotaʻi, faʻaleleia le faʻatinoga o le polyurethane pe tuʻuina atu i le polyurethane ni galuega eseese.
Na fa'afefiloi e Feng Yuelan ma isi le suāuu soya epoxy fa'avae i meaola ma le CO2 e fa'aputu ai le pentamonic cyclic carbonate (CSBO), ma fa'aofi ai le bisphenol A diglycidyl ether (epoxy resin E51) fa'atasi ai ma ni vaega filifili e sili atu ona ma'a'a e fa'aleleia atili ai le NIPU na fausia e le CSBO ua fa'ama'a'a i le amine. O le filifili molecular o lo'o i ai se vaega filifili uumi ma fetu'una'i o le oleic acid/linoleic acid. O lo'o i ai fo'i ni vaega filifili e sili atu ona ma'a'a, ina ia maualuga lona malosi fa'amekanika ma le malosi tele. O nisi o tagata su'esu'e na fa'aputuina fo'i ituaiga e tolu o NIPU prepolymers fa'atasi ai ma vaega pito i tua o le furan e ala i le fa'agasologa o le tatalaina o le diethylene glycol bicyclic carbonate ma le diamine, ona fa'afefiloi lea ma le unsaturated polyester e saunia ai se polyurethane vaivai ma le galuega fa'amalolo-e-ia-lava, ma fa'amanuiaina ai le maualuga o le lelei o le fa'amalolo-e-ia-lava o le NIPU vaivai. O le NIPU fa'afefiloi e le gata o lo'o i ai uiga o le NIPU lautele, ae atonu fo'i e sili atu le pipii, tete'e atu i le 'ele'ele o le 'aisa ma le alkali, tete'e atu i le solvent ma le malosi fa'amekanika.
3 Va'aiga
O le NIPU ua saunia e aunoa ma le faʻaaogaina o le isocyanate oona, ma o loʻo suʻesuʻeina nei i le foliga o le foam, ufiufi, kelu, elastomer ma isi oloa, ma e tele avanoa e faʻaaogaina ai. Peitaʻi, o le tele o ia mea e faʻatapulaʻaina lava i suʻesuʻega i fale suʻesuʻe, ma e leai se gaosiga tele. E le gata i lea, faʻatasi ai ma le faʻaleleia atili o le tulaga o le soifuaga o tagata ma le faʻaauau pea ona tuputupu aʻe o le manaʻoga, o le NIPU e tasi le galuega poʻo le tele o galuega ua avea ma se itu taua o suʻesuʻega, e pei o le teteʻe i siama, toe faʻaleleia e ia lava, manatua o foliga, teteʻe i le afi, teteʻe maualuga i le vevela ma isi mea faapena. O le mea lea, o suʻesuʻega i le lumanaʻi e tatau ona malamalama pe faʻapefea ona foia faʻafitauli autu o le faʻapisinisi ma faʻaauau pea ona suʻesuʻe le itu o le sauniaina o le NIPU aoga.
Taimi na lafoina ai: Aokuso-29-2024