Что такое полиуретан?

Что такое полиуретан?

Полиуретан - это полимер с уретановыми связями, полученный путем реакции изоцианатных групп с гидроксильными группами.

Изменяя тип и состав первичного сырья и метод формования, полиуретан можно сделать губчатым, гибким как резина или твердым как резиновые шины.

Рисунок 1. Формула реакции синтеза полиуретана

Применение полиуретана

Полиуретан можно разделить на две большие категории по внешнему виду: на основе пены, который является пористым, и на основе непены, который является резиноподобным. Поскольку применение каждого из них довольно различно, они описаны отдельно ниже.

1. На основе пены

Вспененный полиуретан бывает двух типов: мягкий и жесткий. Мягкий пенопласт, в частности, используется в различных областях применения, от повседневных предметов до промышленного использования. Мягкий пенопласт применяется в губках, используемых на кухнях, подушках для наушников и других устройств, роликах для промышленного оборудования и звукоизоляционных материалах.

Жесткий пенополиуретан часто используется на строительных площадках в качестве теплоизоляторов.

2. Невспененный тип

Невспененный полиуретан обладает высокой эластичностью и прочностью и используется в качестве эластичных конструкционных материалов, таких как резина и эластомеры, а также волокна, краски и клеи.

Как эластомеры они используются в шинах, ремнях, прокладках, роликах, деталях машин и автомобильных бамперах. Полиуретановые волокна, называемые спандексом, также широко используются в одежде, такой как куртки, брюки, купальники, спортивная одежда и т. д., благодаря своей высокой эластичности.

Состав полиуретана

Рисунок 2. Типичные примеры сырья, из которого состоит полиуретан

Сырье, используемое для производства полиуретана, включает диизоцианаты, которые имеют в своих молекулах бифункциональные изоцианатные группы, полиолы, которые имеют в своих молекулах гидроксильные группы, и низкомолекулярные диолы.

Хотя в полиуретане используется всего несколько типов диизоцианатов, существует очень широкий спектр полиолов, которые являются сырьем для компонента гидроксильной группы. Это связано с тем, что сами полиолы являются полимерами с молекулярным весом от нескольких сотен до нескольких тысяч, и они состоят из широкого спектра комбинаций мономеров.

Низкомолекулярные диолы являются типичными примерами компонентов гидроксильной группы, и их димеры также используются в качестве низкомолекулярных диолов. Триолы с тремя гидроксильными группами и спирты с одной гидроксильной группой также используются для регулирования молекулярного веса.

Характеристики полиуретана

Характеристики полиуретана сильно различаются в зависимости от типа сырья, используемого в смеси. В целом полиуретаны обладают превосходной механической прочностью (эластичностью и ударной вязкостью) и следующими характеристиками:

1. Преимущества

• Высокая механическая прочность, превосходная эластичность и ударная вязкость, а также высокая прочность на разрыв. Сохраняет эластичность даже при высокой твердости.
• Превосходная стойкость к истиранию и старению.
• Превосходная стойкость к маслам и растворителям, а также хорошая адгезия.
• Превосходные низкотемпературные свойства и хорошая стойкость к атмосферным воздействиям.
• Высокая устойчивость к сжатию.

2. Недостатки

• Плохая термостойкость; температура непрерывного использования ограничена 80°C – 100°C.
• Легко гидролизуется и слаб в воде.
• При сгорании образуются токсичные газы.

Эти характеристики сильно различаются в зависимости от комбинации используемого сырья. Например, твердость и прочность сильно различаются в зависимости от соотношения полиола и низкомолекулярного диола. Кроме того, полиольный компонент вносит значительный вклад в устойчивость к атмосферным воздействиям и гидролизу. Поэтому важно разрабатывать молекулы, которые соответствуют требуемым характеристикам.

Другая информация о полиуретане

Методы производства полиуретановой пены

Рисунок 3. Формула реакции для вспенивания уретановой пены

Пенополиуретан - это губчатое формованное изделие, получаемое путем вспенивания полиуретана в процессе формования. Существует несколько методов производства пенополиуретана, включая формование плит, при котором смесь исходных материалов вспенивается без помещения в форму, а затем разрезается в форму продукта. Другие методы - формование в форму, при котором форма используется для придания продукту требуемой формы, и формование ламината, которое полезно для производства больших изоляционных плит.

1. Мягкий пенополиуретан
В мягком пенополиуретане вода добавляется в качестве вспенивающего агента к исходному полиолу, а изоцианатные группы реагируют с водой, образуя углекислый газ. В то же время происходит смолообразование по реакции полиола, низкомолекулярного диола и изоцианата, так что каждый пузырек углекислого газа отверждается в непрерывном состоянии, образуя пористую пену.

Во время реакции с водой изоцианат становится амином. Однако из-за чрезвычайно высокой реакционной способности аминов он немедленно реагирует с другой изоцианатной группой, образуя карбамидную связь. По этой причине в составе мягкого пенополиуретана присутствуют не только уретановые связи, но и множество карбамидных связей.

2. Жесткие пенополиуретаны
Жесткий пенополиуретан использует низкокипящий физический пенообразователь, который испаряется от тепла реакции во время конверсии уретана. Пузырьки жесткой пены являются независимыми пузырьками для получения высокого эффекта теплоизоляции.