Войти
Синтез полиуретана, в котором уретановые группы -NH- ( C = O) -O- связывает молекулярные звенья 
Губка из пенополиуретана Полиуретан (PUR и PU ) представляет собой полимер из соединенных звеньев, соединенных карбаматными (уретановыми) звеньями. Хотя большинство полиуретанов предоставляют собой термореактивные полимеры, которые не плавятся при нагревании, также доступны термопластичные полиуретаны.
Полиуретановые полимеры традиционно и чаще всего образуются путем взаимодействия ди- или триизоцианата с полиолом. Полиуретаны содержат два типа мономеров, которые классифицируются как чередующиеся сополимеры. И изоцианаты, и полиолы, используемые для получения полиуретанов, содержат в среднем две или более функциональных группых на молекулу.
Полиуретаны используются в производстве сидений из высокоэластичного пенопласта, изоляционных панелей из жесткого пенопласта, микропористой пены уплотнения и прокладок, аэрозольной пены, прочные эластомерные колеса и шины (например, американские горки, эскалатор, тележка для покупок, лифт и скейтборд колеса), автомобильная подвеска втулки, электролитические герметики компаунды, высокоэффективные клеи, поверхностные покрытия и герметики, синтетические волокна (например, спандекс ), ковровое покрытие подложка, детали из твердого пластика (например, для электронных инструментов), презервативы и шланги.
Полиуретановая пена, крупный план Отто Байер и его коллеги в IG Farben в Леверкузене, Германия, впервые произвела полиуретаны в 1937 году. Новые полимеры имеют некоторые преимущества по сравнению с существующими пластиками, которые были получены полимеризацией олефинов или поликонденсацией и не были защищены патентами, полученными Уоллес Карозерс на полиэфирах. Ранние работы были сосредоточены на производстве волоконных и гибких пен, полиуретаны применялись в ограниченных масштабах в качестве покрытий для самолетов во время Второй мировой войны. Полиизоцианаты стали коммерчески доступны в 1952 году, производство гибких Производство пенополиуретана началось в 1954 году с использованием толуолдиизоцианата (TDI) и полиэфирполиолов. Эти материалы также использовались для производства жестких пен, резиновой резинки и эластомеров. Линейные механизмы из гексаметилендиизоцианата (HDI) и 1,4-бутандиола (BDO).
В 1956 году DuPont представила простые полиэфирполиолы, в частности поли (тетраметиленэфир) глик, а также BASF и Dow Chemical начал продавать полиалкиленгликоли в 1957 году. Полиолы на основе простых полиэфиров были дешевле, проще в обращении и более водостойкие, чем полиэфироли, и стали более популярными. Union Carbide и Mobay, совместное предприятие Monsanto / Bayer в США, также начали производство полиуретановых химикатов. В 1960 году было произведено более 45 000 метрических тонн гибких пенополиуретанов. Наличие вспенивающих агентов хлорфторалкана, небольших полиэфирполиолов и метилендифенилдиизоцианата (MDI) позволяет использовать жесткие пенополиуретаны в качестве высокоэффективных изоляционных материалов. В 1967 году были представлены жесткие пенопласты полиизоцианурат, модифицированные уретаном, обеспечивающие еще лучшую термическую стабильность и воспламеняемости. В течение 1960-х годов автомобильные компоненты безопасности салона, такие как приборные и дверные панели, производились путем заполнения термопластической оболочки полужесткой пеной.
В 1969 году компания Bayer представила полностью пластиковый автомобиль в Дюссельдорфе, Германия. Детали этого автомобиля, такие как лицевая панель и панели кузова, были изготовлены с использованием нового процесса, называемого реакционным литьем под давлением (RIM), в котором реагенты смешивались и затем вводились в форму. Добавление наполнителей, таких как измельченное стекло, слюда и обработанные минеральные волокна, улучшенное усиление RIM (RRIM), улучшенное усиление модуля упругости при изгибе (жесткости), снижение теплового и лучшая термическая стабильность. Эта технология была использована для изготовления первого автомобиля с пластиковым кузовом в Штатах, Pontiac Fiero, в 1983 году. Дальнейшее повышение жесткости было получено за счет включения размещенных стеклянных матов в полость формы RIM, также широко известный как литье под давлением смолы или структурный RIM.
С начала 1980-х годов для формования прокладок для автомобильных панелей и уплотнений воздушных фильтров, заменив полимеры ПВХ, использовались вспененные микропористые гибкие пены. Пенополиуретан приобрел популярность в автомобильной сфере и в настоящее время используется в высокотемпературных масляных фильтрах.
Пенополиуретан (включая поролон) иногда получают с использованием небольших количеств вспенивающих агентов, чтобы получить менее плотную пену, лучшую амортизацию / поглощение энергии или теплоизоляцию. В начале 1990-х годов из-за их воздействия на истощение озонового слоя, Монреальский протокол ограничил использование многих хлорсодержащих вспенивающих агентов, таких как трихлорфторметан (CFC-11). К концу 1990-х порообразователи, такие как диоксид углерода, пентан, 1,1,1,2-тетрафторэтан (HFC-134a) и 1,1,1,3,3-пентафторпропан (HFC-245fa) широко использовался в Америке и ЕС, хотя хлорированные порообразователи по-прежнему использовались во многих странах мира. 1,1-дихлор-1-фторэтан (HCFC-141b) был представлен в начале 2000-х годов в качестве альтернативного вспенивающего агента в разных странах.
Полиуретановые продукты часто называют просто «уретанами», но их не следует путать с этилкарбамат, также называемый уретаном. Полиуретаны не содержат этилкарбамата и не производятся из него.
Полиуретаны на неизоцианатной основе (NIPU) были разработаны для смягчения последствий для здоровья и окружающей среды, связанных с использованием изоцианатов для синтеза полиуретанов.
Полиуретаны находятся в классах соединений, называемых реакционными полимерами, которые включают эпоксидные смолы, ненасыщенные сложные полиэфиры и фенолы. Полиуретаны получают реакцию изоцианата, содержащего две или более изоцианатных групп на молекулу (R- (N = C = O) n), с полиолом, содержащим в среднем две или более гидроксильных группы на молекулу (R '- (OH) n) в основе катализатора или активации ультрафиолетовым светом.
На свойства полиуретана сильно влияет на типам изоцианатов и полиолов, используется для его изготовления. Длинные гибкие сегменты, образованные полиолом, дают мягкий, эластичный полимер. Высокие количества сшивки дают вязкие или жесткие полимеры. Длинные цепи и низкое сшивание дают полимер, который очень эластичен, короткие цепи со множеством сшивок дают твердый полимер, в то время как длинные цепи и промежуточное сшивание даютер, пригодный для образования пены. Сшивание, присутствующее в полиуретанах, означает, что полимер из трехмерной сетки имеет очень высокую молекулярную массу. В некоторых отношениях кусок полиуретана можно рассматривать как одну гигантскую молекулу. Одним из следствий этого является то, что типичные полиуретаны не размягчаются и не плавятся при нагревании; это термореактивные полимеры. Выбор, доступный для изоцианатов и полиолов, в дополнение к другим добавкам и условиям обработки, позволяет полиуретанам иметь очень широкий диапазон свойств, которые делают их такими широко используемыми полимерами.
Изоцианаты - очень химически активные вещества. Это делает их полезными для изготовления полимеров, но также требует особой осторожности при обращении и использовании. Ароматические изоцианаты, дифенилметандиизоцианат (MDI) или толуолдиизоцианат (TDI) более реакционноспособны, чем алифатические изоцианаты, такие как гаметилендиизоцианат (HDI) изофорондиизоцианат (IPDI). Большинство изоцианатов являются дифункциональными, то есть имеют ровно две изоцианатные группы на молекулу. Важным исключением из этого является правила полимерного дифенилметандиизоцианата, который представляет собой смесь молекул с двумя более четырьмя группами или изоцианатными группами. В подобных случаях имеет среднюю функциональность больше двух, обычно 2,7.
Полиолы сами по себе являются полимерами и имеют в среднем две или более гидроксильных групп на молекулу. Полиолы на основе простых полиэфиров в основном путем осуществления сополимеризации этиленоксида и пропиленоксида с подходящим предшественником полиола. Полиолы на основе сложного полиэфира получить аналогично полимерам простое полиэфира. Полиолы, используемые для производства полиуретанов, представляют собой подобные молекулы с разными молекулярными массами, поэтому часто используется «средняя функциональность». Несмотря на то, что это сложные смеси, полиолы достаточно хорошо контролируются для производства полиуретанов одинаковыми свойствами. Длина и функциональность цепи полиола во многом определяют свойства полиуретана. Полиолы, используемые для производства гибких полиуретанов, используемые для производства гибких полиуретанов, современные гибкие массы в тысячи.
Механизм реакции ПУ, катализируемый третичным амином 
Обобщенная уретановая реакция В реакции полимеризации образует полимер, обеспечивающий уретановую связь, -RNHCOOR'- и катализируется 18 <>как 1,4-диазабицикло [2.2.2] октан (также называемый DABCO ), и соединения металлов, такие как дилаурат дибутилолова или. Это часто называют реакцией гелеобразования или просто гелеобразованием.
Если в реакционной среде присутствует вода (ее часто использовать специал) ьно для образования пены), изоцианат реагирует с водой с образованием мочевины и углекислый газ, и полученный полимер содержит уретановые, так и мочевинные связи. Эта реакция называется реакцией продувки и катализируется третичными аминами.
Третья реакция, особенно важная при получении изолирующих жестких, - это реакция тримеризации изоцианата , которая катализируется, например.
Одним из наиболее желательных свойств полиуретанов является способность превращаться в пену. Изготовление пены требует образования газа одновременно с полимеризацией (гелеобразованием) уретана. Газ может быть диоксидом углерода, либо генерируемым реакцией изоцианата с водой, либо добавляемым в виде газа; его также можно получить путем кипячения летучих жидкостей. В последнем случае вызывает испарение жидкости, вызываемое тепло, выделяемое в результате полимеризации. Жидкости могут быть HFC-245fa (1,1,1,3,3-пентафторпропан ) и HFC-134a (1,1,1,2-тетрафторэтан ), а также углеводороды. такой как н-пентан.
Баланс Реакция с образованием диоксида углерода включает реакцию воды с изоцианатом, сначала с образованием нестабильной карбаминовой кислоты, которая разлагается на диоксид углерода и амин. Вода имеет очень низкую молекулярную массу, несмотря на то, что массовая доля воды может быть даже высокой и значительной доли мочевины Мочевина не очень хорошо растворяется. в реакционной смеси и тенденцию к образованию отдельных фаз «твердых сегментов», состоящих в основном из полимочевины. Образование и организация этих фаз полимочевины могут иметь значительное влияние на свойства пенополиуретана.
Высокоплотные микропористые пены могут быть созданы без добавления вспенивателей путем механического вспенивания или зародышеобразование в полиольном компоненте перед использованием.
Поверхностно-активные вещества используются в пенополиуретане для эмульгирования жидких компонентов, регулирования размера ячеек и стабилизации структуры ячеек для предотвращения разрушения и поверхностных дефектов. Жесткие пенные поверхностно-активные вещества предназначены для очень мелких ячеек и очень высокого содержания закрытых ячеек. Поверхностно активные вещества для гибкой пены предназначены для стабилизации реактивной массы и в то же время максимального увеличения открытого ячеек, чтобы предотвратить усадку пены.
Еще более жесткий пенопласт может быть получен с использованием специальных катализаторов тримеризации, которые представляют циклические структуры в матрице пенопласта, давая более твердую, более термостойкую структуру, обозначенную как пенополиизоцианурат. Такие свойства желательны для изделий из жесткого пенопласта, используются в строительном секторе.
Тщательный контроль вязкоупругих свойств - путем использования используемых катализаторов и агентов - может привести к образованию пены с эффектом памяти, которая намного мягче при температуре кожи, чем при комнатной температуре.
Пены могут быть либо «с закрытыми ячейками», где основными пузырьками или ячеек остаются неповрежденными, либо «с открытыми ячейками», когда пузырьки лопаются, но края пузырьков достаточно жесткими, чтобы удерживать их форму. Пенопласты с открытыми порами кажутся мягкими и пропускают воздух, поэтому их удобно использовать в подушках сидений или матрасах. Жесткие пены с закрытыми ячейками используются в качестве теплоизоляции, например, в холодильниках.
Микропористые пены - это прочные эластомерные материалы, используемые в покрытии автомобилей рулевых колес или подошвы для обуви.
Основными ингредиентами для производства полиуретана являются ди- и три- изоцианаты и полиолы. Другие материалы добавляются для облегчения обработки полимера или для свойств полимера.
Изоцианаты, используемые для получения полиуретана, имеют две или более изоцианатных групп на каждой молекуле. Наиболее часто используемые изоцианаты - это ароматические диизоцианаты, толуолдиизоцианат (TDI) и метилендифенилдиизоцианат, MDI.
TDI и MDI обычно дешевле и более реакционноспособны, чем другие изоцианаты. TDI и MDI представляют собой смеси изомеров, а MDI часто содержит полимерные материалы. Они используются для изготовления эластичного пенопласта (например, блочного пенопласта для матрасов или формованного пенопласта для автомобильных сидений), жесткого пенопласта (например, изоляционного пенопласта в холодильниках), эластомеров (например, подошв для обуви) и так далее. Изоцианаты можно модифицировать путем частичной реакции их с полиолами или введения некоторых других материалов для снижения летучести (и, следовательно, токсичности) изоцианатов, уменьшения их точек замерзания, чтобы облегчить обращение или улучшить свойства конечных полимеров.
Алифатические и циклоалифатические изоцианаты используются в меньших количествах, чаще всего в покрытиях и других областях, где важны цвет и прозрачность, поскольку полиуретаны, изготовленные с ароматическими изоцианатами, имеют тенденцию темнеть под воздействием света. Наиболее важными алифатическими и циклоалифатическими изоцианатами являются 1,6-гексаметилендиизоцианат (HDI), 1-изоцианато-3-изоцианатометил-3,5,5-триметилциклогексан (изофорондиизоцианат, IPDI) и 4,4'-диизоцианатдициклогексилметан, (H 12 MDI или гидрированный MDI).
Полиолы могут быть полиэфирполиолами, которые получают реакцией эпоксидов с соединениями, содержащими активный водород. Полиолы сложного полиэфира получают поликонденсацией многофункциональных карбоновых кислот и полигидроксильных соединений. Их можно дополнительно классифицировать по их конечному использованию. Полиолы с более высокой молекулярной массой (молекулярная масса от 2 000 до 10 000) используются для получения более гибких полиуретанов, в то время как полиолы с более низким молекулярным весом делают более жесткие продукты.
В полиолах для гибкого применения используются инициаторы с низкой функциональностью, такие как дипропиленгликоль (f = 2), глицерин (f = 3) или раствор сорбита в воде ( f = 2,75). В полиолах для жестких применений используются инициаторы с высокой функциональностью, такие как сахароза (f = 8), сорбитол (f = 6), толуолдиамин (f = 4) и Базы Манниха (f = 4). Пропиленоксид и / или этиленоксид добавляют к инициаторам до тех пор, пока не будет достигнута желаемая молекулярная масса. Порядок добавления и количества каждого оксида влияют на многие свойства полиола, такие как совместимость, растворимость в воде и реакционная способность. Полиолы, содержащие только пропиленоксид, имеют на конце вторичные гидроксильные группы и менее реакционноспособны, чем полиолы, закрытые этиленоксидом, которые содержат первичные гидроксильные группы. Включение диоксида углерода в структуру полиола исследуется несколькими компаниями.
Привитые полиолы (также называемыеполиолами-наполнителями или полимерными полиолами) содержат мелкодисперсные стирол-акрилонитрил, акрилонитрил или твердые вещества полимочевины (PHD), химически привитые до высокой молекулярной массыфирной основной цепи. Они используются для повышения прочности пенопласта с низкой плотностью и высокой упругостью (HR), а также для повышения прочности микропористых пен и литых эластомеров. Инициаторы, такие как этилендиамин и триэтаноламин, используются для использования низкомолекулярных жестких вспененных полиолов, обладающих встроенной каталитической активностью из-за присутствия атомов в основной цепи. Особый класс простых полиэфирполиолов, поли (тетраметиленэфир) гликоли, которые получают путем полимеризации тетрагидрофурана, используются высокоэффективные покрытия, смачивании и применение эластомеров.
Обычные полиэфирполиолы на основе первичного прямого сырья и производятся путем полиэтерификации двухосновных кислот и гликолей высокой чистоты, таких как адипиновая кислота и 1,4-бутандиол. Сложные полиэфирполиолы обычно более дорогие и более вязкие, чем простые полиэфирполиолы, но из них получаются полиуретаны с лучшей стойкостью к растворителям, истиранию и порезам. Другие полиэфирполиолы изготавливаются на основе вторичного сырья. Они производятся путем переэтерификации (гликолиза ) рециклированного поли (этилентерефталата) (ПЭТ) или диметилтерефталата (DMT) остатков дистилляции с гликолями, такими как диэтиленгликоль. Эти низкомолекулярные ароматические полиэфирполиолы используются в жесткой пенопласте и жесткой полиэфире и отличные характеристики воспламеняемости для картона полиизоцианурат (PIR) и изоляции из пенополиуретана.
Специальные полиолы включают поликарбонат полиолы, поликапролактон полиолы, полибутадиен полиолы и полисульфидные полиолы. Эти материалы используются в герметиках и адгезивах, которые требуют атмосферостойкости, а также устойчивости к химическим воздействиям и окружающей среде. Полиолы на основе натуральных масел, полученные из касторового масла и других растительных масел, используются для изготовления эластомеров, гибкой связки и гибкой формованной пены.
Сополимеризация хлортрифторэтилена или тетрафторэтилена с простыми виниловыми эфирами, содержащими гидроксиалкилвиниловый эфир, дает фторированные (FEVE) полиолы. Двухкомпонентные фторированные полиуретаны, полученные путем взаимодействия фторированных полиолов FEVE сизоцианатом, использовались для изготовления красок и покрытий, отверждаемых при температуре. Эти профилированные полиуретаны проявляют стойкость к ультрафиолетовому излучению, кислотам, щелочам, солям, химическим веществам, загрязнителям, атмосферным воздействиям, коррозии, грибкам и микробам. Они использовались для высокоэффективных покрытий и красок.
Доступны фосфорсодержащие полиолы, становятся химически связанными с полиуретановой матрицей для использования в качестве антипиренов. Эта ковалентная связь предотвращает миграцию и вымывание фосфорорганического соединения.
Интерес к экологически чистым «зеленым» продуктам вызвал интерес к полиолам, полученным из растительных масел. Различные масла, используемые при получении полиолов для полиуретанов, включая соевые бобы, семена хлопка, семена нима и клещевину. Растительные масла функционируют, обрабатываются способами и модифицируются до полиэфирамидов, простых полиэфиров, алкидов и т.д. Возляемые источники, используемые для использования полиолов, могут представлять собой димеры жирных кислот или жирных кислот. В некоторых полиуретанах на биологической основе и без изоцианатов используется реакция между полиаминами и циклическими карбонатами для получения полигидроксуретанов.
удлинители цепи (f = 2) и сшивающие агенты (f ≥ 3) предоставляют собой низкомолекулярные соединения с гидроксильными и аминными концевыми группами, которые играют важную роль в морфологии полимеров полиуретановых волокон, эластомеров, адгезивов и некоторых интегральных кожных и микропористых пен. Эластомерные эти материалы являются производными от фазового разделения и мягких сегментов сополимера полимера, так что уретановые свойства домашнего хозяйства в качестве поперечных связей между доменами мягких сегментов аморфного полиэфира (или сложного полиэфира). Это разделение фаз происходит, потому что преимущественно неполярные легкоплавкие мягкие сегменты несовместимы с полярными, высокоплавкими твердыми сегментами. Мягкие сегменты, образованные из высокомолекулярных полиолов, подвижны и обычно образуют спираль, в то время как жесткие сегменты, образованные из изоцианата и удлинителей цепи, жесткие и неподвижные. Предлагаемые нами сегменты сегментарного сегмента. При механической деформации часть мягких сегментов подвергается напряжению из-за разматывания, и жесткие сегменты выравниваются в направлении напряжения. Эта переориентация жестких сегментов и, как следствие, сильная водородная связь, повышающая прочность на разрыв, удлинение и сопротивление разрыву. Выбор удлинителя цепи также обеспечивает свойства устойчивости к изгибу, нагреву и химическому воздействию. Наиболее важными удлинителями цепи являются этиленгликоль, 1,4-бутандиол (1,4-BDO или BDO), 1,6-гександиол, циклогександиметанол и (HQEE). Все эти гликоли образуют полиуретаны, которые хорошо разделяются на фазы и образуют четко домены твердые сегменты, и их можно перерабатывать в расплаве. Все они подходят для термопластичныхуретанов, за исключением этиленгликоля, поскольку его производный бис-фенилуретан подвергается неблагоприятной деградации при высоких уровнях твердого сегмента. Диэтаноламин и триэтаноламин используются в пенопластах, полученных гибким формованием, для придания прочности и повышения каталитической активности. Диэтилтолуолдиамин широко используется в RIM, а также в составе полиуретановых и полимочевинных эластомеров.
| Molecule | Mol.. масса | Плотность. (г / см) | Плавление. pt (° C) | Кипение. pt (° C) |
|---|---|---|---|---|
| Гидроксил соединения - дифункциональные молекулы | ||||
| Этиленгликоль | 62,1 | 1,110 | -13,4 | 197,4 |
| Диэтиленгликоль | 106,1 | 1,111 | -8,7 | 245,5 |
| Триэтиленгликоль | 150,2 | 1,120 | - 7,2 | 287,8 |
| Тетраэтиленгликоль | 194,2 | 1,123 | -9,4 | 325,6 |
| Пропиленгликоль | 76,1 | 1,032 | Переохлаждение | 187,4 |
| Дипропиленгликоль | 134,2 | 1,022 | Переохлаждение | 232,2 |
| 192,3 | 1,110 | Переохлаждение | 265,1 | |
| 1,3-пропандиол | 76, 1 | 1.060 | -28 | 210 |
| 1,3-бутандиол | 92,1 | 1,005 | — | 207,5 |
| 1,4-бутандиол | 92,1 | 1,017 | 20,1 | 235 |
| Неопентилгликоль | 104,2 | — | 130 | 206 |
| 1,6-гександиол | 118,2 | 1,017 | 43 | 250 |
| 1,4-циклогександиметанол | — | — | — | — |
| — | — | — | — | |
| Этаноламин | 61,1 | 1,018 | 10,3 | 170 |
| Диэтаноламин | 105,1 | 1,097 | 28 | 271 |
| 119,1 | 1,043 | −21 | 242 | |
| 181,2 | — | 58 | 228 | |
| Гидроксильные соединения - трехфункциональные молекулы | ||||
| Глицерин | 92,1 | 1.261 | 18.0 | 290 |
| Триметилолпропан | — | — | — | — |
| — | — | — | — | |
| Триэтаноламин | 149.2 | 1,124 | 21 | — |
| Гидроксильные соединения - тетрафункциональные молекулы | ||||
| Пентаэритрит | 136,2 | — | 260,5 | — |
| N, N, N ', N'-Тетракис. (2-гидроксипропил). этилендиамин | — | — | — | — |
| Аминные соединения - дифункциональные молекулы | ||||
| 178,3 | 1,022 | — | 308 | |
| 214,0 | 1.208 | — | — | |
Полиуретановые катализаторы можно разделить на две широкие категории: основные и кислотные амины.. Третичные аминные катализаторы за счет увеличения нуклеофильности диольного компонента. Карбоксилаты, оксиды и оксиды меркаптидов алкилолова, содержащие каккие кислоты Льюиса, ускоряя образование полиуретана. В качестве оснований традиционных аминные катализаторы включают триэтилендиамин (TEDA, также называемый DABCO, 1,4-диазабицикло [2.2.2] октан), (DMCHA), диметилэтаноламин (DMEA) и бис - (2-диметиламиноэтил) эфир, катализатор продувки, также называемый А-99. Типичным кислотным катализатором Льюиса является дилаурат дибутилолова. Процесс очень чувствителен к природе катализатора и известен как автокаталитический.
. Факторы, влияющие на выбор катализатора, включают уравновешивание трех факторов: образование уретана (полиол + изоцианат или гель), мочевина (вода + изоцианат)., или «выдувание»), или реакция тримеризации изоцианата (например, с использованием ацетата калия с образованием изоциануратных колец). Было разработано набор катализаторов.
Поверхностно-активные вещества используются для изменений характеристик пенополиуретановых, так и непенополиуретановых полимеров. Они принимают форму блок-сополимеров, полидиметилсилоксана и полиоксиалкилена, силиконовых масел, нонилфенол этоксилатов и других соединений. В пеноматериалах они используются для эмульгирования жидких компонентов, регулирования размера ячеек и стабилизации ячеистой структуры для предотвращения разрушения и подповерхностных пустот. В качестве непененных применениях они используются в качестве воздухоотделителей и пеногасителей, в качестве смачивающих агентов и используются для устранения дефектов поверхности, таких как мелкие отверстия, апельсиновая корка и вмятины.
Полиуретаны получают путем смешивания двух или более жидких потоков. Поток полиола содержит катализаторы, поверхностно-активные вещества, вспениватели и так далее. Эти два компонента называются полиуретановой системой или просто системой. В Северной Америке обычно называют «стороной А» или просто «изо». Смесь полиолов и других добавок обычно называют «стороной В» или «поли». Эту смесь можно также назвать «смолой» или «смесью смол». В Европе значения «сторона А» и «сторона В» меняются местами. Добавки в смеси смол могут включать удлинители цепей, сшивающие агенты, поверхностно-активные вещества, антипирены, вспениватели, пигменты., и наполнители. Полиуретан можно получить с различной плотностью и твердостью, различными изоцианат, полиол или добавки.
Полностью прореагировавший полиуретановый полимер химически инертен. Никакие пределы не установлены в США ни OSHA (Управление по безопасности и гигиене труда ), ни ACGIH (Американская конференция правительственных специалистов по промышленной гигиене ). Канцерогенность не регулируется OSHA.
Испытание открытым пламенем. Вверху: необработанный пенополиуретан сильно горит. Внизу: с антипиреновой обработкой. Полиуретановый полимер представляет собой горючее твердое вещество и может воспламениться при воздействии открытого пламени. При разложении в результате пожара может образоваться значительное количество оксида углерода и цианистого водорода, помимо оксидов азота, изоцианатов и других токсичных продуктов. Из-за горючести материала его необходимо обрабатывать антипиренами (по крайней мере, в случае мебели), почти все из которых считаются вредными. Позже Калифорния выпустила Технический бюллетень 117 за 2013 год, который позволил большинству пенополиуретанов пройти испытания на воспламеняемость без использования антипиренов. Институт экологической науки заявляет: «Хотя новый стандарт может быть соблюден антипиренов, он НЕ запрещает их использование. Потребители, которые хотят уменьшить воздействие антипиренов на дом, могут поискать бирку TB117-2013 на мебель и проверить ее розничных продавцов. что не содержат продукты антипиренов. "
Смеси жидких смол и изоцианаты могут содержать опасные или регулируемые компоненты. Изоцианаты являются известными сенсибилизаторами кожи и дыхательных путей. Кроме того, амины, гликоли и фосфаты, присутствующие в аэрозольных пенополиуретанах, представляют опасность.
Воздействие химикатов, которые могут выделяться во время или после нанесения полиуретановой пены для распыления (таких как изоцианаты), вредно для здоровья человека, поэтому во время и после этого процесса требуются особые меры предосторожности.
В США дополнительную информацию о здоровье и безопасности можно найти в таких организациях, как Ассоциация производителей полиуретана (PMA) и Центр полиуретановой промышленности (CPI), а также у производителей полиуретановых систем и сырья.. Нормативную информацию можно найти в Своде федеральных правил Раздел 21 (Продукты питания и лекарственные препараты) и Раздел 40 (Защита окружающей среды). В Европе информация о здоровье и безопасности является ava Предлагается ISOPA, Европейской ассоциацией производителей диизоцианатов и полиолов.
Способы производства готовой полиуретановой продукции варьируются от небольших операций ручной разливки отдельных деталей до крупных линий по производству бумажных масс и картона. Независимо от конечного продукта, принцип производства один и тот же: для дозирования жидкого изоцианата и смеси смолы в заданном стехиометрическом соотношении смешайте их вместе до получения однородной смеси, распределите реагирующую жидкость в форме или на поверхности, подождите, пока он затвердеет, затем снимите готовую деталь.
Хотя капитальные затраты могут быть высокими, желательно использовать дозирующее устройство для смешивания или дозирования даже для небольших производственных операций, которые требуют стабильного выпуска готовых деталей. Раздаточное оборудование состоит из резервуаров для хранения материала (дневных), насосов-дозаторов, смесительной головки и блока управления. Часто установка кондиционирования или нагревателя-охладитель добавляется для контроля температуры материала, чтобы повысить эффективность смешивания, скорость отверждения и уменьшить изменчивость процесса. Выбор компонентов дозирующего оборудования зависит от размера дроби, характеристик материала, таких как вязкость и содержание наполнителя, а также управления процессом. Суточные резервуары для материалов могут иметь размер от одного до сотен галлонов и могут поставляться непосредственно из бочек, КСГМГ (промежуточных контейнеров для массовых грузов, таких как контейнеров ) или резервуаров для хранения навалом.. Они могут датчики уровня, рубашки кондиционирования и смесители. Насосы могут иметь размер одного грамма в секунду до сотен фунтов в минуту. Это могут быть роторные, шестеренчатые или поршневые насосы, а также они могут быть специально закалены для дозирования жидкостей, новые высокоабразивные наполнители, такие как рубленое или измельченное молотком стекловолокно и волластонит.
дозатор полиуретана с панелью управления, насосом высокого давления, встроенными дневными баками и гидравлическим приводом
Смесительная головка высокого давления с простыми элементами управления (вид спереди)
Смесительная головка высокого давления с изображением материала линии подачи и гидравлического привода (вид сзади)
Насосы могут приводить в действие распределительные системы низкого (от 10 до 30 бар, от 1 до 3 МПа) или высокого давления (от 125 до 250 бар, от 12,5 до 25,0 МПа). Смесительные головки могут быть простыми статическими смесительными трубками, динамическими смесителями низкого давления или смесителями прямого ударного воздействия с гидравлическим приводом высокого давления. Блоки управления могут иметь базовые переключатели включения / выключения и дозирования / остановки, а также аналоговые датчики давления и температуры или могут управляться компьютером с помощью расходомеров для электронной калибровки соотношения смесей, цифровых датчики температуры и уровня, а также полный набор статистического управления программного обеспечения. Дополнения к дозирующему оборудованию включает блоки четвертого нуклеации или впрыска газа, а также возможность третьего потока для добавления пигментов или дозирования в пакетах добавок.
Смесительная головка низкого давления с установленной калибровочной камерой, показывающая линия подачи материала и пневмопривода
Компоненты смесительной головки низкого давления, включая камеры смешивания, конические смесители и монтажные плиты
5 галлонов (20 литров) дневные резервуары для материала для подачи в дозатор низкого давления
В отличие от заливки на месте, булочки и картона, а также нанесения покрытий, производство отдельных деталей требует инструментов для удержания и формования реагирующая жидкость. Выбор материала для изготовления пресс-форм зависит от ожидаемого количества использования до конца срока службы (EOL), давления формования, гибкости и характеристик теплопередачи.
Силикон RTV используется для изготовления оснастки, у которой есть оконечный конец в тысячах. Обычно он используется для формования деталей из жесткого пенопласта, когда требуется способность растягивать и отслаивать форму вокруг поднутрений. Характеристики теплопередачи силиконовых инструментов RTV плохие. Таким образом также используются высокоэффективные гибкие полиуретановые эластомеры.
Эпоксидная смола, эпоксидная смола с металлическим наполнением и эпоксидная смола с металлическим покрытием используются для изготовления оснастки, у которой EOL составляет десятки тысяч деталей. Он обычно используется для формования подушек и сидений из гибкого пенопласта, внутренней обшивки и микропористой прокладки из пеноматериала, а также лицевых панелей и лицевой панели с малой тягой. Характеристики теплопередачи эпоксидной оснастки удовлетворительны; Характеристики теплопередачи эпоксидной смолы с металлическим покрытием и с металлическим покрытием хорошие. В корпусе могут быть встроены медные трубки, позволяющие горячей воде циркулировать и нагревать поверхность формы.
Алюминий используется для изготовления оснастки, у которой конечный конец составляет сотни тысяч деталей. Он обычно используется для формования прокладок из микропористой пены и деталей из литого эластомера, а также подвергается фрезерованию или экструзии.
Зеркальная нержавеющая сталь используется для оснастки, которая придает глянцевый вид готовой детали. Характеристики теплопередачи металлических инструментов превосходны.
Наконец, формованный или фрезерованный полипропилен используется для создания небольшого объема оснастки для применения в формованных прокладках. Вместо множества дорогих металлических форм можно изготовить недорогую пластмассовую оснастку из одной металлической формы. Характеристики теплопередачи полипропиленовой оснастки плохие, что необходимо в процессе разработки.
В 2007 году мировое потребление полиуретанового сырья превысило 12 миллионов метрических тонн, а среднегодовые темпы роста составили около 5%. Ожидается, что к 2022 году выручка от полиуретана на мировом рынке вырастет примерно до 75 миллиардов долларов США.
Пенополиуретан, изготовленный из ароматического изоцианата, который подвергался воздействию УФ-излучения. Легко заметить изменение цвета, которое происходит с течением времени. Полиуретаны, особенно те, которые изготовлены с использованием ароматических изоцианатов, содержат хромофоры, которые взаимодействуют со светом. Это представляет особый интерес в области полиуретановых покрытий, где светостойкость является критическим фактором и основной причиной того, что алифатические изоцианаты используются при изготовлении полиуретановых покрытий. Когда пенополиуретан, изготовленный с использованием ароматических изоцианатов, подвергается воздействию видимого света, он обесцвечивается, меняя цвет от грязно-белого до желтого до красновато-коричневого. Общепринято, что видимый свет, кроме мало влияет на свойства пены. Это особенно важно во внешней части мало влияет на общие объемные свойства самой пены.
Сообщалось, что воздействие видимого света может повлиять на изменчивость результатов испытаний некоторых физических свойств.
Высокоэнергетическое УФ излучение продуктов химическим реакциям в пене, некоторые из вредны для структуры пены.
Полиуретаны могут рассыпаться из-за гидролиза. Это обычная проблема с обувью, оставленной в туалете, и реагирующей с влагой в воздухе.
Два вида эквадорского гриба Pestalotiopsis способны биоразлагать полиуретан в аэробных и анаэробных условиях, таких как обнаружено на дне свалки . Сообщается о деградации изделий из полиуретана в музеях. Полиуретаны полиэфирного типа легче биоразлагаются грибком, чем полиэфирные.
 | На Wikimedia Общие есть материалы, связанные с Полиуретаны. |
