Πρόοδος της έρευνας σε μη ισοκυανικές πολυουρεθάνες
Από την εισαγωγή τους το 1937, τα υλικά πολυουρεθάνης (PU) έχουν βρει εκτεταμένες εφαρμογές σε διάφορους τομείς, όπως οι μεταφορές, οι κατασκευές, τα πετροχημικά, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, η μηχανολογία και η ηλεκτρολογία, η αεροδιαστημική, η υγειονομική περίθαλψη και η γεωργία. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται σε μορφές όπως αφρώδη πλαστικά, ίνες, ελαστομερή, στεγανοποιητικά μέσα, συνθετικό δέρμα, επιστρώσεις, κόλλες, υλικά επίστρωσης και ιατρικά εφόδια. Η παραδοσιακή PU συντίθεται κυρίως από δύο ή περισσότερα ισοκυανικά μαζί με μακρομοριακές πολυόλες και μικρομοριακούς επεκτατές αλυσίδας. Ωστόσο, η εγγενής τοξικότητα των ισοκυανικών ενέχει σημαντικούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Επιπλέον, συνήθως προέρχονται από φωσγένιο - έναν εξαιρετικά τοξικό πρόδρομο - και αντίστοιχες αμινικές πρώτες ύλες.
Υπό το πρίσμα της σύγχρονης επιδίωξης της χημικής βιομηχανίας για πράσινες και βιώσιμες πρακτικές ανάπτυξης, οι ερευνητές επικεντρώνονται ολοένα και περισσότερο στην υποκατάσταση των ισοκυανικών ενώσεων με φιλικούς προς το περιβάλλον πόρους, ενώ παράλληλα διερευνούν νέες οδούς σύνθεσης για μη ισοκυανικές πολυουρεθάνες (NIPU). Η παρούσα εργασία εισάγει τις οδούς παρασκευής για NIPU, ενώ παράλληλα εξετάζει τις εξελίξεις σε διάφορους τύπους NIPU και συζητά τις μελλοντικές τους προοπτικές, ώστε να παρέχει μια αναφορά για περαιτέρω έρευνα.
1 Σύνθεση μη ισοκυανικών πολυουρεθάνων
Η πρώτη σύνθεση καρβαμιδικών ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους χρησιμοποιώντας μονοκυκλικά ανθρακικά άλατα σε συνδυασμό με αλειφατικές διαμίνες πραγματοποιήθηκε στο εξωτερικό τη δεκαετία του 1950, σηματοδοτώντας μια καθοριστική καμπή προς τη σύνθεση μη ισοκυανικής πολυουρεθάνης. Σήμερα, υπάρχουν δύο κύριες μεθοδολογίες για την παραγωγή NIPU: Η πρώτη περιλαμβάνει σταδιακές αντιδράσεις προσθήκης μεταξύ δυαδικών κυκλικών ανθρακικών αλάτων και δυαδικών αμινών. Η δεύτερη περιλαμβάνει αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης που περιλαμβάνουν ενδιάμεσα διουρεθάνης μαζί με διόλες που διευκολύνουν τις δομικές ανταλλαγές εντός των καρβαμιδικών αλάτων. Τα διαμαρβοξυλικά ενδιάμεσα μπορούν να ληφθούν μέσω οδών είτε κυκλικού ανθρακικού είτε ανθρακικού διμεθυλίου (DMC). Ουσιαστικά, όλες οι μέθοδοι αντιδρούν μέσω ομάδων ανθρακικού οξέος αποδίδοντας καρβαμιδικές λειτουργικότητες.
Οι ακόλουθες ενότητες αναλύουν τρεις ξεχωριστές προσεγγίσεις για τη σύνθεση πολυουρεθάνης χωρίς τη χρήση ισοκυανικού.
1.1Δυαδική κυκλική ανθρακική οδός
Η NIPU μπορεί να συντεθεί μέσω σταδιακών προσθηκών που περιλαμβάνουν δυαδικό κυκλικό ανθρακικό άλας σε συνδυασμό με δυαδική αμίνη, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 1.
Λόγω των πολλαπλών υδροξυλομάδων που υπάρχουν σε επαναλαμβανόμενες μονάδες κατά μήκος της κύριας δομής της αλυσίδας, αυτή η μέθοδος γενικά αποδίδει αυτό που ονομάζεται πολυβ-υδροξυλική πολυουρεθάνη (PHU). Οι Leitsch et al., ανέπτυξαν μια σειρά πολυαιθερικών PHU χρησιμοποιώντας πολυαιθέρες με κυκλικά ανθρακικά τερματικά μαζί με δυαδικές αμίνες συν μικρά μόρια που προέρχονται από δυαδικά κυκλικά ανθρακικά άλατα - συγκρίνοντάς τα με τις παραδοσιακές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή πολυαιθερικών PU. Τα ευρήματά τους έδειξαν ότι οι υδροξυλομάδες εντός των PHU σχηματίζουν εύκολα δεσμούς υδρογόνου με άτομα αζώτου/οξυγόνου που βρίσκονται μέσα σε μαλακά/σκληρά τμήματα. Οι διακυμάνσεις μεταξύ των μαλακών τμημάτων επηρεάζουν επίσης τη συμπεριφορά των δεσμών υδρογόνου καθώς και τους βαθμούς διαχωρισμού μικροφάσεων, οι οποίοι στη συνέχεια επηρεάζουν τα συνολικά χαρακτηριστικά απόδοσης.
Συνήθως διεξάγεται σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 100 °C, χωρίς να παράγει υποπροϊόντα κατά τη διάρκεια των διεργασιών αντίδρασης, γεγονός που την καθιστά σχετικά μη ευαίσθητη στην υγρασία, ενώ παράλληλα αποδίδει σταθερά προϊόντα χωρίς ανησυχίες για πτητικότητα, ωστόσο απαιτεί οργανικούς διαλύτες που χαρακτηρίζονται από ισχυρή πολικότητα, όπως διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO), Ν,Ν-διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF) κ.λπ. Επιπλέον, οι παρατεταμένοι χρόνοι αντίδρασης που κυμαίνονται από μία έως πέντε ημέρες συχνά αποδίδουν χαμηλότερα μοριακά βάρη, τα οποία συχνά υπολείπονται των ορίων γύρω στα 30k g/mol, καθιστώντας την παραγωγή μεγάλης κλίμακας δύσκολη, λόγω του υψηλού κόστους που σχετίζεται με αυτό, σε συνδυασμό με την ανεπαρκή αντοχή που επιδεικνύουν οι προκύπτουσες PHU, παρά τις πολλά υποσχόμενες εφαρμογές που καλύπτουν τομείς υλικών απόσβεσης, κατασκευών μνήμης σχήματος, συγκολλητικών συνθέσεων, διαλυμάτων επικάλυψης, αφρών κ.λπ.
1.2 Μονοκυκλική Ανθρακική Οδός
Το μονοκυκλικό ανθρακικό αντιδρά άμεσα με τη διαμίνη, με αποτέλεσμα το δικαρβαμικό να διαθέτει υδροξυλομάδες, το οποίο στη συνέχεια υφίσταται εξειδικευμένες αλληλεπιδράσεις μετεστεροποίησης/πολυσυμπύκνωσης παράλληλα με τις διόλες, παράγοντας τελικά μια NIPU δομικά παρόμοια με τα παραδοσιακά αντίστοιχα που απεικονίζονται οπτικά στο Σχήμα 2.
Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μονοκυκλικές παραλλαγές περιλαμβάνουν υποστρώματα ανθρακικού αιθυλενίου και προπυλενίου, όπου η ομάδα του Zhao Jingbo στο Πανεπιστήμιο Χημικής Τεχνολογίας του Πεκίνου χρησιμοποίησε ποικίλες διαμίνες, αντιδρώντας τες έναντι των εν λόγω κυκλικών οντοτήτων, αρχικά αποκτώντας ποικίλους δομικούς ενδιάμεσους δικαρβαμικού πριν προχωρήσει σε φάσεις συμπύκνωσης χρησιμοποιώντας είτε πολυτετραϋδροφουρανοδιόλη/πολυαιθεροδιόλες, με αποκορύφωμα τον επιτυχή σχηματισμό αντίστοιχων σειρών προϊόντων που παρουσιάζουν εντυπωσιακές θερμικές/μηχανικές ιδιότητες που φτάνουν σε σημεία τήξης προς τα πάνω, κυμαινόμενες γύρω στο εύρος που εκτείνεται περίπου στους 125~161°C, με μέγιστη αντοχή σε εφελκυσμό κοντά στα 24MPa, με ρυθμούς επιμήκυνσης κοντά στο 1476%. Οι Wang et al., χρησιμοποίησαν παρόμοια συνδυασμούς που περιλαμβάνουν DMC σε συνδυασμό με προδρόμους εξαμεθυλενοδιαμίνης/κυκλοανθρακικού οξέος, συνθέτοντας παράγωγα με υδροξυ-τερματισμένη ομάδα, οι οποίοι στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε βιοβασικά διβασικά οξέα όπως οξαλικό/σεβακικό/οξέα και αδιπικό οξύ-τερεφθαλικά, επιτυγχάνοντας τελικές αποδόσεις που παρουσιάζουν εύρη που περιλαμβάνουν αντοχή σε εφελκυσμό 13k~28k g/mol, με κυμαινόμενες επιμήκυνσεις 9~17 MPa που κυμαίνονταν από 35%~235%.
Οι κυκλοκαρβονικοί εστέρες αλληλεπιδρούν αποτελεσματικά χωρίς να απαιτούν καταλύτες υπό τυπικές συνθήκες, διατηρώντας θερμοκρασίες περίπου 80° έως 120°C, οι επακόλουθες μετεστεροποιήσεις συνήθως χρησιμοποιούν καταλυτικά συστήματα με βάση οργανοκασσίτερο, εξασφαλίζοντας βέλτιστη επεξεργασία που δεν υπερβαίνει τους 200°. Πέρα από τις απλές προσπάθειες συμπύκνωσης που στοχεύουν σε διολικές εισροές, φαινόμενα αυτοπολυμερισμού/απογλυκόλυσης που διευκολύνουν την παραγωγή επιθυμητών αποτελεσμάτων καθιστούν τη μεθοδολογία εγγενώς φιλική προς το περιβάλλον, αποδίδοντας κυρίως μεθανόλη/μικρομοριακά διολικά υπολείμματα, παρουσιάζοντας έτσι βιώσιμες βιομηχανικές εναλλακτικές λύσεις στο μέλλον.
1.3Διαδικασία Ανθρακικού Διμεθυλεστέρα
Το DMC αντιπροσωπεύει μια οικολογικά ασφαλή/μη τοξική εναλλακτική λύση που διαθέτει πολυάριθμες ενεργές λειτουργικές ομάδες, συμπεριλαμβανομένων των διαμορφώσεων μεθυλίου/μεθοξυ/καρβονυλίου, ενισχύοντας σημαντικά τα προφίλ αντιδραστικότητας, επιτρέποντας αρχικές αλληλεπιδράσεις, όπου το DMC αλληλεπιδρά άμεσα με διαμίνες σχηματίζοντας μικρότερους ενδιάμεσους με τερματικό μεθυλοκαρβαμικό, ακολουθούμενους από δράσεις συμπύκνωσης τήξης που ενσωματώνουν πρόσθετα συστατικά διολικών ενώσεων μικρής αλυσίδας/μεγαλύτερης πολυόλης, οδηγώντας τελικά στην εμφάνιση περιζήτητων δομών πολυμερούς, όπως απεικονίζονται ανάλογα στο Σχήμα 3.
Οι Deepa et al. αξιοποίησαν την προαναφερθείσα δυναμική αξιοποιώντας την κατάλυση μεθοξειδίου του νατρίου, η οποία ενορχηστρώνει ποικίλους ενδιάμεσους σχηματισμούς, εμπλέκοντας στη συνέχεια στοχευμένες επεκτάσεις, καταλήγοντας σε σειριακές ισοδύναμες συνθέσεις σκληρού τμήματος, επιτυγχάνοντας μοριακά βάρη που προσεγγίζουν (3 ~20)x10^3g/mol σε θερμοκρασίες υαλώδους μετάπτωσης (-30 ~120°C). Ο Pan Dongdong επέλεξε στρατηγικά ζεύγη που αποτελούνται από DMC εξαμεθυλενο-διαμινοπολυανθρακικό-πολυαλκοόλες, επιτυγχάνοντας αξιοσημείωτα αποτελέσματα, με μετρήσεις αντοχής σε εφελκυσμό που κυμαίνονταν σε λόγους επιμήκυνσης 10-15MPa που πλησίαζαν το 1000%-1400%. Οι ερευνητικές αναζητήσεις γύρω από διαφορετικές επιρροές επέκτασης αλυσίδων αποκάλυψαν προτιμήσεις που ευθυγραμμίζουν ευνοϊκά τις επιλογές βουτανοδιόλης/εξανοδιόλης όταν διατηρείται η ομοιομορφία της ατομικής ισοτιμίας, προωθώντας τις διατεταγμένες βελτιώσεις κρυσταλλικότητας που παρατηρούνται σε όλες τις αλυσίδες. Η ομάδα του Sarazin παρασκεύασε σύνθετα υλικά που ενσωματώνουν λιγνίνη/DMC μαζί με εξαϋδροξυαμίνη, επιδεικνύοντας ικανοποιητικά μηχανικά χαρακτηριστικά μετά την επεξεργασία στους 230℃. Πρόσθετες έρευνες που στόχευαν στην εξαγωγή μη ισοκυανικών πολυουριών, αξιοποιώντας τη συμμετοχή διαζωμονομερών, προέβλεπαν πιθανές εφαρμογές βαφής που αναδύονται συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι των αντίστοιχων βινυλανθρακούχων, τονίζοντας την οικονομική αποδοτικότητα/ευρύτερες διαθέσιμες οδούς προμήθειας. Η δέουσα επιμέλεια σχετικά με τις μεθοδολογίες χύδην σύνθεσης συνήθως απαιτεί περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας/κενού, αναιρώντας τις απαιτήσεις διαλύτη, ελαχιστοποιώντας έτσι τις ροές αποβλήτων που περιορίζονται κυρίως σε μεθανόλη/μικρομοριακά διολικά απόβλητα, δημιουργώντας συνολικά πιο οικολογικά παραδείγματα σύνθεσης.
2 διαφορετικά μαλακά τμήματα μη ισοκυανικής πολυουρεθάνης
2.1 Πολυαιθερική πολυουρεθάνη
Η πολυαιθερική πολυουρεθάνη (PEU) χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της χαμηλής ενέργειας συνοχής των αιθερικών δεσμών σε μονάδες μαλακής επανάληψης τμήματος, της εύκολης περιστροφής, της εξαιρετικής ευκαμψίας σε χαμηλές θερμοκρασίες και της αντοχής στην υδρόλυση.
Οι Kebir et al. συνέθεσαν πολυαιθερική πολυουρεθάνη με DMC, πολυαιθυλενογλυκόλη και βουτανοδιόλη ως πρώτες ύλες, αλλά το μοριακό βάρος ήταν χαμηλό (7500 ~ 14800g/mol), η Tg ήταν χαμηλότερη από 0℃ και το σημείο τήξης ήταν επίσης χαμηλό (38 ~ 48℃), και η αντοχή και άλλοι δείκτες ήταν δύσκολο να καλύψουν τις ανάγκες χρήσης. Η ερευνητική ομάδα του Zhao Jingbo χρησιμοποίησε ανθρακικό αιθυλένιο, 1,6-εξανοδιαμίνη και πολυαιθυλενογλυκόλη για να συνθέσει PEU, το οποίο έχει μοριακό βάρος 31000g/mol, αντοχή εφελκυσμού 5 ~ 24MPa και επιμήκυνση θραύσης 0,9% ~ 1388%. Το μοριακό βάρος της συνθετικής σειράς αρωματικών πολυουρεθάνων είναι 17.300 ~ 21.000 g/mol, η Tg είναι -19 ~ 10℃, το σημείο τήξης είναι 102 ~ 110℃, η αντοχή σε εφελκυσμό είναι 12 ~ 38MPa και ο ρυθμός ελαστικής ανάκτησης με σταθερή επιμήκυνση 200% είναι 69% ~ 89%.
Η ερευνητική ομάδα των Zheng Liuchun και Li Chuncheng παρασκεύασε το ενδιάμεσο 1,6-εξαμεθυλενοδιαμίνη (BHC) με ανθρακικό διμεθύλιο και 1,6-εξαμεθυλενοδιαμίνη, και πολυσυμπύκνωση με διαφορετικά μικρά μόρια ευθείας αλυσίδας διόλες και πολυτετραϋδροφουρανοδιόλες (Mn=2.000). Παρασκευάστηκε μια σειρά πολυαιθερικών πολυουρεθανών (NIPEU) με μη ισοκυανική οδό και λύθηκε το πρόβλημα διασύνδεσης των ενδιαμέσων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Συγκρίθηκαν η δομή και οι ιδιότητες της παραδοσιακής πολυαιθερικής πολυουρεθάνης (HDIPU) που παρασκευάστηκε από την NIPEU και του 1,6-εξαμεθυλενοδιισοκυανικού, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.
| Δείγμα | Κλάσμα μάζας σκληρού τμήματος/% | Μοριακό βάρος/(g·mol^(-1)) | Δείκτης κατανομής μοριακού βάρους | Αντοχή σε εφελκυσμό/MPa | Επιμήκυνση στο σπάσιμο/% |
| 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 |
Πίνακας 1
Τα αποτελέσματα στον Πίνακα 1 δείχνουν ότι οι δομικές διαφορές μεταξύ NIPEU και HDIPU οφείλονται κυρίως στο σκληρό τμήμα. Η ομάδα ουρίας που παράγεται από την πλευρική αντίδραση του NIPEU είναι τυχαία ενσωματωμένη στην μοριακή αλυσίδα του σκληρού τμήματος, διασπώντας το σκληρό τμήμα για να σχηματίσει διατεταγμένους δεσμούς υδρογόνου, με αποτέλεσμα ασθενείς δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μοριακών αλυσίδων του σκληρού τμήματος και χαμηλή κρυσταλλικότητα του σκληρού τμήματος, με αποτέλεσμα χαμηλό διαχωρισμό φάσεων του NIPEU. Ως αποτέλεσμα, οι μηχανικές του ιδιότητες είναι πολύ χειρότερες από του HDIPU.
2.2 Πολυεστέρας πολυουρεθάνης
Η πολυεστερική πολυουρεθάνη (PETU) με πολυεστερικές διόλες ως μαλακά τμήματα έχει καλή βιοδιασπασιμότητα, βιοσυμβατότητα και μηχανικές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ικριωμάτων μηχανικής ιστών, ένα βιοϊατρικό υλικό με μεγάλες προοπτικές εφαρμογής. Οι πολυεστερικές διόλες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μαλακά τμήματα είναι η πολυβουτυλενοδιόλη αδιπικού, η πολυγλυκόλη αδιπικού και η πολυκαπρολακτόνη διόλη.
Νωρίτερα, οι Rokicki et al. αντέδρασαν ανθρακικό αιθυλένιο με διαμίνη και διαφορετικές διόλες (1,6-εξανοδιόλη, 1,10-n-δωδεκανόλη) για να λάβουν διαφορετικά NIPU, αλλά το συντιθέμενο NIPU είχε χαμηλότερο μοριακό βάρος και χαμηλότερη Tg. Οι Farhadian et al. παρασκεύασαν πολυκυκλικό ανθρακικό άλας χρησιμοποιώντας ηλιέλαιο ως πρώτη ύλη, στη συνέχεια αναμίχθηκαν με βιολογικές πολυαμίνες, επικαλύφθηκαν σε πλάκα και σκληρύνθηκαν στους 90 ℃ για 24 ώρες για να λάβουν θερμοσκληρυνόμενη μεμβράνη πολυεστερικής πολυουρεθάνης, η οποία έδειξε καλή θερμική σταθερότητα. Η ερευνητική ομάδα του Zhang Liqun από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Νότιας Κίνας συνέθεσε μια σειρά διαμινών και κυκλικών ανθρακικών αλάτων και στη συνέχεια συμπυκνώθηκε με βιολογικό διβασικό οξύ για να ληφθεί βιολογική πολυεστερική πολυουρεθάνη. Η ερευνητική ομάδα του Zhu Jin στο Ινστιτούτο Έρευνας Υλικών Ningbo της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών παρασκεύασε σκληρό τμήμα διαμινοδιόλης χρησιμοποιώντας εξαδιαμίνη και ανθρακικό βινύλιο και στη συνέχεια πολυσυμπύκνωση με βιολογικό ακόρεστο διβασικό οξύ για να ληφθεί μια σειρά πολυεστερικής πολυουρεθάνης, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βαφή μετά από σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία [23]. Η ερευνητική ομάδα των Zheng Liuchun και Li Chuncheng χρησιμοποίησε αδιπικό οξύ και τέσσερις αλειφατικές διόλες (βουτανοδιόλη, εξαδιόλη, οκτανοδιόλη και δεκανοδιόλη) με διαφορετικούς ατομικούς αριθμούς άνθρακα για να παρασκευάσει τις αντίστοιχες πολυεστερικές διόλες ως μαλακά τμήματα. Μια ομάδα μη ισοκυανικής πολυεστερικής πολυουρεθάνης (PETU), που πήρε το όνομά της από τον αριθμό των ατόμων άνθρακα των αλειφατικών διολών, ελήφθη με τήξη πολυσυμπύκνωσης με το προπολυμερές σκληρού τμήματος με υδροξυ-σφραγισμένο υλικό που παρασκευάστηκε με BHC και διόλες. Οι μηχανικές ιδιότητες του PETU φαίνονται στον Πίνακα 2.
| Δείγμα | Αντοχή σε εφελκυσμό/MPa | Μέτρο ελαστικότητας/MPa | Επιμήκυνση στο σπάσιμο/% |
| 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 |
Πίνακας 2
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μαλακό τμήμα του PETU4 έχει την υψηλότερη πυκνότητα καρβονυλίου, τον ισχυρότερο δεσμό υδρογόνου με το σκληρό τμήμα και τον χαμηλότερο βαθμό διαχωρισμού φάσεων. Η κρυστάλλωση τόσο του μαλακού όσο και του σκληρού τμήματος είναι περιορισμένη, παρουσιάζοντας χαμηλό σημείο τήξης και αντοχή σε εφελκυσμό, αλλά την υψηλότερη επιμήκυνση κατά τη θραύση.
2.3 Πολυανθρακική πολυουρεθάνη
Η πολυανθρακική πολυουρεθάνη (PCU), ιδιαίτερα η αλειφατική PCU, έχει εξαιρετική αντοχή στην υδρόλυση, αντοχή στην οξείδωση, καλή βιολογική σταθερότητα και βιοσυμβατότητα, και έχει καλές προοπτικές εφαρμογής στον τομέα της βιοϊατρικής. Προς το παρόν, τα περισσότερα παρασκευασμένα NIPU χρησιμοποιούν πολυαιθερικές πολυόλες και πολυεστερικές πολυόλες ως μαλακά τμήματα, και υπάρχουν λίγες ερευνητικές αναφορές για την πολυανθρακική πολυουρεθάνη.
Η μη ισοκυανική πολυανθρακική πολυουρεθάνη που παρασκευάστηκε από την ερευνητική ομάδα του Tian Hengshui στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Νότιας Κίνας έχει μοριακό βάρος μεγαλύτερο από 50.000 g/mol. Η επίδραση των συνθηκών αντίδρασης στο μοριακό βάρος του πολυμερούς έχει μελετηθεί, αλλά οι μηχανικές του ιδιότητες δεν έχουν αναφερθεί. Η ερευνητική ομάδα των Zheng Liuchun και Li Chuncheng παρασκεύασε PCU χρησιμοποιώντας DMC, εξανοδιαμίνη, εξαδιόλη και πολυανθρακικές διόλες και ονόμασε PCU σύμφωνα με το κλάσμα μάζας της επαναλαμβανόμενης μονάδας σκληρού τμήματος. Οι μηχανικές ιδιότητες παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.
| Δείγμα | Αντοχή σε εφελκυσμό/MPa | Μέτρο ελαστικότητας/MPa | Επιμήκυνση στο σπάσιμο/% |
| 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 |
Πίνακας 3
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η PCU έχει υψηλό μοριακό βάρος, έως 6×104 ~ 9×104g/mol, σημείο τήξης έως 137 ℃ και αντοχή σε εφελκυσμό έως 29 MPa. Αυτό το είδος PCU μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ως άκαμπτο πλαστικό είτε ως ελαστομερές, το οποίο έχει καλές προοπτικές εφαρμογής στον βιοϊατρικό τομέα (όπως ικριώματα μηχανικής ανθρώπινων ιστών ή υλικά καρδιαγγειακών εμφυτευμάτων).
2.4 Υβριδική μη ισοκυανική πολυουρεθάνη
Η υβριδική μη ισοκυανική πολυουρεθάνη (υβριδική NIPU) είναι η εισαγωγή εποξειδικής ρητίνης, ακρυλικού, πυριτίου ή ομάδων σιλοξανίου στο μοριακό πλαίσιο της πολυουρεθάνης για να σχηματίσει ένα διαπεραστικό δίκτυο, να βελτιώσει την απόδοση της πολυουρεθάνης ή να προσδώσει στην πολυουρεθάνη διαφορετικές λειτουργίες.
Οι Feng Yuelan και οι συνεργάτες του αντέδρασαν σε βιολογικό εποξειδικό σογιέλαιο με CO2 για να συνθέσουν πενταμονικό κυκλικό ανθρακικό άλας (CSBO) και εισήγαγαν διγλυκιδυλαιθέρα δισφαινόλης Α (εποξειδική ρητίνη E51) με πιο άκαμπτα τμήματα αλυσίδας για να βελτιώσουν περαιτέρω την NIPU που σχηματίζεται από το CSBO που στερεοποιείται με αμίνη. Η μοριακή αλυσίδα περιέχει ένα μακρύ εύκαμπτο τμήμα αλυσίδας ελαϊκού οξέος/λινολεϊκού οξέος. Περιέχει επίσης πιο άκαμπτα τμήματα αλυσίδας, έτσι ώστε να έχει υψηλή μηχανική αντοχή και υψηλή σκληρότητα. Μερικοί ερευνητές συνέθεσαν επίσης τρία είδη προπολυμερών NIPU με ακραίες ομάδες φουρανίου μέσω της αντίδρασης ανοίγματος ρυθμού δικυκλικού ανθρακικού διαιθυλενογλυκόλης και διαμίνης και στη συνέχεια αντέδρασαν με ακόρεστο πολυεστέρα για να παρασκευάσουν μια μαλακή πολυουρεθάνη με λειτουργία αυτοΐασης και πραγματοποίησαν με επιτυχία την υψηλή απόδοση αυτοΐασης της μαλακής NIPU. Η υβριδική NIPU όχι μόνο έχει τα χαρακτηριστικά της γενικής NIPU, αλλά μπορεί επίσης να έχει καλύτερη πρόσφυση, αντοχή στη διάβρωση σε οξέα και αλκάλια, αντοχή σε διαλύτες και μηχανική αντοχή.
3 Προοπτικές
Η NIPU παρασκευάζεται χωρίς τη χρήση τοξικών ισοκυανικών και μελετάται επί του παρόντος με τη μορφή αφρού, επικάλυψης, κόλλας, ελαστομερούς και άλλων προϊόντων, και έχει ένα ευρύ φάσμα προοπτικών εφαρμογής. Ωστόσο, οι περισσότερες από αυτές εξακολουθούν να περιορίζονται στην εργαστηριακή έρευνα και δεν υπάρχει παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Επιπλέον, με τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων και τη συνεχή αύξηση της ζήτησης, η NIPU με μία ή πολλαπλές λειτουργίες έχει γίνει μια σημαντική ερευνητική κατεύθυνση, όπως η αντιβακτηριδιακή, η αυτοεπιδιόρθωση, η μνήμη σχήματος, η επιβράδυνση φλόγας, η υψηλή αντοχή στη θερμότητα κ.ο.κ. Επομένως, η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να κατανοήσει πώς να ξεπεράσει τα βασικά προβλήματα της βιομηχανοποίησης και να συνεχίσει να διερευνά την κατεύθυνση της παρασκευής λειτουργικής NIPU.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Αυγούστου 2024