Традиционный метод производства линейных и сетчатых полиуретановых соединений основан на реакции между олигомерами с концевыми гидроксильными группами и олигомерами с концевыми изоцианатными группами. Он невыгоден из-за токсичных изоцианатов, которые получают из еще более опасного фосгена. Еще один недостаток традиционного метода – высокая пористость получаемого материала… HNIPU - революционный полиуретан, превосходящий по эксплуатационным характеристикам «стандартный»…

Традиционный метод производства линейных и сетчатых полиуретановых соединений основан на реакции между олигомерами с концевыми гидроксильными группами и олигомерами с концевыми изоцианатными группами. Данный метод является невыгодным из-за токсичных изоцианатов, которые производятся из еще более опасного компонента – фосгена.

 Еще одним недостатком традиционного метода производства полиуретана является получаемый материал, имеющий высокую пористость. Поскольку традиционная реакция образования уретана проявляет высокую чувствительность к влаге, происходит нежелательная побочная реакция с водой, что в процессе производства полиуретана приводит к образованию углекислого газа внутри материала. Эти пузырьки газа определяют повышенную пористость таких полиуретановых продуктов.

Более того, традиционные полиуретаны, образованные из изоцианатов не пригодны для использования во многих видах применений, например, композитных матричных материалах, мастиках и так далее, так как им свойственна пониженная прочность, определяемая их молекулярным составом. Внутри полимерной структуры находятся гидролитически неустойчивые химические связи, которые делают их восприимчивыми к деградации окружающей среды.

С другой стороны,
- Безизоцианатные полиуретановые сетки получаются в процессе синтеза с использованием менее вредных для окружающей среды материалов, чем изоцианаты и фосген.

- Путем изменения структуры полимера в форму безизоцианатной полиуретановой сетки внедряется перспективный метод повышения механической эффективности, а также гидролитической устойчивости при более низкой проницаемости и повышенной химической устойчивости к водным растворам кислот и щелочей, таким образом, происходит значительное расширение границ применения.

HNIPU представляет собой революционный полиуретан, совершенствующий многие эксплуатационные характеристики стандартного полиуретана, при этом устраняя проблемы здравоохранения и безопасности для окружающей среды, связанные с изоцианатами при производстве и применении традиционного полиуретана. Он может полностью заменить использование традиционного полиуретана во всех сферах применения, например, покрытия, уплотнители, клеящие материалы, некоторые виды пенопластов, прокладок.

Покрытия
В процессе развития новых технологий синтеза СС олигомеров с различными структурами происходит исследование новых возможностей производства покрытий с любыми свойствами: от самых эластичных до самых жестких. Процесс отверждения различных СС олигомеров и первичных аминных олигомеров можно изучать при помощи ИК спектроскопии, что обеспечивает всю необходимую информацию по приготовлению многих составов покрытий в соответствии с разнообразными потребностями самого широкого ассортимента промышленных, декоративных и других типов плотных монолитных покрытий.

Стойкость гибридных безизоцианатных полиуретановых покрытий (HNIPU) к химическому воздействию и непроницаемость в полтора – два с половиной раза выше, чем у покрытий из традиционного полиуретана аналогичной структуры без межмолекулярной водородной связи.

Покрытия, устойчивые к УФ
Недавно были проведены исследования различных способов синтеза устойчивых к ультрафиолету NIPU для покрытий. Уже изучены разные методы получения устойчивых к УФ олигомеров с концевыми циклокарбонатными, эпоксидными и аминными группами, а также возможности производства из них устойчивых к УФ покрытий. В результате выяснилось, что при использовании аддуктов на основе насыщенных циклокарбонатов и аминов, а также насыщенных эпоксидных полимеров, возможно производство покрытий только с ограниченной устойчивостью к УФ. Процесс отверждения NIPU:

Дальнейшие исследования показали возможности использования в этих целях акриловых NIPU. Высокая световая устойчивость акриловых смол широко известна. Из циклокарбонатного олигомера был получен NIPU путем добавления в акриловый циклокарбонат аминов. Отверждение покрытия происходит в течение 2 часов при температуре 110°C. Процесс отверждения акриловых NIPU приводится ниже:

Покрытия на основе насыщенной эпоксидной смолы приобретают легкий желтый оттенок после 100 часового УФ испытания. Поверхности из акриловых NIPU проявляют значительно более высокую устойчивость к свету и приобретают желтоватый оттенок только по прошествии 200 часов.

Использование поглотителей УФ и светостабилизаторов из стерически затрудненных аминов (HALS) дало возможность повысить устойчивость покрытий из HNIPU к УФ. По результатам климатического испытания (Florida test) покрытия остались без изменений после 2000 часов климатического воздействия.

Покрытия на основе акриловых циклокарбонатов и первичных аминов с УФ поглотителями проявили свойства, аналогичные традиционным полиуретановым покрытиям на основе гидроксил содержащих акриловых олигомеров и изоцианатов, но их механические свойства и стойкость к химическому воздействию были лучше.

Клеящие материалы и уплотнители
Полиуретановые клеящие материалы и покрытия имеют широкое применение в микроэлектронике и фотонике. Внутримолекулярная связь Н и блокировка карбонильного кислорода значительно снижает восприимчивость всей уретановой группы к гидролизу. Соединение с высокой адгезивностью к стали, стеклу (до 47 мПА) и высокой ударной вязкостью было получено на основе органосиланового пентациклокарбоната.

Синтез отверждающего вещества обеспечивался гидролизом аминопроилтриоксисилана, дифенилметоксисилана и воды. Формирование алкоксирадикалов приводит к самоконденсации силанолов, которые, в свою очередь, производят высокодиспергированную неорганическую фазу. Дендроаминосилановые отвердители дают возможность ввести силоксановые фрагменты циклокарбонато-аминные сетчатые полимеры. Дополнительный гидролиз аминосиланового олигомера созадет вторичный наноструктурный сетчатый полимер, который улучшает эксплуатационные свойства состава.

Применение клеящих веществ и уплотнителей на основе HNIPU для склеивания металлических поверхностей обладает большими потенциальными возможностями для различных областей промышленности. Новый метод воспроизведения был применен для синтеза корродирующих пассивных клеящих веществ.

Взаимопроникающие полимерные сетки (IPN) и нанокомпозиты
Использование аминосилана вместо традиционных аминных олигомеров приводит к созданию взаимопроникающих полимерных сеток (IPN) полисилоксана, полученных путем гидролитической поликонденсации силановых групп. Одновременная полимеризация формирует две взаимопроникающие сетки, которые распространяются по всей смеси, что вызывает гидролитическую поликонденсацию силановых групп.

Сетка IPN формируется на основе эпоксидных, циклокарбонатных и метакриловых олигомеров.

Полимерные нанокомпозиты (PNC) на основе матричных полимеров и наноразмерных неорганических составляющих являются альтернативой традиционным наполненным полимерам и составам. Благодаря нанометрическим размерам фазы, нанокомпозиты проявляют новые и улучшенные свойства, сохраняя ударную вязкость. Конечные свойства PNС во многом определяются индивидуальными свойствами составляющих веществ.

Особенно интересным способом охвата наночастиц является использование составов, способных формировать наночастицы «на месте» (“in situ”). Это обеспечивается использованием органосиланов и TEOS. Например, после отверждения путем перекрестных связей или вулканизации сетчатые безизоцианатные полиуретаны могут использоваться как матрицы композитных материалов, которые выполняют функции структурных компонентов.

Пенополиуретаны
Половину шестимиллиардного ежегодного рынка полиуретанов в Европе составляют пенопласты, при этом европейский рынок стремится к запрещению использования изоцианатов в области пенопластовых уплотнителей и упаковок и введению обязательного применения безизоцианатных материалов. Вспененный HNIPU обладает теми же свойствами, что и традиционный пенополиуретан. В настоящее время начались его испытания на соответствие промышленным стандартам. Генеральный менеджер отдела материалов с повышенными технологическими показателями компании EUROTECH утверждает, что пенопласт HNIPU сможет удвоить потенциал рынка HNIPU.

Термоустойчивость и другие свойства полимеров
 -гидроксиуретаны обладают низкой термоустойчивостью. Это может объясняться ослаблением связи между карбонильным углеродом и кислородом в уретановой группе из-за воздействия ОН-группы. Наиболее интересным способом повышения термоустойчивости безизоцианатного полиуретана является использование уретановых гликолей в качестве «блокированных» изоцианатов. Система отверждатеся при температуре 180ºС в присутствии катализатора. Процесс отверждения происходит следующим образом:

Покрытия обладают повышенными механическими и диэлектрическими свойствами, стойкостью к химическому воздействию. Для производства термоустойчивых составов можно применять аминосиланы и циклокарбонаты. После отвреждения «слабые» связи располагаются возле твердого сегмента, и состав становится устойчивым к повышенной температуре.

Кроме этого, такие материалы также используются в качестве:
- непористых монолитных покрытий, изоляции и подложек, которые применяются для защиты от коррозии и износа бетонных, металлических и деревянных поверхностей;
- устойчивых к гидролизу и бензину уплотнителей, применяющихся для защиты электронных устройств и их компонентов при производстве самолетов и ракет и, в особенности, гражданском строительстве;
- клеящих веществ с особой прочностью склеивания и долговечностью для соединения любых типов материалов, например, металлов, керамики, стекла и т.д.;
- высоконаполненных и армированных полимеров для гражданского строительства и химико-технологического применения.

Другие потенциальные области применения безизоцианатных полиуретановых сеток включают:

- Применение в автомобилестроении
Бамперы, приборные щиты, сиденья, отделка салона, кузов грузовых автомобилей, ремонтная паста.

- Строительное применение
Бетонные добавки, клеящие вещества, покрытия, напольные покрытия, крыши, изоляция

- Применение в судостроении
Покрытия, палубные настилы, красящие вещества, уплотнители

- Авиакосмическая промышленность
Уплотнители для самолетов/ракет, детали интерьера, синтетические негорючие пенопласты

- Потребительские товары
Бытовые приборы, обувь, мебель, игрушки.

Особым техническим преимуществом HNIPU является то, что, помимо механических свойств традиционных полиуретанов (износостойкость, прочность при растяжении, адгезивность, эластичность и т.д.), он также обладает повышенной стойкостью к химическому воздействию по сравнению с эпоксидными смолами, которым не хватает нужных механических свойств. Такое сочетание свойств в одном материале безгранично расширяет его потенциал.

При подготовке статьи использованы материалы www.specialchem4adhesives.com

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

автор:

Любовь Олиферова,
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru