Полиуретаны: общие сведения

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования РФ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

им. М.В. Ломоносова

Реферат на тему:

«Полиуретаны»

Работу выполнил

студент группы ХТ-314

Зевакин А.

Руководитель работы

Кандырин К.Л.

Москва - 2005

Общая информация

Термопластичный полиуретан

Термопластичный полиуретан - эластомер с твердостью от 50 ед. по Шору А до 74 ед. по Шору Д;

Отличительные свойства материала:

- устойчивость к истиранию;

- эластичность и устойчивость к изгибу;

- устойчивость к разрыву и раздиру;

- морозоустойчивость;

- пониженная остаточная деформация после продолжительного действия нагрузки;

- устойчивость к маслам, жирам, алифатическим углеводородам, кислотам и озону;

- устойчивость к действию микроорганизмов и гидролизу.

Химическое строение

Химическая формула термопластичного полиуретана:

Получение

Полиуретан синтезируется путем реакции между тремя компонентами:

1. Полиолы (длинноцепные диолы)

2. Диизоцианаты

3. Короткоцепные диолы

По реакции полиприсоединения полиолы и короткоцепные диолы реагируют с диизоцианатами, образуя линейный полиуретан. Мягкая часть эластомера (эластичный сегмент) получается при реакции полиола с диизоционатом. Комбинация диизоцианата и короткоцепного диола образует жесткую часть (жесткий сегмент).

Молекулярная цепочка термопластичного полиуретана схематично представлена на рис. 1.

= Остаток длинноцепного диола

= Остаток короткоцепного диола

= Остаток диизоцианата

= Уретановая группа рис.1

Свойства конечного продукта определяются видом сырья, условиями реакции и соотношением количества исходных материалов. Твердость конечного продукта - соотношением эластичного и жесткого сегментов. Свойства термопластичного полиуретана существенно зависят от применяемых при его производстве полиолов и изоционатов. Продукты отличаются следующими особенностями:

Сложный полиэфир-полиол:

* очень хорошие прочностные свойства;

* очень хорошая тепловая формоустойчивость;

* очень хорошая стойкость к минеральным маслам и гидравлическим жидкостям.

Простой полиэфир-полиол:

* повышенная устойчивость к гидролизу;

* повышенная морозостойкость;

* устойчивость к действию микробов.

Полиэфир угольной кислоты (карбонат):

* повышенная устойчивость к гидролизу;

* повышенная эластичность при отрицательных температурах;

* устойчивость к действию микробов.

Алифатический изоционат:

* повышенная устойчивость к УФ излучению;

* повышенная эластичность при отрицательных температурах;

Вспомогательные добавки

Кроме основных компонентов сорта полиуретана могут содержать вспомогательные вещества для облегчения переработки и улучшения свойства конечного продукта:

* средства для облегчения выемки;

* огнезащитные средства;

* УФ-стабилизаторы;

* пластификаторы;

* противомикробные добавки;

* добавки отпугивающие грызунов;

* стекловолокно;

Физические свойства

Проверка свойств, образцы

Механические свойства полиуретана базируются на результатах испытаний специально отлитых для этой цели образцов. Перед переработкой гранулят высушивается. Все испытания проводятся на образцах, которые предварительно подвергались тепловой обработке в течение 20 час. при 100°С (отжиг), а затем выдерживались 24 час. при 23°С и относительной влажности 50% (кондиционирование).

Установленные таким образом свойства не всегда могут быть отнесены к свойствам готовых изделий.

В различной степени на физические свойства влияют следующие факторы: тип продукта; режимы изготовления и переработки; ориентация макромолекул и наполнителей; внутренние напряжения;

содержание влаги.

Модуль упругости

Современная технология позволяет призводить полиуретан с широким интервалом модуля упругости.

Рис. 2 показывает область модуля упругости для ТПУ в сравнении с другими материалами.

Модуль упругости [МПа] является мерой жесткости материала. Он представляет собой постоянную величину и определяется в интервале относительного удлинения от 0,05% до 0,25%.

Сравнение модуля упругости ТПУ с другими материалами

рис.2 Модуль упругости [ МПа ]

Твердость полиуретанов указывается целыми числами от О до 100 с буквами А или D. Определение проводится по шкале Шор А и Шор D согласно ДИН 53505. Под твердостью по Шору понимается сопротивление материала вдавливанию наконечника определенной формы под действием силы давления пружины. Чем больше число, тем выше твердость. Буква А определяет более мягкие значения, буква Д -более твердые, причем области пересекаются.

На рис.3 представлена взаимозависимость шкал твердости по Шору А и D.

Твердость

Шор А

Твердость Шор D рис.3

Плотность полиуретана обычно лежит в пределах 1,1 - 1,2 г/см3 для обычных сортов и 1,27 - 1,38 г/см3 для стеклонаполненных сортов.

Теплостойкость [Викат B50] ненаполненных сортов 60 - 90 0С., стеклонаполненных 90 - 120 0С.

Теплопроводность [Вт /м К] меняется взависимости от твердости, от 0,19 - для мягких сортов, до - 0,25 для твердых.

Износостойкость определяется как потери объёма при истирании [мм3]. 30 - 35 мм3 для мягких сортов и 20 - 30 мм3 для твердых.

Химическая устойчивость

Химическая устойчивость в большой степени зависит от вида, времени действия, температуры, количества и концентрации действующего агента.Кислоты и щелочи. Концентрированные кислоты и растворы щелочей воздействуют на полиуретан уже при комнатной температуре. Контакт с этими реагентами не должен допускаться. К разбавленным кислотам и растворам щелочей полиуретан при комнатной температуре устойчив.

Насыщенные углеводороды.

При контакте полиуретана с насыщенными углеводородами, такими как дизельное топливо, изооктан, петролейный эфир, керосин имеет место обратимое набухание, которое при комнатной температуре составляет примерно 1-3% и связано со снижением предела прочности на разрыв максимально на 20%. После испарения и исчезновения набухания исходные механические свойства почти полностью восстанавливаются.

Ароматические углеводороды

В ароматических углеводородах, таких, как бензол и толуол, полиуретан не стоек даже при комнатной температуре и набухает до 50% с ухудшением механических свойств.

Смазочные масла и жиры

Испытательные масла № 1, 2 и 3 по ASTM не приводят при комнатной температуре к потере прочности. Снижение прочности не наблюдалось, так же, и после хранения в течение 5-ти недель при 80°С в ASTM маслах № 2 и 3. Испытания с ASTM маслом № 1 при 80°С показали после нескольких недель медленное снижение прочности на разрыв. К смазочным жирам и моторным маслам полиуретан устойчив даже при высоких температурах, причем набухание в них очень мало.

Растворители

Алифатические спирты, такие, как метанол,этанол и изопропанол, вызывают набухание полиуретана и соответствующее снижение прочности на разрыв. Повышенные температуры усиливают этот эффект. Кетоны, такие, как ацетон, метилэтилкетон и циклогексанон, являются растворителями для термопластичных полиуретанов. Для продолжительного использования в среде этих растворителей термопластичный полиуретан не годится. Действие алифатических эфиров, таких, как этилацетат и бутилацетат, приводит к сильному набуханию. Высокополярные органические растворители, как например Н-метилпирролидин и тетрагидрофуран (ТГФ) растворяют термопластичные полиуретаны.

Устойчивость к действию микробов

Термопластичные полиуретаны на основе сложных полиэфиров предполагают опасность разложения под продолжительным действием микробов при высокой влажности в тепле. В таком климате микроорганизмы быстро размножаются. Выделяемые ими при этом ферменты приводят к разрыву эфирных связей и разрушению пластмассовой детали. При этом установлено точечное поражение, в противоположность гидролитическому разложению, которое происходит по всей наружной поверхности. Полиуретаны на основе простых полиэфиров устойчивы к действию микробов.

Полиуретановые волокна

Спандекс, синтетические волокна, формуемые из растворов или расплавов полиуретанов или методом т. н. химического формования (полиуретан образуется из диизоцианата и диамина непосредственно в процессе волокнообразования).

По механическим показателям полиуретановые волокна резко выделяются среди других видов химических и натуральных волокон и во многом сходны с резиновыми нитями. Для них характерны высокое удлинение, низкий модуль упругости, способность к упругому восстановлению в исходное состояние за очень короткое время. При 120 °С, особенно в растянутом состоянии, происходит значительная потеря прочности полиуретанов. Поэтому чистку и крашение изделий из полиуретанов проводят при температурах не выше 90 °С. Под действием света полиуретаны желтеют (этого в значительной степени можно избежать применением светостабилизаторов), а их механические свойства изменяются незначительно. Полиуретановые волокна довольно устойчивы к действию гидролитических агентов во время отделки, стирки, крашения; стойки в маслах, хлорсодержащих органических растворителях, кислотах, щелочах.

П. в. перерабатывают в чистом виде или в смеси с натуральными или с др. видами химических волокон. Последние идут главным образом на оплётку полиуретановой нити, которая предохраняет стержневую нить от действия света. Для получения тканей используется пряжа, состоящая из 5-20% полиуретановых волокон и 80-95% нерастяжимых волокон. Из тканей изготовляют рубашки, блузки, спортивные костюмы, плащи, корсетные изделия и др. химический полиуретан

Полиуретановые волокна известны под торговыми названиями: ликра, вайрин (США), эспа, неолан (Япония), спанцель (Великобритания), ворин (Италия) и др.

1. Размещено на www.allbest.ru