Pwogrè rechèch sou poliyiretàn ki pa izosyanat
Depi entwodiksyon yo nan 1937, an poliyiretàn (PU) materyèl yo te jwenn aplikasyon pou vaste nan tout sektè divès ki gen ladan transpò, konstriksyon, petrochemicals, tekstil, mekanik ak jeni elektrik, avyon, swen sante, ak agrikilti. Materyèl sa yo itilize nan fòm tankou plastik kim, fib, elastomè, ajan WATERPROOFING, kwi sentetik, penti, adhésifs, materyèl pavaj ak founiti medikal. Tradisyonèl PU se sitou sentetiz soti nan de oswa plis isocyanates ansanm ak poliol makromolekilè ak ti ekstansyon chèn molekilè. Sepandan, toksisite nannan nan isocyanates poze risk enpòtan nan sante moun ak anviwònman an; Anplis, yo tipikman sòti nan fosgèn - yon précurseur trè toksik - ak korespondan amine matyè premyè.
Nan limyè de pouswit endistri chimik la kontanporen nan pratik devlopman vèt ak dirab, chèchè yo de pli zan pli konsantre sou ranplase isocyanates ak resous zanmitay anviwònman an pandan y ap eksplore wout sentèz roman pou an poliyiretàn ki pa izosyanat (NIPU). Papye sa a entwodui chemen preparasyon yo pou NIPU pandan y ap revize pwogrè nan divès kalite nipus ak diskite sou kandida nan lavni yo bay yon referans pou plis rechèch.
1 sentèz ki pa izosyanat an poliyiretàn
Premye sentèz ki ba konpoze pwa molekilè carbamate lè l sèvi avèk carbonates monocyclic konbine avèk dyamin alifatik ki te fèt aletranje nan ane 1950 yo-ki te fè yon moman esansyèl nan direksyon pou sentèz an poliyiretàn ki pa izosyanat. Kounye a gen egziste de metodoloji prensipal pou pwodwi NIPU: premye a enplike nan reyaksyon adisyon etap ant binè carbonates siklik ak amin binè; Dezyèm lan enplike reyaksyon polikondansasyon ki enplike entèmedyè dyurethane ansanm ak diols ki fasilite echanj estriktirèl nan carbamates. Entèmedyè Diamarboxylate ka jwenn nan swa carbonate siklik oswa dimethyl carbonate (DMC) wout; Fondamantalman tout metòd reyaji atravè gwoup asid kabonik ki bay fonksyonalite carbamate.
Seksyon sa yo elabore sou twa apwòch distenk nan sentèz an poliyiretàn san yo pa itilize isocyanate.
1.1binè wout carbonate carbonate
NIPU ka sentetiz nan ajoute etap ki enplike binè carbonate siklik makonnen ak amine binè kòm ilistre nan Figi 1.
Akòz plizyè gwoup idroksil prezan nan repete inite ansanm estrikti prensipal chèn li yo metòd sa a jeneralman bay sa ki te rele polyβ-idroksi an poliyiretàn (PHU). Leitsch et al., Devlope yon seri de poliether Phus anplwaye siklik carbonate-tèmine poliethers ansanm ak amin binè plis molekil ti sòti nan binè carbonates siklik-konpare sa yo kont metòd tradisyonèl yo itilize pou prepare poli pi. Rezilta yo endike ke gwoup idroksil nan PHUs fasilman fòme lyezon idwojèn ak nitwojèn/atòm oksijèn ki sitiye nan mou/segman difisil; Varyasyon nan mitan segments mou tou enfliyanse konpòtman idwojèn lyezon kòm byen ke degre separasyon mikwofaz ki imedyatman afekte karakteristik pèfòmans jeneral.
Tipikman ki fèt anba tanperati ki depase 100 ° C wout sa a jenere pa gen okenn pwodwi pa-pandan pwosesis reyaksyon fè li relativman sansibl nan direksyon imidite tou ki bay pwodwi ki estab dépourvu nan enkyetid volatilité sepandan nesesite Solvang òganik karakterize pa polarite fò tankou Dimethyl sulfoxide (DMSO), N-D-D-d-d-d-d-d- Yon jou jiska senk jou souvan sede pi ba pwa molekilè souvan tonbe kout anba papòt alantou 30k g/mol rann gwo-echèl pwodiksyon defi akòz lajman atribiye tou de depans segondè ki asosye ladan yo makonnen fòs ensifizan ekspoze pa phus rezilta malgre aplikasyon pwomèt spanning amortisman domèn
1.2monocylic wout carbonate
Monocylic carbonate reyaji dirèkteman ak diamin ki kapab lakòz dicarbamate posede idroksil fen-gwoup ki Lè sa a, subi espesyalize transesterifikasyon/polycondensation entèraksyon ansanm ak Diols finalman génération yon NIPU struktural tokay tradisyonèl yo montre vizyèlman via Figi 2.
Souvan travay variants monocylic gen ladan ethylene & propilèn substrats gazeuz kote ekip Zhao Jingbo a nan Beijing University of Chimik Teknoloji angaje divès di diamin reyaji yo kont di antite siklik okòmansman jwenn varye estrikti-dicarbamate entèmedyè anvan yo kontinye sou yo pa gen okenn. Konfli fòmasyon siksè liy pwodwi respektif ki montre enpresyonan tèmik/pwopriyete mekanik rive egal pwen k ap fonn plan alantou ranje pwolonje apeprè125 ~ 161 ° C fòs rupture pik tou pre24MPA pousantaj elongasyon aprè1476%. Wang et al., Menm jan an tou konbinezon ki gen ladan DMC pè respektivman w/hexamethylenediamine/cyclocarbonated precursors sentèz idroksi-tèmine dérivé Encommansing13k ~ 28k g/mol fòs rupture fluctuating9 ~ 17 MPa elongations varye35%~ 235%.
Estè siklokarbonik angaje efektivman san yo pa egzije katalis nan kondisyon tipik kenbe tanperati porte apeprè80 ° TO120 ° C transesterifikasyon ki vin apre anjeneral anplwaye sistèm kataliz ki baze sou organotin asire pwosesis optimal pa depase200 °. Beyond efò kondansasyon sèlman ki vize entrain diolic ki kapab pwòp tèt ou-polimerizasyon/fenomèn deglikolis fasilite jenerasyon vle rezilta rann metodoloji natirèlman ekolojik-zanmi majorite bay methanol/ti-molekil-diolic résidus konsa prezante altènatif solid k ap deplase pi devan.
1.3Dimethyl wout carbonate
DMC reprezante yon altènatif ekolojik son/ki pa toksik prezante anpil aktif moso fonksyonèl enklizif methyl/methoxy/carbonyl konfigirasyon amelyore pwofil reyaktivite siyifikativman pèmèt premye zak ki fè DMC reyaji dirèkteman w/diamines ki fòme pi piti metil-karbamin tèmine entèmedyè swiv apre apre sa, yo te swiv pi piti metil-carbamate entèmedyè ki te swiv apre yo finn apre yo te finn methyl-carbamate entèmedyè swivi apre yo finn apre yo te finn methyl-carbamate entèmedyè ki te swiv apre yo finn apre yo te finn metil-karbamin ki swiv apre yo te finn metil-karbamin ki swiv apre yo te finn metil-karbamin ki swiv apre yo te finn metil-karbamin ki swiv apre yo te finn metil-karbamin ki swiv apre yo te finn ka pase nan men apre yo finn metil yo te swiv apre yo te finn ka pase nan men yo te swiv apre yo finn ka pase nan men yo te swiv apre yo finn ka pase nan men yo. Ti-chèn-extender-diolics/pi gwo-polyol elektè ki mennen evantyèlman aparisyon t'ap chache-apre estrikti polymère visualized kòmsadwa via Figure3.
Deepa et.al kapitalize sou dinamik susmansyone swe katalize sodyòm methoxide orchestrating divès fòmasyon entèmedyè imedyatman angaje ekstansyon vize abouti seri ekivalan-segman konpozisyon ki rive pwa molekilè apwoksimatif (3 ~ 20) x10^3g/mol tranzisyon an vè tanperati spanning (70- Pan Dongdong chwazi pèrsyalizasyon estratejik ki gen ladan DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols reyalize rezilta notables manifeste rupture-fòs metrik osile10-15MPA elongasyon rapò apwoche1000%-1400%. Envestigatif akitivite ki antoure diferan chèn-pwolonje enfliyans devwale preferans favorableman aliyen butanediol/ hexanediol seleksyon lè atomik-nimewo égalité konsève asanble pwomosyon lòd cristalinity amelyorasyon obsève nan tout moun ki te fè fas a. eksplorasyon AT230 ℃. Kondisyon pou sòlvan kidonk minimize kouran dechè yo limite sèlman metanol/ti-molekil-efluan ki etabli paradigms sentèz vèt an jeneral.
2 diferan segments mou nan ki pa izosyanat an poliyiretàn
2.1 poliherethane poliher
Polyether an poliyiretàn (PEU) se lajman itilize paske nan enèji ki ba Jwenti li yo nan lyezon etè nan segman mou inite repete, wotasyon fasil, ekselan fleksibilite tanperati ki ba ak rezistans idroliz.
Kebir et al. Synthesized poliherethane poliyiretàn ak DMC, PE glycol ak butanediol kòm matyè premyè, men pwa a molekilè te ba (7 500 ~ 14 800g/mol), TG te pi ba pase 0 ℃, ak pwen an k ap fonn te tou ki ba (38 ~ 48 ℃), ak fòs la ak lòt moun yo te tou ki ba yo te tou ki ba (38 ~ 48 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃) Gwoup rechèch Zhao Jingbo a te itilize ethylene carbonate, 1, 6-hexanediamine ak polietilèn glycol pou fè sentèz PEU, ki gen yon pwa molekilè nan 31 000g/mol, fòs rupture nan 5 ~ 24MPA, ak elongasyon nan repo 0.9% ~ 1 388%. Pwa molekilè nan seri a sentèz nan an poliyiretàn aromat se 17 300 ~ 21 000g/mol, TG a se -19 ~ 10 ℃, pwen an k ap fonn se 102 ~ 110 ℃, fòs la rupture se 12 ~ 38MPA, ak pousantaj la rekiperasyon elastik nan 200% elongasyon konstan se 69% ~ 8%.
Gwoup rechèch la nan Zheng Liuchun ak Li Chuncheng prepare entèmedyè a 1, 6-hexamethylenediamin (BHC) ak carbonate dimetil ak 1, 6-hexamethylenediamine, ak polikondansasyon ak diferan molekil tou dwat chèn ak polytetrahydrofofi. Yo te prepare yon seri de poliyiretàn poliherether (NIPEU) ak wout ki pa izocyanate, epi yo te rezoud pwoblèm nan retrè nan entèmedyè pandan reyaksyon an. Estrikti a ak pwopriyete nan poliyiretàn tradisyonèl poliherethane (HDIPU) prepare pa NIPEU ak 1, 6-hexamethylene diisocyanate te konpare, jan yo montre nan tablo 1.
| Echantiyon | Hard segman mas fraksyon/% | Pwa molekilè/(g·mol^(-1)) | Endèks molekilè distribisyon pwa | Fòs rupture/MPa | Elongasyon nan kraze/% |
| 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 |
Tablo 1
Rezilta yo nan tablo 1 montre ke diferans ki genyen estriktirèl ant NIPEU ak HDIPU yo sitou akòz segman a difisil. Se gwoup la ure ki te pwodwi pa reyaksyon an bò nan NIPEU owaza entegre nan segman a difisil chèn molekilè, kraze segman a difisil yo fòme te bay lòd idwojèn lyezon, sa ki lakòz lyezon idwojèn fèb ant chenn yo molekilè nan segman a difisil ak kristalinite ki ba nan segman a difisil, sa ki lakòz separasyon faz ki ba nan nipe. Kòm yon rezilta, pwopriyete mekanik li yo se pi mal pase HDIPU.
2.2 Polyester an poliyiretàn
Polyester an poliyiretàn (PETU) ak Polyester diols kòm segments mou gen bon biodégradabilité, biocompatibility ak pwopriyete mekanik, epi yo ka itilize yo prepare echafodaj jeni tisi, ki se yon materyèl byomedikal ak gwo aplikasyon kandida. Polyester diols souvan yo itilize nan segments mou yo polibutilèn adipate diol, poliglikol adipate diol ak polycaprolactone diol.
Byen bonè, Rokicki et al. reyaji carbonate ethylene ak diamin ak diferan diols (1, 6-hexanediol, 1, 10-n-dodecanol) jwenn diferan NIPU, men NIPU a sentetize te pi ba pwa molekilè ak pi ba TG. Farhadian et al. Prepare carbonate polisiklik lè l sèvi avèk lwil grenn tounsòl kòm materyèl anvan tout koreksyon, Lè sa a, melanje ak biyo ki baze sou poliamin, kouvwi sou yon plak, ak geri nan 90 ℃ pou 24 h jwenn tèrmosetting polyester fim an poliyiretàn, ki te montre bon estabilite tèmik. Gwoup rechèch la nan Zhang Liqun soti nan Sid Lachin University of Technology sentetiz yon seri de diamines ak carbonates siklik, ak Lè sa a, kondanse ak biobased dibasic asid jwenn biobased polyesthane polyurethane. Gwoup rechèch Zhu Jin nan Ningbo Enstiti pou Rechèch Materyèl, Akademi Chinwa Syans Prepare Diaminodiol segman difisil lè l sèvi avèk hexadiamin ak carbonate vinil, ak Lè sa a, polikondans ak biyo ki baze sou asid DIBASIC jwenn yon seri de poliérethane. Gwoup rechèch la nan Zheng Liuchun ak Li Chuncheng itilize asid adipik ak kat diol alifatik (butanediol, hexadiol, octanediol ak decanediol) ak diferan nimewo kabòn atomik yo prepare korespondan yo polyester diols kòm segments mou; Yo te jwenn yon gwoup ki pa izosyanat polyesthane poliurethane (PETU), ki te nonmen apre kantite atòm kabòn nan diol alifatik, nan polikondans k ap fonn ak idroksi-sele segman difisil prepolymer a prepare pa BHC ak Diols. Pwopriyete mekanik PETU yo montre nan tablo 2.
| Echantiyon | Fòs rupture/MPa | Modil elastik/MPA | Elongasyon nan kraze/% |
| 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 |
Tablo 2
Rezilta yo montre ke segman an mou nan PETU4 gen dansite ki pi wo carbonyl, pi fò kosyon an idwojèn ak segman a difisil, ak degre nan separasyon faz ki pi ba. Kristalizasyon nan tou de segments yo mou ak difisil limite, ki montre ki ba pwen k ap fonn ak fòs rupture, men elongasyon ki pi wo a nan kraze.
2.3 polikarbonat an poliyiretàn
Polycarbonate an poliyiretàn (PCU), espesyalman alifatik PCU, gen ekselan rezistans idroliz, rezistans oksidasyon, bon estabilite byolojik ak biocompatibility, e li gen bon aplikasyon kandida nan jaden an nan biomedicine. Kounye a, pi fò nan NIPU prepare a sèvi ak poliol poliether ak polyols Polyester kòm segments mou, e gen kèk rapò rechèch sou polikarbonat an poliyiretàn.
Polikarbonat ki pa izosyanat an poliurethane prepare pa gwoup rechèch Tian Hengshui a nan Sid Lachin University of Technology gen yon pwa molekilè ki gen plis pase 50 000 g/mol. Enfliyans nan kondisyon reyaksyon sou pwa molekilè nan polymère a te etidye, men pwopriyete mekanik li yo pa te rapòte. Gwoup rechèch Zheng Liuchun ak Li Chuncheng prepare PCU lè l sèvi avèk DMC, Hexanediamine, Hexadiol ak Polycarbonate Diols, ak yo te rele PCU dapre fraksyon nan mas nan segman a difisil repete. Pwopriyete mekanik yo montre nan tablo 3.
| Echantiyon | Fòs rupture/MPa | Modil elastik/MPA | Elongasyon nan kraze/% |
| 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 |
Tab 3
Rezilta yo montre ke PCU gen gwo pwa molekilè, jiska 6 × 104 ~ 9 × 104g/mol, k ap fonn pwen jiska 137 ℃, ak fòs rupture jiska 29 MPa. Ka sa a kalite PCU dwe itilize swa kòm yon plastik rijid oswa kòm yon elastomèr, ki gen yon bon aplikasyon pwospè nan jaden an byomedikal (tankou echafodaj jeni tisi imen oswa materyèl implant kadyovaskilè).
2.4 ibrid ki pa izosyanat an poliyiretàn
Hybrid ki pa izosyanat an poliyiretàn (ibrid NIPU) se entwodiksyon de résine epoksidik, acrylate, silica oswa siloksan gwoup nan fondasyon an poliyiretàn molekilè yo fòme yon rezo interpenetrating, amelyore pèfòmans nan an poliyiretàn oswa bay polilèn yo diferan fonksyon.
Feng Yuelan et al. Lwil oliv ki te reyaji ki te reyaji ak CO2 pou fè sentèz carbonate siklik pentamonik (CSBO), ak prezante bisfenol yon etè Diglycidyl (epoksidik rezin E51) ak plis segman chèn rijid pou amelyore NIPU ki te fòme pa CSBO solidifye ak amin. Chèn molekilè a gen yon segman chèn long fleksib nan asid oleik/asid linoleik. Li tou gen plis segments chèn rijid, se konsa ke li gen segondè fòs mekanik ak segondè severite. Gen kèk chèchè tou sentetiz twa kalite prepolymers NIPU ak gwoup fen furan nan reyaksyon an pousantaj-ouvèti nan carbonate glycol dyetilèn glycol ak dyamin, ak Lè sa a, te reyaji ak Polyester enstore yo prepare yon polyurethane mou ak fonksyon pwòp tèt ou-geri, ak avèk siksè reyalize efikasite nan segondè pwòp tèt ou-geri a nan mou-geri. Hybrid Nipu pa sèlman gen karakteristik sa yo nan Jeneral Nipu, men tou, ka gen pi bon Adhesion, asid ak alkali rezistans korozyon, rezistans sòlvan ak fòs mekanik.
3 pespektiv
NIPU prepare san yo pa itilize nan isocyanate toksik, epi li se kounye a ke yo te etidye nan fòm lan nan kim, kouch, adezif, elastomèr ak lòt pwodwi, e li gen yon pakèt domèn kandida aplikasyon. Sepandan, pi fò nan yo toujou limite a sa sèlman rechèch laboratwa, e pa gen okenn pwodiksyon gwo-echèl. Anplis de sa, ak amelyorasyon nan estanda k ap viv moun yo ak kwasans lan kontinyèl nan demann, NIPU ak yon fonksyon sèl oswa fonksyon miltip te vin yon direksyon rechèch enpòtan, tankou anti-bakteri, pwòp tèt ou-reparasyon, memwa fòm, rezistan flanm dife, rezistans segondè chalè ak sou sa. Se poutèt sa, rechèch la nan lavni ta dwe atrab ki jan yo kraze nan pwoblèm kle yo nan endistriyalizasyon yo e yo kontinye eksplore direksyon an nan prepare fonksyonèl NIPU.
Post tan: Aug-29-2024