Poliuretany

Z Wikipedii

Poliuretany (PUR lub PU) to polimery powstające w wyniku addycyjnej polimeryzacji, wielofunkcyjnych izocyjanianów do amin i alkoholi. Cechą wyróżniającą poliuretany od innych polimerów jest występowanie w ich głównych łańcuchach ugrupowania uretanowe [-O-CO-NH-].

Poliuretany są polimerami łatwiej topliwymi od poliamidów, dzięki czemu łatwiej się je przetwarza, ale mają też mniejszą odporność mechaniczną. Z poliuretanów produkuje się włókna elastyczne typu lycry i elastanu, elastomery do najróżniejszych zastosowań od podeszew butów po elementy zawieszenia samochodów oraz różnego rodzaju pianki oparte na żywicach poliuretanowych. Ilościowo najważniejszym zastosowaniem poliuretanów są niewątpliwie pianki.

[edytuj] Poliuretany lite

Poliuretany lite można otrzymywać w wyniku reakcji chlorków pochodnych kwasu mrówkowego z aminami, ale dużo częściej stosuje się szybszą i wygodniejszą reakcję poliaddycji izocyjanianów z alkoholami:

Reakcja ta może przebiegać błyskawicznie, z wydzieleniem dużych ilości ciepła bez obecności katalizatorów i bez produktów ubocznych, jednakże w praktyce często występuje konieczność katalizowania reakcji. Jako katalizatory stosowane są najczęściej trzeciorzędowe aminy lub związki metaloorganiczne. Aby uzyskać lite poliuretany o w miarę dobrych własnościach mechanicznych, reakcję tę prowadzi się w temperaturze ok 0°C.

Lite poliuretany są tworzywami termoplastycznymi o niższej temperaturze topnienia od analogicznych poliamidów, ale posiadają one gorsze własności mechaniczne i nie są tak kruche jak poliamidy lite, przynajmniej w temperaturach powyżej 0°C; Są stosowane m.in. w przemyśle samochodowym (do produkcji klamek, elementów tapicerki, oraz elementów amortyzatorów), obuwnictwie do produkcji podeszew butów.

Wadą poliuretanów jest ich stosunkowo niska trwałość - wynikająca z wrażliwości wiązań uretanowych na czynniki środowiskowe - takie jak światło słoneczne i kwaśne środowisko.

[edytuj] Pianki poliureatanowe

Do syntezy pianek poliureatanowych stosuje się prawie wyłącznie aromatyczne izocyjaniany. Są to zwykle mieszaniny izomerów toluenodiizocyjanianu (głównie 2,4-diizocyjanianotoluenu) oraz metylodifenylodizocyjanian (tzw. MDI, nazwa systematyczna: 1-izocyjaniano-4-(4-izocyjanianobenzylo)benzen). TDI jest nieco mniej reaktywny i nadaje piankom większą sztywność, zaś MDI jest bardziej reaktywny i prowadzi do otrzymania pianek bardziej elastycznych. Drugim reagentem przy produkcji pianek są oligomery z grupami -OH na końcach. Są to albo poliestry albo polietery, które w technologicznej praktyce nazwa się poliolami. Nazwa poliole przyjęła się z tego względu, że niezależnie od chemicznego rodzaju surowca (poliester, polieter, glikol i in.), do otrzymania PUR (do reakcji) wykorzystuje się tylko obecność grup hydroksylowych. Pianki na bazie poliestrów są sztywniejsze i mało odporne na czynniki środowiskowe, zaś pianki na bazie polieterów są bardziej elastyczne i trwalsze.

Pianki PU wszystkich rodzajów otrzymuje się w wyniku spontanicznej reakcji między oboma wcześniej wspomnianymi grupami reagentów. Reakcję tę prowadzi się zwykle w temperaturze pokojowej przyspieszając ją dodatkowo katalizatorami, którymi najczęściej są trzeciorzędowe aminy.

Efekt spieniania uzyskuje się na trzy sposoby:

• dodawanie do układu lotnych rozpuszczalników, które parują na skutek samorzutnego ogrzewania się układu reakcji powodując powstawanie porów - aktualnie ten sposób jest w dużym stopniu zarzucony ze względu na szkodliwość dla środowiska
• przepuszczanie przez reagującą mieszaninę gazów obojętnych (zwykle azotu)
• dodawanie do układu reakcji wody - jest to obecnie najczęściej stosowana metoda - gdyż układy z wodą ulegają spienieniu całkowicie samorzutnie.

Trzeba przy tym zaznaczyć, że dodatek wody nie pozostaje obojętny na właściwości powstającego poliuretanu, gdyż zwiększa udział wiązań mocznikowych w reagującej masie. W piankach spienianych wodą, czynnikiem powodującym spienianie jest dwutlenek węgla, powstający w wyniku reakcji wody z grupami izocyjanianowymi (reakcja na przykładzie TDI:)

W drugim etapie otrzymane aminy reagują błyskawicznie z TDI, tworząc wiązania mocznikowe:

reakcja żelowania I

Równolegle wyjściowy TDI reaguje także z poliolami:

reakcja żelowania II

Obie ostatnie reakcje prowadzą razem do tworzenia się polimeru i żelowania całego układu. Proporcje między tymi trzema reakcjami, którymi steruje się poprzez dobór rodzaju katalizatora oraz udziału wody w układzie reakcji decydują o rozmiarach porów i własnościach powstającej pianki.

Pianki PU stosuje się masowo w przemyśle meblarskim (gąbki tapicerskie i materacowe), samochodowym (gąbki tapicerskie, sztywne pianki do zderzaków, elementów wystroju wnętrza i amortyzatorów) oraz obuwniczym i tekstylnym (tkaniny z podszewkami gąbczastymi, tkaniny ociepleniowe) i wreszcie stosuje się je jako gąbki do kąpieli i rozmaite materiały izolacyjne, kity uszczelniające, spoiwa i kleje.

[edytuj] Bibliografia

• George Woods, „Flexible Polyurethane Foams”, Applied Science Publishers, New Jersey, 1981