О полиуретане
(на главную)

Строение полиуретана. На чем основан широкий спектр свойств полиуретана.

 

Первой и основной характеристикой полиуретана является то, что это - полимер.

Полимер - вещество из большого числа однородных макромолекул, связанных физическими связями. Макромолекула - это индивидуальное химическое соединение большого количества одинаковых мономеров. Мономеры состоят из связанных между собой ядер атомов. Макромолекулы могут быть разветвленными, иметь разную длину и строение.

И свойства полимеров, определяются уже не только

  • строением мономеров (а именно,составляющих их атомов), но и
  • строением звеньев и цепей макромолекулы,
  • размерами и конфигурацией макромолекул и их составляющих, а также
  • взаимодействием между ними.

  • Исходный мономер, используемый при синтезе полиуретана.

    Синтез полиуретана основан на применении изоцианатов. В результате взаимодействия изоцианатов с гликолями образуется линейный полиуретан, содержащий в основной цепи макромолекул характерные уретановые группы. Изоцианаты обладают уникальной реакционностью и способностью ко многим химическим связям. Данная специфика основного мономера определяет разнообразие химических связей в цепях и химических превращений полиуретанов. Это дает возможность получать материалы с самыми разнообразными свойствами в рамках одного класса полимеров (полиуретанов).

    Удлиннение макромолекулы полиуретана.

    В результате дальнейших реакций (взаимодейсвия полиуретановых молекул с водой и диаминовыми группами) происходит удлиннение молекулярных цепей с образованием мочевинной группировки. Так получают высокомолекулярные полиуретаны, в основной цепи которых чередуются уретановые и мочевинные группы.

    Длина макромолекул на несколько порядков больше поперечных размеров (диаметр линейных макромолекул 0,4-2,0 нм, а длина достигает 1000 нм). При таком соотношении длины и поперечного сечения макромолекула проявляет гибкость и сегментальную подвижность. Например, даже металл при таком соотношении размеров обретает гибкость (металлическая проволока).

    Гибкость макромолекулы определяется вращением отдельных участков ее цепи вокруг химических связей. От нее зависят эластичность и жесткость, морозостойкость и теплостойкость, физическое состояние полиуретана при заданной температуре и другие свойства.

    Разнообразие химических связей в цепях макромолекул полиуретана.

    Отличительной особенностью полиуретанов является то, что эти полимеры не являются соединениями, в цепи которых имеется только один характерный тип связей. В ряде случаев концентрацию уретановых связей в полимере можно сопоставить с концентрацией связей других типов. Именно многообразие химических связей во многом определяет структуру, химические и физические свойства полиуретанов.

    Многообразие связей объясняется тем, что при получении конкретных полиуретановых материалов (видов полиуретана), особенно трехмерного строения, протекает большое количество побочных реакций, имеющих техническое значение. В уретановых, мочевинных, амидных и других группах присутствуют реакционноспособные атомы водорода, которые при повышении температуры взаимодействуют с изоцианатами и образуют новые группировки (новые хмические связи, ветвления и сшивки молекул).

    Управление химическими реакциями происходит посредством варьирования температуры и использования разнообразных катализаторов.

    Надмолекулярные структуры полиуретана.

    В результате межмолекулярного взаимодейтсвия образуются структуры, являющиеся различными формами упорядочения во взаимном расположении макромолекул (надмолекулярная структура полимеров). Материалы, имеющие разные надмолекулярные структуры различаются по свойствам. Изменяя надмолекулярную структуру можно изменять свойства конечного изделия из полиуретана. Так как формы надмолекулярных структур зависят не только от строения полиуретана и условий синтеза, но и от параметров техпроцесса изготовления изделия (напряжением и скоростью сдвига, температурами формования и охлаждения, типом используемого растворителя).

    Таким образом, формирование свойств конечного продукта определяется на стадии выбора исходных соединений для получения полиуретана, на стадии синтеза полиуретана, а также на стадии формования конечного изделия. Это объясняет столь широкий спектр свойств изделий из полиуретана и широкое применение этого материала в промышленности.

     

    Санкт-Петербург, пр. Стачек, д. 47, тел./факс: (812) 647-63-60, e-mail: main@polimer-tech.ru.