Полиуретаны
Выполнил студент группы БТС-22-31 Е.А. Пупышева
Полиуретаны: Универсальный класс
Полиуретаны представляютполимеровсобой обширный класс полимеров, которые могут сильно отличаться химической природой, строением цепи и свойствами, но неизменно содержат уретановые группы –NHCOO–. Это семейство универсальных полимеров получают из простых и сложных полиэфиров и диизоцианатов.
Состав полиуретана
•Изоцианат
•Полиол
•Различные добавки
Соотношение
компонентов определяет структуру, формат и физические свойства материала.
Терминология
Наряду с основным термином используют уточняющие названия: полиуретаны сложноэфирного типа, полиуретаны на основе простых олигоэфиров, полимочевиноуретаны. Однако для удобства применяют общий термин "полиуретан", объединяющий все полимеры с уретановой группой.
История создания полиуретана
1937 год |
1 |
Отто Бэйер и сотрудники его компании провели первые работы с полиуретаном.
1954 год
Производство полиуретана возобновилось, основываясь на диизоцианате толуола и полиолах полиэстера.
1960 год
Произведено более 45 тонн эластичных полиуретанов, что ознаменовало начало массового промышленного производства.
2 |
1939-1945 |
|
|
|
|
Вторая Мировая |
Война |
остановила |
|
|
работы. |
|
Полиуретаны |
|
|
использовались |
в |
качестве |
|
3 |
покрытия |
самолетов в |
небольших |
|
|
количествах. |
Война |
сильно |
|
|
отсрочила |
выполнение |
работ по |
|
|
производству. |
|
|
|
4 |
1956 год |
|
|
|
Компания Дюпон представила первый полиуретан для торговли в 5 США. Массовое производство подхватили компании Union Carbide и
Mobay corporation.
Объемы производства полиуретана
Российский рынок |
Импортозависимость |
Ключевые потребители |
|||||||
В |
2015-2019 |
гг. |
Изоцианаты – полностью |
Более 65% всех ПУ в РФ |
|||||
производство |
выросло |
импортируемое |
сырьё, |
потребляют три отрасли: |
|||||
на 14% (с 335 тыс. т до 381 |
полиолы |
и |
добавки |
машиностроение |
(24%), |
||||
тыс. т), спрос увеличился |
производятся |
в РФ и |
производство |
мебели |
|||||
с |
408 тыс. т до 462 тыс. т. |
ввозятся из-за рубежа. |
(23%) |
и строительная |
|||||
В |
2024 |
году |
рынок |
99% |
произведённой |
индустрия (19%). |
|
||
эластичного |
ППУ |
продукции потребляется |
|
|
|
||||
составил 145–150 |
тыс. т. |
внутри страны. |
|
|
|
|
|||
Мировой рынок
В 2023 году объём мирового рынка полиуретанов составил 76,18 млрд долларов США. Прогнозируется рост в среднем на 4,65% в период с
2024 по 2031 год.
Азия-Тихий |
Европа |
Северная |
Остальной мир |
океан |
|
Америка |
|
Способы получения полиуретанов
Полиуретаны получают реакциями полиприсоединения и поликонденсации. Практическое применение получила реакция полиприсоединения, основанная на взаимодействии диизоцианатов с соединениями, содержащими не менее двух гидроксильных групп
Атака
изоцианата
Гликоль
Диизоцианат
При взаимодействии бифункциональных мономеров образуются полимеры линейного строения. При функциональности больше двух – разветвленного или пространственного строения.
Производство
пенополиуретанов
Пенополиуретаны получают взаимодействием ди- или полиизоцианатов с простыми или сложными гидроксилсодержащими полиэфирами в присутствии воды и катализаторов. Вспенивающим агентом служит диоксид углерода, выделяющийся в результате реакции изоцианата с водой.
Катализаторы |
Вспомогате |
Типы |
Третичные амины |
льные |
пенопласто |
вещества |
в |
|
и |
Стабилизаторы |
Эластичные на |
оловоорганическ |
пены, |
основе |
ие соединения |
дополнительны |
линейных |
ускоряют |
е |
полиэфиров и |
реакцию |
вспенивающие |
жесткие на |
образования |
агенты |
основе |
пены. |
(фреоны), |
разветвленных |
|
красители. |
полиэфиров с |
|
|
большей |
|
|
степенью |
Регулирование плотности: Плотность вспененных полиуретанов регулируют изменением содержания воды. Чем больше вводится воды, тем меньше кажущаяся плотность пены.
Технологическая схема производства
Схема производства эластичного пористого полиуретана:
1,2,3, 4,7,8 – мерники; 5 – смеситель; 6 – смесительная головка; 9 – форма бумажная; 10 – туннель для вспенивания; 11 – сушильная камера; 12 – машина для нарезки блоков; 13 – этажерки; 14 – камера; 15 – резательный станок
Свойства, применение и утилизация
В зависимости от природы исходных компонентов полиуретаны могут быть термопластичными и термореактивными, мягкими и твердыми. Они обладают низким влагопоглощением, морозостойкостью, отличными адгезионными свойствами и высокой износостойкостью.
|
Строительство |
Тяжелая промышленность |
|
Ролики, втулки, |
Теплоизоляционные и |
вибрационные стенды, |
шумоизоляционные |
шкивы, валы, приводные |
панели, герметики, |
ремни, элементы |
монтажные пены, |
облицовки. |
наливные полы, изоляция |
|
трубопроводов. |
Автомобилестроение |
Медицина |
Кузовные части, элементы |
Эндопротезы, имплантаты, |
салона, амортизирующие |
стоматологические |
прокладки, набивки |
конструкции, полимерный |
сидений, обшивка салона. |
гипс, ортопедические |
|
стельки, |
|
противопролежневые |
|
матрасы. |
Мебельная индустрия
Крепежи, наполнители для мягкой мебели, декор, фурнитура, клеевые составы, пропитки.
Легкая промышленность
Эластичные волокна (лайкра, спандекс), обувная подошва, бельевая фурнитура, упаковка.
Методы утилизации Важно для потребителей
•Механическая переработка: Производственные отходы измельчают в крошку для использования как наполнитель
•Химический рециклинг: Гликолиз и гидролиз разлагают полиуретан на исходные компоненты (полиолы) для производства нового пластика
•Энергетическая утилизация: Сжигание загрязненных отходов на современных заводах с получением энергии и очисткой газов
•Биологическая утилизация: Разложение с помощью микроорганизмов (активно
исследуется)
Заключение
Феноменальное разнообразие материалов на основе полиуретанов – от эластичных пен до жёстких пластмасс и прочных эластомеров – напрямую вытекает из фундаментальной гибкости их химического строения. Целенаправленное регулирование степени сшивания макромолекул и практически безграничное комбинирование химических сегментов позволяют получать материалы с принципиально разными свойствами. Именно синергия макроскопического и молекулярного контроля реализует неисчерпаемый потенциал для структурного дизайна, что объясняет беспрецедентную универсальность и широчайшее применение полиуретанов во всех ключевых отраслях современной промышленности.