Физические межмолекулярные связи в полиуретанах

Как было отмечено, ПУ в зависимости от химического строения исходных компонентов могут содержать различные группы. К этим группам следует отнести углеводородную

(-СН2-), простую эфирную (-О-), сложноэфирную (-СОО-), ароматическую (-С6Н4-), амидную (-СОNН-), уретановую (-ОСОNН-), которые отличаются степенью полярности, а следовательно, и прочностью образованных ими физических связей. Прочность этих связей определяется энергией когезии, величина которой для перечисленных групп приведена ниже.

Как видно, сильные межмолекулярные связи могут возникать при наличии в полимерах уретановых и амидных групп. Наличие ароматических и сложноэфирных групп способствует возникновению между макромолекулами достаточно сильных физических связей. Вместе с тем нельзя недооценивать и роль слабых (ван-дер-ваальсовых) связей, роль которых особенно велика при отсутствии или малой концентрации сильнополярных функциональных групп. Естественно, что наличие в цепи только полярных групп еще не обеспечивает возникновения межмолекулярных физических связей с максимально возможной степенью интенсивности. Важным фактором является определяемая химическим строением цепей возможность их геометрического упорядочения, поскольку сила физической связи будет характеризоваться и взаимным расположением взаимодействующих групп. Кроме того, мощным регулятором интенсивности межмолекулярных взаимодействий в ПУ является молекулярная масса исходного олигоэфиргликоля. Увеличение молекулярной массы последнего влечет за собой понижение концентрации уретановых групп и одновременно с этим уменьшение количества сильных физических связей. При этом следует учитывать наличие в уретановых группах активного атома водорода, способного играть роль донора и участвовать в образовании водородных связей (Н-связей). В Н-связей акцептором протона является карбонильный кислород уретановой и сложноэфирной групп либо кислород простой эфирной группы. Какой из типов Н-связей реализуется в наибольшей степени, зависит от химического строения цепи ПУ и количественного соотношения участвующих в образовании Н-связей функциональных групп. Кроме того, наличие в цепи ПУ мочевинных групп, что встречается часто, также создает условия для образования Н-связей. Присутствие в ПУ аллофанатных, биуретовых, ацилмочевинных и других групп обусловливает новые возможности для образования Н-связей. Природа и характер распределения физических связей (включая и Н-связи) являются важными для физикохимии ПУ; их взаимосвязь со структурой и свойствами ПУ очень велика.

Классификация и свойства полиуретанов.

В зависимости от природы исходных компонентов и строения макромолекул полиуретаны могут быть термопластичными и тер­мореактивными, пластичными и хрупкими, мягкими и твердыми.

Линейные полиуретаны на основе низкомолекулярных гликолей обладают способностью к волокнообразованию и упрочнению во­локон при вытяжке за счет ориентации макромолекул и увеличе­ния степени кристалличности полимера. Прочность линейных полиуретанов обусловлена в значитель­ной степени наличием водородных "связей, возникающих между полярными карбонильными и иминными группами соседних макро­молекул. Уменьшение количества таких межмолекулярных водо­родных связей способствует снижению степени кристалличности полимера, а следовательно, и снижению его температуры размяг­чения и механической прочности. Присутствие фениленовых групп в макромолекуле способствует повышению жесткости и темпера­туры плавления полимера.

Атомы кислорода в главных цепях полиуретанов вызывают снижение температуры плавления (размягчения) линейных поли­уретанов и улучшают растворимость их в органических раствори­телях. Присутствие атомов кислорода в цепи делает полиуретаны более эластичными (гибкими) и, следовательно, легко пере­рабатываемыми в изделия. Полиуретаны стойки к действию агрессивных сред, имеют низкое влагопоглощение, достаточную морозостойкость, хорошие адгезионные свойства и высокую износо­стойкость. Все эти свойства обусловили широкое применение поли­уретанов в народном хозяйстве.

Из полиуретанов изготовляют эластичные, устойчивые к ста­рению волокна и пленки. Для получения защитных покрытий и эмалирования проводов используют полиуретановые клеи и лаки, обладающие высокой теплостойкостью, водо- и атмосферостой-костью. Широкое применение находят полиуретановые эластомеры на основе олигомерных простых и сложных полиэфирполиолов с молекулярной массой 1000—3000. Они обладают масло- и бензо-стойкостью, высокой эластичностью, сочетающейся с относительно большой прочностью [относительное удлинение при разрыве 500— 1000%, разрушающее напряжение при растяжении 19,6— 49,0 МН/м² (200—500 кгс/см²)]. Полиуретановые эластомеры от­личаются высокой стойкостью к истиранию, что очень важно при эксплуатации таких изделий, как шины, конвейерные ленты для горнодобывающей промышленности и т. п.

Мы видим, что, варьируя состав компонентов и особенности технологии, мы можем получить полиуретан, обладающий различными свойствами, но давайте, все же, познакомимся с его основными характеристиками и особенностями.

Показатель Величина для различных марок пенополиуретана Кажущаяся плотность, кг/м. 18–300 Разрушающее напряжение, МПа, не менее при сжатии 0.15–1.0, при изгибе 0.35–1.9 Теплопроводность, Вт/м·К не более 0.019–0.03 Количество закрытых пор не менее 85–95 Водопоглощение, объемные % 1.2–2.1 Горючесть ГОСТ 12.1.044 (трудногорючие)

Безусловно, полиуретаны обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Вот некоторые из них:

.	обладает наиболее низким коэффициентом теплопроводности среди теплоизолирующих материалов;
.	может быть напылен за одно нанесение слоем от 1 до 12 мм на вертикальные поверхности и на поверхности любой сложной конфигурации;
.	обладает свойствами электрического изолятора, устойчив к воздействию открытого пламени и теплового излучения;
.	имеет высокую устойчивость к обледенению, солям, УФ-излучению, химическим соединениям, за исключением некоторых растворителей и концентрированных кислот;
.	обладает отличными адгезивными свойствами, прочностью и устойчивостью к деформации;
.	защищает объекты от действия воды, погоды, предотвращает образование ржавчины, коррозии, устойчив к действию микроорганизмов, плесени, гниению, может «работать» в грунте;
.	эластичен, не растрескивается, не расслаивается и не отслаивается при экстремальных температурах от -40 до +100°С;
.	создает герметичный воздухо- и водонепроницаемый слой, имеет низкий удельный вес, является прекрасным вибро- и шумоизолятором, экологически безопасен и не токсичен;
.	обладает высокой прочностью и износостойкостью, сохраняет свойства в достаточно широком температурном диапазоне эксплуатации – от -200 до +150°С, имеет значительный ресурс.

Таким образом, полиуретан имеет огромный диапазон свойств и применения, что характеризует его именно как универсальный, многопрофильный материал с огромным потенциалом и далеко идущими перспективами.

Рассмотрим КЛАССИФИКАЦИЮ ПО НАЗНАЧЕНИЮ учитывая свойства и применения некоторых полиуретанов: