არაიზოციანატ პოლიურეთანებზე კვლევის პროგრესი
1937 წელს პოლიურეთანის (PU) მასალებს ფართო გამოყენება ჰპოვეს სხვადასხვა სექტორში, მათ შორის ტრანსპორტის, მშენებლობის, ნავთობქიმიური მრეწველობის, ტექსტილის, მექანიკური და ელექტრო ინჟინერიის, აერონავტიკის, ჯანდაცვისა და სოფლის მეურნეობის სექტორებში. ეს მასალები გამოიყენება ისეთი ფორმებით, როგორიცაა ქაფიანი პლასტმასები, ბოჭკოები, ელასტომერები, ჰიდროიზოლაციის აგენტები, სინთეტიკური ტყავი, საფარები, წებოვანი მასალები, მოსაპირკეთებელი მასალები და სამედიცინო მარაგი. ტრადიციული PU ძირითადად სინთეზირდება ორი ან მეტი იზოციანატისგან, მაკრომოლეკულური პოლიოლებისა და მცირე მოლეკულური ჯაჭვის გამაფართოებლებისგან. თუმცა, იზოციანატების თანდაყოლილი ტოქსიკურობა მნიშვნელოვან რისკებს უქმნის ადამიანის ჯანმრთელობას და გარემოს; უფრო მეტიც, ისინი, როგორც წესი, მიიღება ფოსგენისგან - მაღალი ტოქსიკურობის წინამორბედი - და შესაბამისი ამინური ნედლეულისგან.
თანამედროვე ქიმიური ინდუსტრიის მიერ მწვანე და მდგრადი განვითარების პრაქტიკისკენ სწრაფვის გათვალისწინებით, მკვლევარები სულ უფრო მეტად არიან ორიენტირებულნი იზოციანატების ეკოლოგიურად სუფთა რესურსებით ჩანაცვლებაზე, ამავდროულად იკვლევენ არაიზოციანატური პოლიურეთანების (NIPU) სინთეზის ახალ გზებს. ეს ნაშრომი წარმოგვიდგენს NIPU-ს მომზადების გზებს, განიხილავს NIPU-ს სხვადასხვა ტიპის მიღწევებს და განიხილავს მათ სამომავლო პერსპექტივებს, რათა უზრუნველყოს საცნობარო მასალა შემდგომი კვლევისთვის.
1 არაიზოციანატის პოლიურეთანების სინთეზი
დაბალი მოლეკულური წონის კარბამატის ნაერთების პირველი სინთეზი მონოციკლური კარბონატების ალიფატურ დიამინებთან კომბინაციის გამოყენებით საზღვარგარეთ 1950-იან წლებში განხორციელდა, რაც არაიზოციანატული პოლიურეთანის სინთეზისკენ გადამწყვეტი მომენტი იყო. ამჟამად NIPU-ს წარმოებისთვის ორი ძირითადი მეთოდოლოგია არსებობს: პირველი მოიცავს ბინარულ ციკლურ კარბონატებსა და ბინარულ ამინებს შორის ეტაპობრივ დამატებით რეაქციებს; მეორე მოიცავს პოლიკონდენსაციის რეაქციებს, რომლებიც მოიცავს დიურეთანის შუალედურ პროდუქტებს დიოლებთან ერთად, რაც ხელს უწყობს სტრუქტურულ ცვლას კარბამატებში. დიამარბოქსილატის შუალედური პროდუქტების მიღება შესაძლებელია როგორც ციკლური კარბონატის, ასევე დიმეთილის კარბონატის (DMC) გზებით; ძირითადად ყველა მეთოდი რეაგირებს ნახშირბადის მჟავას ჯგუფების მეშვეობით, რაც იწვევს კარბამატის ფუნქციონალურობას.
შემდეგ ნაწილებში განხილულია პოლიურეთანის სინთეზირების სამი განსხვავებული მიდგომა იზოციანატის გამოყენების გარეშე.
1.1 ბინარული ციკლური კარბონატის გზა
NIPU-ს სინთეზირება შესაძლებელია ეტაპობრივი დამატების გზით, რომელიც მოიცავს ბინარული ციკლური კარბონატის შეერთებას ბინარულ ამინასთან, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში.
მისი მთავარი ჯაჭვის სტრუქტურის გასწვრივ განმეორებად ერთეულებში არსებული მრავალი ჰიდროქსილის ჯგუფის გამო, ეს მეთოდი ზოგადად იძლევა ე.წ. პოლიβ-ჰიდროქსილ პოლიურეთანს (PHU). ლეიჩმა და სხვებმა შეიმუშავეს პოლიეთერული PHU-ების სერია, რომლებიც იყენებენ ციკლურ კარბონატულ დაბოლოებულ პოლიეთერებს ბინარულ ამინებთან და ბინარული ციკლური კარბონატებიდან მიღებულ მცირე მოლეკულებთან ერთად - ადარებენ მათ პოლიეთერული პოლიურეთერების მოსამზადებლად გამოყენებულ ტრადიციულ მეთოდებს. მათმა დასკვნებმა აჩვენა, რომ PHU-ებში ჰიდროქსილის ჯგუფები ადვილად ქმნიან წყალბადურ ბმებს რბილ/მყარ სეგმენტებში განლაგებულ აზოტის/ჟანგბადის ატომებთან; რბილ სეგმენტებს შორის ვარიაციები ასევე გავლენას ახდენს წყალბადური ბმების ქცევაზე, ასევე მიკროფაზური გამოყოფის ხარისხზე, რაც შემდგომში გავლენას ახდენს საერთო მუშაობის მახასიათებლებზე.
როგორც წესი, 100°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ჩატარებული ეს მეთოდი რეაქციის დროს არ წარმოქმნის თანმხლებ პროდუქტებს, რაც მას ტენიანობის მიმართ შედარებით არამგრძნობიარეს ხდის და ამავდროულად იძლევა სტაბილურ პროდუქტებს, რომლებიც არ იწვევენ ცვალებადობას, თუმცა საჭიროებს ორგანულ გამხსნელებს, რომლებიც ხასიათდება ძლიერი პოლარობით, როგორიცაა დიმეთილსულფოქსიდი (DMSO), N,N-დიმეთილფორმამიდი (DMF) და ა.შ. გარდა ამისა, რეაქციის გახანგრძლივებული დრო, რომელიც ერთი დღიდან ხუთ დღემდე მერყეობს, ხშირად იძლევა უფრო დაბალ მოლეკულურ წონას, რაც ხშირად 30 ათასი გ/მოლ-ის ზღურბლზე ნაკლებია, რაც მასშტაბურ წარმოებას ართულებს, რაც ძირითადად განპირობებულია როგორც მაღალი ხარჯებით, ასევე შედეგად მიღებული PHU-ების არასაკმარისი სიმტკიცით, მიუხედავად პერსპექტიული გამოყენებისა, რომელიც მოიცავს დემპინგის მასალის დომენებს, ფორმის მეხსიერების კონსტრუქციებს, წებოვან ფორმულირებებს, საფარ ხსნარებს, ქაფებს და ა.შ.
1.2 მონოციკლური კარბონატის გზა
მონოციკლური კარბონატი პირდაპირ რეაგირებს დიამინთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ჰიდროქსილის ბოლო ჯგუფების შემცველი დიკარბამატი, რომელიც შემდეგ დიოლებთან ერთად განიცდის სპეციალიზებულ ტრანსესტერიფიკაციას/პოლიკონდენსაციას, რაც საბოლოოდ წარმოქმნის NIPU-ს, სტრუქტურულად მსგავს ტრადიციულ ანალოგებს, რომლებიც ვიზუალურად ნაჩვენებია ნახაზ 2-ზე.
ხშირად გამოყენებული მონოციკლური ვარიანტები მოიცავს ეთილენისა და პროპილენის კარბონატულ სუბსტრატებს, სადაც ჟაო ჯინგბოს გუნდმა პეკინის ქიმიური ტექნოლოგიების უნივერსიტეტში გამოიყენა სხვადასხვა დიამინები, რომლებიც რეაგირებდნენ აღნიშნულ ციკლურ ერთეულებთან, თავდაპირველად მიიღეს სხვადასხვა სტრუქტურული დიკარბამატის შუამავლები, სანამ კონდენსაციის ფაზებზე გადავიდოდნენ პოლიტეტრაჰიდროფურანდიოლის/პოლიეთერ-დიოლების გამოყენებით, წარმატებით ქმნიდნენ შესაბამის პროდუქტებს, რომლებიც ავლენენ შთამბეჭდავ თერმულ/მექანიკურ თვისებებს, რომლებიც აღწევენ დნობის წერტილებს, რომლებიც დაახლოებით 125~161°C დიაპაზონში მერყეობს დაჭიმვის სიმტკიცის პიკს აღწევს 24MPa-ს მახლობლად, ხოლო წაგრძელების სიჩქარე 1476%-ს უახლოვდება. ვანგმა და სხვებმა ანალოგიურად გამოიყენეს DMC-ს კომბინაციები, რომლებიც შეწყვილებულია შესაბამისად ჰექსამეთილენდიამინთან/ციკლოკარბონატულ წინამორბედებთან, სინთეზირებენ ჰიდროქსი-ტერმინირებულ წარმოებულებს, შემდეგ დაექვემდებარა ბიობაზირებულ დიფუძიან მჟავებს, როგორიცაა ოქსილის/სებაცინის/მჟავები და ადიპინის მჟავა-ტერეფტალის ნაერთები, მიაღწიეს საბოლოო შედეგებს, რომლებიც აჩვენებენ 13k~28k გ/მოლ დიაპაზონს დაჭიმვის სიმტკიცის ცვალებადობას 9~17 MPa-ზე, წაგრძელების ცვალებადობას 35%-დან 235%-მდე.
ციკლოკარბონული ეთერები ეფექტურად ურთიერთქმედებენ კატალიზატორების საჭიროების გარეშე, ტიპურ პირობებში, დაახლოებით 80°-დან 120°C-მდე ტემპერატურის შენარჩუნებით. შემდგომი ტრანსესტერიფიკაცია, როგორც წესი, იყენებს ორგანოტინზე დაფუძნებულ კატალიზურ სისტემებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ ოპტიმალურ დამუშავებას, რომელიც არ აღემატება 200°C-ს. დიოლური ნაერთებისკენ მიმართული უბრალო კონდენსაციის ძალისხმევის გარდა, შესაძლებელია თვითპოლიმერიზაციის/დეგლიკოლიზის ფენომენების განხორციელება, რაც ხელს უწყობს სასურველი შედეგების გენერირებას, რაც მეთოდოლოგიას თავისთავად ეკოლოგიურად სუფთას ხდის, ძირითადად მეთანოლის/მცირე მოლეკულური დიოლის ნარჩენების წარმოქმნით, რაც წარმოადგენს სიცოცხლისუნარიან სამრეწველო ალტერნატივებს მომავალში.
1.3დიმეთილის კარბონატის გზა
DMC წარმოადგენს ეკოლოგიურად სუფთა/არატოქსიკურ ალტერნატივას, რომელიც მოიცავს მრავალ აქტიურ ფუნქციურ ნაერთს, მათ შორის მეთილ/მეტოქსი/კარბონილის კონფიგურაციებს, რაც მნიშვნელოვნად აძლიერებს რეაქტიულობის პროფილებს, რაც მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს საწყის ურთიერთქმედებას, რომლის დროსაც DMC პირდაპირ ურთიერთქმედებს დიამინებთან და წარმოქმნის მცირე მეთილ-კარბამატით დამთავრებულ შუალედურ ნაერთებს, რასაც მოჰყვება დნობა-კონდენსაციის მოქმედებები, რომლებიც მოიცავს დამატებით მცირე ჯაჭვის გამაფართოებელ დიოლიკურ ნაერთებს/დიდი პოლიოლის შემადგენელ ნაწილებს, რაც საბოლოოდ იწვევს სასურველი პოლიმერული სტრუქტურების წარმოქმნას, რომლებიც შესაბამისად ვიზუალიზებულია სურათი 3-ში.
დიპამ და სხვებმა გამოიყენეს ზემოაღნიშნული დინამიკა ნატრიუმის მეტოქსიდის კატალიზის გამოყენებით, რომელიც ორგანიზებას უწევდა მრავალფეროვან შუალედურ წარმონაქმნებს, შემდგომში ჩართეს მიზნობრივი გაფართოებები, რამაც კულმინაცია გაუწია მყარი სეგმენტის ეკვივალენტური სერიული შემადგენლობების მიღებას, რომელთა მოლეკულური წონა დაახლოებით (3 ~20) x 10^3 გ/მოლ იყო მინის გარდამავალი ტემპერატურის დიაპაზონში (-30 ~ 120°C). პან დონგდონგმა შეარჩია სტრატეგიული წყვილები, რომლებიც შედგებოდა DMC ჰექსამეთილენ-დიამინოპოლიკარბონატ-პოლისპირტებისგან, რამაც აჩვენა აღსანიშნავი შედეგები, რომლებიც აჩვენებდნენ 10-15 მპა-ს მერყევი დაჭიმვის სიმტკიცის მეტრიკას, რომელიც უახლოვდებოდა 1000%-1400%-ს. სხვადასხვა ჯაჭვის გაფართოების გავლენის გარშემო ჩატარებულმა საკვლევმა კვლევებმა გამოავლინა ბუტანდიოლის/ჰექსანდიოლის შერჩევის ხელსაყრელი პრეფერენციები, როდესაც ატომური რიცხვის პარიტეტი შენარჩუნებული იყო თანაბარზომიერად, რაც ხელს უწყობდა ჯაჭვებში დაფიქსირებულ მოწესრიგებულ კრისტალურობის გაუმჯობესებას. სარაზინის ჯგუფმა მოამზადა კომპოზიტები, რომლებიც აერთიანებდნენ ლიგნინს/DMC-ს ჰექსაჰიდროქსიამინთან ერთად, რაც ავლენდა დამაკმაყოფილებელ მექანიკურ თვისებებს 230℃ ტემპერატურაზე დამუშავების შემდეგ. დამატებითი კვლევები, რომლებიც მიზნად ისახავდა არაიზოციანტური პოლიურეანების მიღებას დიაზომონომერების ჩართულობის გამოყენებით, პროგნოზირებდა საღებავის პოტენციურ გამოყენებას ვინილ-კარბონატულ ანალოგებთან შედარებით შედარებითი უპირატესობების გამოვლენას, რაც ხაზს უსვამდა ეკონომიურობას/ხელმისაწვდომ ფართო წყაროებს. ნაყარი სინთეზირებული მეთოდოლოგიების სათანადო შემოწმება, როგორც წესი, მოითხოვს მომატებული ტემპერატურის/ვაკუუმის გარემოს, რაც უარყოფს გამხსნელის საჭიროებებს, რითაც მინიმუმამდეა დაყვანილი ნარჩენების ნაკადები, რომლებიც ძირითადად შემოიფარგლება მხოლოდ მეთანოლის/მცირე მოლეკულური დიოლის ჩამდინარე წყლებით და ქმნის უფრო ეკოლოგიურად სუფთა სინთეზის პარადიგმებს.
არაიზოციანატის პოლიურეთანის 2 სხვადასხვა რბილი სეგმენტი
2.1 პოლიეთერ პოლიურეთანი
პოლიეთერ პოლიურეთანი (PEU) ფართოდ გამოიყენება რბილი სეგმენტის განმეორებად ერთეულებში ეთერული ბმების დაბალი შეკავშირების ენერგიის, მარტივი ბრუნვის, დაბალი ტემპერატურის შესანიშნავი მოქნილობისა და ჰიდროლიზისადმი მდგრადობის გამო.
კებირმა და სხვებმა სინთეზირეს პოლიეთერ პოლიურეთანი DMC-ის, პოლიეთილენგლიკოლის და ბუტანდიოლის გამოყენებით, როგორც ნედლეულის, თუმცა მოლეკულური წონა დაბალი იყო (7 500 ~ 14 800 გ/მოლ), Tg 0℃-ზე დაბალი, დნობის წერტილიც დაბალი (38 ~ 48℃), ხოლო სიმტკიცე და სხვა მაჩვენებლები გამოყენების საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად რთული იყო. ჟაო ჯინგბოს კვლევითმა ჯგუფმა გამოიყენა ეთილენკარბონატი, 1,6-ჰექსანდიამინი და პოლიეთილენგლიკოლი PEU-ს სინთეზირებისთვის, რომლის მოლეკულური წონაა 31 000 გ/მოლ, დაჭიმვის სიმტკიცე 5 ~ 24 მპა და წაგრძელება გაწყვეტის დროს 0.9% ~ 1 388%. არომატული პოლიურეთანების სინთეზირებული სერიის მოლეკულური წონაა 17 300 ~ 21 000 გ/მოლ, Tg არის -19 ~ 10℃, დნობის წერტილია 102 ~ 110℃, დაჭიმვის სიმტკიცეა 12 ~ 38MPa, ხოლო 200%-იანი მუდმივი წაგრძელების ელასტიურობის აღდგენის სიჩქარეა 69% ~ 89%.
ჟენგ ლიუჩუნისა და ლი ჩუნჩენგის კვლევითმა ჯგუფმა დიმეთილის კარბონატისა და 1,6-ჰექსამეთილენდიამინისგან დამზადებული შუალედური ნაერთი 1,6-ჰექსამეთილენდიამინი (BHC) და სხვადასხვა მცირე მოლეკულებით - სწორჯაჭვიანი დიოლებითა და პოლიტეტრაჰიდროფურანდიოლებით (Mn=2000) პოლიკონდენსაციის გზით მოამზადა. მომზადდა არაიზოციანატის მეთოდით დამზადებული პოლიეთერული პოლიურეთანების (NIPEU) სერია და რეაქციის დროს შუალედური პროდუქტების ჯვარედინი შეკავშირების პრობლემა გადაიჭრა. ცხრილი 1-ში ნაჩვენებია, რომ შედარებული იქნა NIPEU-ს მიერ მომზადებული ტრადიციული პოლიეთერული პოლიურეთანის (HDIPU) და 1,6-ჰექსამეთილენდიიზოციანატის სტრუქტურა და თვისებები.
| ნიმუში | მყარი სეგმენტის მასის წილი/% | მოლეკულური წონა/(გ)·მოლი^(-1)) | მოლეკულური წონის განაწილების ინდექსი | დაჭიმვის სიმტკიცე/MPa | გაწყვეტის წერტილში წაგრძელება/% |
| NIPEU30 | 30 | 74000 | 1.9 | 12.5 | 1250 |
| NIPEU40 | 40 | 66000 | 2.2 | 8.0 | 550 |
| HDIPU30 | 30 | 46000 | 1.9 | 31.3 | 1440 წელი |
| HDIPU40 | 40 | 54000 | 2.0 | 25.8 | 1360 წელი |
ცხრილი 1
ცხრილ 1-ში მოცემული შედეგები აჩვენებს, რომ NIPEU-სა და HDIPU-ს შორის სტრუქტურული განსხვავებები ძირითადად განპირობებულია მყარი სეგმენტით. NIPEU-ს გვერდითი რეაქციით წარმოქმნილი შარდოვანას ჯგუფი შემთხვევით არის ჩასმული მყარი სეგმენტის მოლეკულურ ჯაჭვში, არღვევს მყარ სეგმენტს და წარმოქმნის მოწესრიგებულ წყალბადურ ბმებს, რაც იწვევს მყარი სეგმენტის მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის სუსტ წყალბადურ ბმებს და მყარი სეგმენტის დაბალ კრისტალურობას, რაც იწვევს NIPEU-ს დაბალ ფაზურ გამოყოფას. შედეგად, მისი მექანიკური თვისებები გაცილებით უარესია, ვიდრე HDIPU-ს.
2.2 პოლიესტერი პოლიურეთანი
რბილი სეგმენტების სახით პოლიესტერის დიოლებით შედგენილ პოლიესტერის პოლიურეთანს (PETU) აქვს კარგი ბიოდეგრადირებადობა, ბიოშეთავსებადობა და მექანიკური თვისებები და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქსოვილის ინჟინერიის ხარაჩოების დასამზადებლად, რაც ბიოსამედიცინო მასალაა დიდი გამოყენების პერსპექტივით. რბილ სეგმენტებში ხშირად გამოყენებული პოლიესტერის დიოლებია პოლიბუტილენ ადიპატის დიოლი, პოლიგლიკოლ ადიპატის დიოლი და პოლიკაპროლაქტონის დიოლი.
ადრე, როკიკიმ და სხვებმა ეთილენკარბონატი დიამინთან და სხვადასხვა დიოლებთან (1,6-ჰექსანდიოლი, 1,10-n-დოდეკანოლი) რეაქციაში შეიტანეს სხვადასხვა NIPU-ს მისაღებად, თუმცა სინთეზირებულ NIPU-ს ჰქონდა უფრო დაბალი მოლეკულური წონა და უფრო დაბალი Tg. ფარჰადიანმა და სხვებმა პოლიციკლური კარბონატი მოამზადეს მზესუმზირის ზეთის ნედლეულად გამოყენებით, შემდეგ შეურიეს ბიო-პოლიამინებს, დააფარეს ფირფიტაზე და გაამშრალეს 90 ℃ ტემპერატურაზე 24 საათის განმავლობაში თერმომყარი პოლიესტერის პოლიურეთანის ფირის მისაღებად, რომელმაც კარგი თერმული სტაბილურობა აჩვენა. სამხრეთ ჩინეთის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის წარმომადგენელმა ჟანგ ლიკუნის კვლევითმა ჯგუფმა სინთეზირება გაუკეთა დიამინებისა და ციკლური კარბონატების სერიას, შემდეგ კი ბიო-დიფუძიანი მჟავით კონდენსაცია მოახდინეს ბიო-დიფუძიანი პოლიესტერის პოლიურეთანის მისაღებად. ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის ნინგბოს მასალების კვლევის ინსტიტუტში ჟუ ჯინის კვლევითმა ჯგუფმა ჰექსადიამინისა და ვინილის კარბონატის გამოყენებით მოამზადა დიამინოდიოლის მყარი სეგმენტი, შემდეგ კი პოლიკონდენსაცია მოახდინეს ბიო-დიფუძიანი უჯერი დიფუძიანი მჟავით პოლიესტერის პოლიურეთანის სერიის მისაღებად, რომლის გამოყენებაც ულტრაიისფერი გამოსხივების შემდეგ საღებავის სახით შეიძლება [23]. ჟენგ ლიუჩუნისა და ლი ჩუნჩენგის სამეცნიერო ჯგუფმა გამოიყენა ადიპინის მჟავა და ოთხი ალიფატური დიოლი (ბუტანდიოლი, ჰექსადიოლი, ოქტანდიოლი და დეკანდიოლი) სხვადასხვა ნახშირბადის ატომური ნომრებით, რათა მიეღოთ შესაბამისი პოლიესტერული დიოლები რბილი სეგმენტების სახით; არაიზოციანატის პოლიესტერული პოლიურეთანის (PETU) ჯგუფი, რომელსაც სახელი ალიფატური დიოლების ნახშირბადის ატომების რაოდენობის მიხედვით ეწოდა, მიღებულ იქნა პოლიკონდენსაციის დნობით ჰიდროქსი-დალუქული მყარი სეგმენტის პრეპოლიმერით, რომელიც მომზადებულია BHC-ით და დიოლებით. PETU-ს მექანიკური თვისებები ნაჩვენებია ცხრილში 2.
| ნიმუში | დაჭიმვის სიმტკიცე/MPa | ელასტიურობის მოდული/მპა | გაწყვეტის წერტილში წაგრძელება/% |
| 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 |
ცხრილი 2
შედეგები აჩვენებს, რომ PETU4-ის რბილ სეგმენტს აქვს ყველაზე მაღალი კარბონილის სიმკვრივე, ყველაზე ძლიერი წყალბადური ბმა მყარ სეგმენტთან და ყველაზე დაბალი ფაზური გამოყოფის ხარისხი. როგორც რბილი, ასევე მყარი სეგმენტების კრისტალიზაცია შეზღუდულია, აჩვენებს დაბალ დნობის წერტილს და დაჭიმვის სიმტკიცეს, მაგრამ ყველაზე მაღალ წაგრძელებას გაწყვეტის დროს.
2.3 პოლიკარბონატის პოლიურეთანი
პოლიკარბონატულ პოლიურეთანს (PCU), განსაკუთრებით ალიფატურ PCU-ს, აქვს შესანიშნავი ჰიდროლიზისადმი მდგრადობა, დაჟანგვისადმი მდგრადობა, კარგი ბიოლოგიური სტაბილურობა და ბიოშეთავსებადობა და ბიომედიცინის სფეროში გამოყენების კარგი პერსპექტივები. ამჟამად, მომზადებული NIPU-ს უმეტესობა რბილ სეგმენტებად იყენებს პოლიეთერულ და პოლიესტერულ პოლიოლებს და პოლიკარბონატულ პოლიურეთანზე რამდენიმე კვლევითი ანგარიში არსებობს.
სამხრეთ ჩინეთის ტექნოლოგიურ უნივერსიტეტში ტიან ჰენგშუის კვლევითი ჯგუფის მიერ მომზადებულ არაიზოციანატ პოლიკარბონატულ პოლიურეთანს 50 000 გ/მოლზე მეტი მოლეკულური წონა აქვს. შესწავლილია რეაქციის პირობების გავლენა პოლიმერის მოლეკულურ წონაზე, მაგრამ მისი მექანიკური თვისებები არ არის დაფიქსირებული. ჟენგ ლიუჩუნის და ლი ჩუნჩენგის კვლევითმა ჯგუფმა მოამზადა პოლიმერული პოლიურეთანი DMC-ის, ჰექსანდიამინის, ჰექსადიოლის და პოლიკარბონატის დიოლების გამოყენებით და PCU-ს დაარქვა მყარი სეგმენტის განმეორებადი ერთეულის მასური წილის მიხედვით. მექანიკური თვისებები ნაჩვენებია ცხრილში 3.
| ნიმუში | დაჭიმვის სიმტკიცე/MPa | ელასტიურობის მოდული/მპა | გაწყვეტის წერტილში წაგრძელება/% |
| 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 |
ცხრილი 3
შედეგები აჩვენებს, რომ პოლიმერაზული უჯრედის (PCU) მოლეკულური წონის მაღალი მაჩვენებელია, 6×104 ~ 9×104 გ/მოლამდე, დნობის ტემპერატურა 137 ℃-მდე და დაჭიმვის სიმტკიცე 29 მპა-მდე. ამ ტიპის პოლიმერაზული უჯრედის გამოყენება შესაძლებელია როგორც მყარი პლასტმასის, ასევე ელასტომერის სახით, რომელსაც კარგი გამოყენების პერსპექტივა აქვს ბიოსამედიცინო სფეროში (მაგალითად, ადამიანის ქსოვილების ინჟინერიის ხარაჩოებში ან გულ-სისხლძარღვთა იმპლანტების მასალებში).
2.4 ჰიბრიდული არაიზოციანატის პოლიურეთანი
ჰიბრიდული არაიზოციანატული პოლიურეთანი (ჰიბრიდული NIPU) გულისხმობს ეპოქსიდური ფისის, აკრილატის, სილიციუმის ან სილოქსანის ჯგუფების შეყვანას პოლიურეთანის მოლეკულურ ჩარჩოში, რათა შეიქმნას ურთიერთშემღწევი ქსელი, გაუმჯობესდეს პოლიურეთანის მუშაობა ან მიენიჭოს მას სხვადასხვა ფუნქცია.
ფენგ იუელანმა და სხვებმა ბიოეპოქსიდური სოიოს ზეთი CO2-თან რეაქციაში შეიყვანეს პენტამონის ციკლური კარბონატის (CSBO) სინთეზირებისთვის და ბისფენოლ A დიგლიციდილის ეთერი (ეპოქსიდური ფისი E51) უფრო ხისტი ჯაჭვის სეგმენტებით შეიყვანეს, რათა კიდევ უფრო გაეუმჯობესებინათ ამინით გამყარებული CSBO-ს მიერ წარმოქმნილი NIPU. მოლეკულური ჯაჭვი შეიცავს ოლეინის მჟავას/ლინოლენის მჟავას გრძელ მოქნილ ჯაჭვის სეგმენტს. ის ასევე შეიცავს უფრო ხისტი ჯაჭვის სეგმენტებს, რის გამოც მას აქვს მაღალი მექანიკური სიმტკიცე და მაღალი სიმტკიცე. ზოგიერთმა მკვლევარმა ასევე სინთეზირება გაუკეთა NIPU პრეპოლიმერების სამ სახეობას ფურანის ბოლო ჯგუფებით დიეთილენგლიკოლის ბიციკლური კარბონატის და დიამინის სიჩქარის გახსნის რეაქციის გზით, შემდეგ კი რეაქციაში შეიყვანეს უჯერ პოლიესტერთან თვითაღდგენითი ფუნქციის მქონე რბილი პოლიურეთანის მისაღებად და წარმატებით მიაღწიეს რბილი NIPU-ს მაღალი თვითაღდგენის ეფექტურობას. ჰიბრიდულ NIPU-ს არა მხოლოდ აქვს ზოგადი NIPU-ს მახასიათებლები, არამედ შეიძლება ჰქონდეს უკეთესი ადჰეზია, მჟავა და ტუტე კოროზიისადმი მდგრადობა, გამხსნელებისადმი მდგრადობა და მექანიკური სიმტკიცე.
3 პერსპექტივა
NIPU მზადდება ტოქსიკური იზოციანატის გამოყენების გარეშე და ამჟამად შესწავლილია ქაფის, საფარის, წებოვანი მასალის, ელასტომერის და სხვა პროდუქტების სახით და აქვს გამოყენების ფართო პერსპექტივები. თუმცა, მათი უმეტესობა ჯერ კიდევ შემოიფარგლება ლაბორატორიული კვლევებით და არ არსებობს მასშტაბური წარმოება. გარდა ამისა, ადამიანების ცხოვრების დონის გაუმჯობესებასთან და მოთხოვნის მუდმივ ზრდასთან ერთად, ერთი ან მრავალი ფუნქციის მქონე NIPU მნიშვნელოვან კვლევით მიმართულებად იქცა, როგორიცაა ანტიბაქტერიული, თვითაღდგენითი, ფორმის მეხსიერებით, ცეცხლგამძლე, მაღალი სითბოს მდგრადობა და ა.შ. ამიტომ, მომავალმა კვლევამ უნდა გააცნობიეროს, თუ როგორ გადალახოს ინდუსტრიალიზაციის ძირითადი პრობლემები და განაგრძოს ფუნქციური NIPU-ს მომზადების მიმართულებების შესწავლა.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 29 აგვისტო