1. Какво е полиуретанов преполимер?
Полиуретановият преполимер, известен също като полиуретанов преполимер, е полимерен полу{0}}завършен продукт, образуван от пропорционалната реакция на полиизоцианат с полиоли (полиетери или полиестери), в която реактивните функционални групи остават същите в двата края на молекулната верига. Това не е краен продукт, а междинен продукт, който може допълнително да реагира с удължители на веригата, омрежващи агенти или други активни вещества, за да се образува крайният полиуретанов материал. Преполимерният метод (известен също като дву-етапен метод) е най-разпространеният начин за синтез в полиуретанова индустрия. Молекулярната структура и механичните свойства на преполимерния метод са по-контролирани от тези на едно-етапния метод, при който всички суровини реагират заедно.
Резюме: Полиуретановият преполимер е активен междинен продукт, образуван чрез частична реакция на изоцианат и полиол. В основата е „преполимерният метод (дву-етапен) процес, който изисква удължени вериги или напречни-връзки за получаване на крайния полиуретанов продукт.
2, Основни суровини: избор на изоцианати и полиоли.
Двете основни суровини за получаване на преполимери са полиизоцианат и олигомерни полиоли. Често използваните полиизоцианати включват толуен диизоцианат (TDI), дифенилметан диизоцианат (MDI), изофорон диизоцианат (IPDI), хексаметилен диизоцианат (HDI) и т.н. TDI и MDI обикновено се използват като крайни NCO преполимери, докато HDI и IPDI се използват широко в покрития от висок-клас и водни-системи поради техните свойства против-пожълтяване. В случай на полиоли, полиетерните полиоли (като полиетилен гликол, полипропилен гликол и тетрахидрофуран гликол) се използват в меки системи, докато полиестерните полиоли (като полибутилен адипат) се използват в твърди системи, които изискват устойчивост на атмосферни влияния и механична якост. Хидроксилното число, киселинното число, съдържанието на влага и съдържанието на метални йони в суровините пряко влияят върху качеството на преполимера.
Резюме: Изоцианатите определят твърдостта и реактивоспособността на преполимерите, полиолите определят свойствата на меките сегменти и крайните -употреби, а чистотата и предварителната обработка на суровините са първата стъпка в подготовката на квалифицирани преполимери.
3, Принцип на реакцията: постепенно добавяне на изоцианатни и хидроксилни групи
The synthesis of polyurethane prepolymers is basically a gradual addition reaction between isocyanate groups (-NCO) and hydroxyl groups groups (-OH) to form amino ester bonds (-NHCO-). This is an exothermic reaction in which the order of reaction activity is: primary alcohol-OH>secondary alcohol-OH>phenol-OH; phenol-OH; -NCO activity on aromatic rings>- NCO activity on cycloalkanes>- NCO активност върху мастни въглеводороди. Конкурентни реакции могат да възникнат в отговор на различни функционални групи. Следователно е необходимо да се ръководи посоката на реакцията чрез контролиране на съотношението на суровините и технологичните условия. Добавянето на катализатори, като органокалаени съединения октат и калаен октоат и дибутилкалаен дилаурат, и триамин, като триетилендиамин и триетиламин, може значително да ускори реакцията.
Химическата реакция на синтетичните преполимери е постепенно добавяне на екзотермична поетапна реакция на добавяне между -NCO и -OH за образуване на аминоестерни връзки. Разликите в груповата активност и избора на катализатор са ключови фактори, контролиращи посоката и скоростта на реакцията.
4. Приготвяне на терминален NCO преполимер (обща употреба)
Крайният NCO преполимер е най-често използваният тип в индустрията и неговото получаване включва излишък от изоцианат за задържане на свободни -NCO групи в двата края на реакционната молекулярна верига. Типичният процес е първо да се дехидратира във вакуум (обикновено 120 градуса, вакуумиран за 2-3 часа), да се охлади, след което бавно да се накапе полиалкохолът в излишък от полиизоцианати, като се разбърква под защита от азот. В същото време отстранете топлината от реакцията навреме, за да поддържате температурата между 40 и 80 градуса. NCO моловете обикновено се контролират между 1,5:1 и 3:1, а крайният продукт със съдържание на свободен NCO обикновено е 3% до 12%. По време на реакцията може да се добави малко количество разтворител (напр. ацетон, етил ацетат, толуен) за регулиране на вискозитета или може да се добави инхибитор на полимеризацията (напр. бензен сулфонил хлорид), за да се предотврати образуването на гел. Крайната точка на реакцията се определя чрез измерване на съдържанието на NCO и реакцията се спира, когато се достигне теоретичната стойност.
5, Получаване на краен ОН преполимер.
За разлика от крайните NCO преполимери, крайните OH преполимери позволяват на излишните полиоли да задържат хидроксилни групи (-OH) в двата края на реакционната молекулна верига. Методът е подобен на крайния NCO, с изключение на това, че съотношението на съставките е обърнато --твърде много полиоли, недостатъчно изоцианати, а NCO моларното съотношение се контролира между 0,8:1 и 1:1. Тъй като реактивността на хидроксилната група е много по-ниска от тази на изоцианатните групи, крайният хидроксилен преполимер има добра стабилност при съхранение и не е лесен за самополимеризация. Те обикновено се използват като основна или мека част на двукомпонентно лепило. В практическите приложения крайните ОН преполимери обикновено се получават чрез по-нататъшно удължаване на веригата с лек излишък от диетилен гликол на базата на крайни NCO преполимери.