كيف يتم تحضير البوليمرات المسبقة من مادة البولي يوريثين؟

1. ما هو البوليمر الأولي من مادة البولي يوريثين؟

البوليمر الأولي من البولي يوريثين، والمعروف أيضًا باسم البوليمر الأولي من البولي يوريثين، هو منتج بوليمر نصف نهائي يتكون من التفاعل النسبي للبولي إيزوسيانات مع البوليولات (البولي إيثرات أو البوليسترات)، حيث تظل المجموعات الوظيفية التفاعلية كما هي عند طرفي السلسلة الجزيئية. إنه ليس منتجًا نهائيًا، ولكنه وسيط يمكن تفاعله بشكل أكبر مع موسعات السلسلة أو الروابط المتشابكة أو غيرها من المواد الفعالة لتشكيل مادة البولي يوريثين النهائية. تعد طريقة البوليمر المسبق (المعروفة أيضًا باسم طريقة الخطوتين-) هي أكثر طرق التخليق انتشارًا في صناعة البولي يوريثان. يتم التحكم في التركيب الجزيئي والخواص الميكانيكية لطريقة البوليمر الأولي بشكل أكبر من تلك الخاصة بطريقة الخطوة الواحدة-، والتي تتفاعل فيها جميع المواد الخام معًا.
ملخص: البوليمر الأولي من مادة البولي يوريثين هو مادة وسيطة نشطة تتكون من التفاعل الجزئي للأيزوسيانات والبوليول. إنها في قلب عملية "طريقة البوليمر المسبق (مكونة من خطوتين-)، والتي تتطلب سلاسل ممتدة أو روابط متقاطعة- للحصول على منتج البولي يوريثين النهائي.

2، المواد الخام الأساسية: اختيار الأيزوسيانات والبوليولات.

المادتان الخام الأساسيتان لتحضير البوليمرات المسبقة هما البولي إيزوسيانات والبوليولات قليلة القسيم. تشتمل البولي إيزوسيانات شائعة الاستخدام على ثنائي إيزوسيانات التولوين (TDI)، وثنائي إيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان (MDI)، وإيزوفورون ثنائي إيزوسيانات (IPDI)، وثنائي إيزوسيانات هيكساميثيلين (HDI)، وما إلى ذلك. ويتم استخدام TDI وMDI بشكل شائع كبوليمرات أولية نهائية من NCO، في حين يتم استخدام HDI وIPDI على نطاق واسع في الطلاءات عالية الجودة والأنظمة المعتمدة على الماء- نظرًا لخصائصها خصائص مضادة-للاصفرار. في حالة البوليولات، يتم استخدام بوليولات البولي إيثر (مثل البولي إيثيلين جليكول، والبولي بروبيلين جليكول، ورباعي هيدروفوران جليكول) في الأنظمة الناعمة، في حين يتم استخدام بوليولات البوليستر (مثل البولي بيوتيلين أديبات) في الأنظمة الصلبة التي تتطلب مقاومة الطقس والقوة الميكانيكية. تؤثر قيمة الهيدروكسيل والقيمة الحمضية ومحتوى الرطوبة ومحتوى الأيونات المعدنية للمواد الخام بشكل مباشر على جودة البوليمر المسبق.
الملخص: تحدد الإيزوسيانات صلابة وتفاعلية البوليمرات المسبقة، وتحدد البوليولات خصائص الأجزاء الناعمة والاستخدامات النهائية-، كما أن نقاء المواد الخام والمعالجة المسبقة لها هي الخطوة الأولى في إعداد البوليمرات الأولية المؤهلة.

3، مبدأ التفاعل: إضافة مجموعات الأيزوسيانات والهيدروكسيل تدريجيا

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>- نشاط NCO على الهيدروكربونات الدهنية. قد تحدث ردود فعل تنافسية استجابة لمجموعات وظيفية مختلفة. لذلك، من الضروري توجيه اتجاه التفاعل من خلال التحكم في نسبة المواد الخام والظروف التكنولوجية. إضافة المحفزات، مثل مركبات القصدير العضوي أوكتات وأوكتات القصدير وثنائي بوتيل القصدير، والتريامين، مثل ثلاثي إيثيلين ديامين وثلاثي إيثيل أمين، يمكن أن يؤدي إلى تسريع التفاعل بشكل كبير.
التفاعل الكيميائي للبوليمرات الأولية الاصطناعية هو الإضافة التدريجية لتفاعل الإضافة التدريجي الطارد للحرارة بين -NCO و-OH لتكوين روابط أمينو إستر. تعد الاختلافات في نشاط المجموعة واختيار المحفز من العوامل الرئيسية التي تتحكم في اتجاه التفاعل ومعدل التفاعل.

4. إعداد البوليمر NCO الطرفي (الاستخدام الشائع)

يعد البوليمر الأولي NCO النهائي هو النوع الأكثر استخدامًا في الصناعة، ويشتمل تحضيره على فائض من الإيزوسيانات للاحتفاظ بمجموعات -NCO الحرة في طرفي سلسلة التفاعل الجزيئية. تتمثل العملية النموذجية في تجفيف الكحول أولاً في فراغ (عادةً 120 درجة، يتم تفريغه لمدة 2-3 ساعات)، ثم يبرد، ثم يقطر ببطء الكحول المتعدد في فائض من البولي إيزوسيانات، مع التحريك تحت حماية النيتروجين. وفي الوقت نفسه، قم بإزالة الحرارة من التفاعل في الوقت المناسب للحفاظ على درجة الحرارة بين 40 و80 درجة. يتم التحكم بشكل عام في شامات NCO بين 1.5:1 و3:1، ويكون المنتج النهائي لمحتوى NCO الحر عمومًا من 3% إلى 12%. أثناء التفاعل، يمكن إضافة كمية صغيرة من المذيب (مثل الأسيتون، أسيتات الإيثيل، التولوين) لتنظيم اللزوجة، أو يمكن إضافة مثبط البلمرة (مثل كلوريد بنزين سلفونيل) لمنع تكوين الهلام. تم تحديد نقطة نهاية التفاعل عن طريق قياس محتوى NCO، ويتم إيقاف التفاعل عند الوصول إلى القيمة النظرية.

5، إعداد نهاية OH Prepolymer.

على عكس البوليمرات الأولية NCO الطرفية، تسمح البوليمرات الأولية الطرفية OH للبوليولات الزائدة بالاحتفاظ بمجموعات الهيدروكسيل (-OH) عند طرفي السلسلة الجزيئية للتفاعل. الطريقة مشابهة لنهاية NCO، باستثناء أن نسبة المكونات يتم عكسها --الكثير من البوليولات، وليس ما يكفي من الإيزوسيانات، وNCO هي النسبة المولية التي يتم التحكم فيها بين 0.8:1 و1:1. نظرًا لأن تفاعل مجموعة الهيدروكسيل أقل بكثير من تفاعل مجموعات الأيزوسيانات، فإن بوليمر الهيدروكسيل الطرفي يتمتع بثبات تخزين جيد وليس من السهل بلمرته ذاتيًا. يتم استخدامها بشكل شائع باعتبارها الجزء الرئيسي أو الناعم من مادة لاصقة مكونة من مكونين. في التطبيقات العملية، عادة ما يتم الحصول على البوليمرات الأولية الطرفية OH من خلال تمديد السلسلة بشكل أكبر مع زيادة طفيفة في ثنائي إيثيلين جلايكول المعتمد على البوليمرات الأولية NCO الطرفية.