Maendeleo ya utafiti juu ya polyurethanes zisizo za isocyanate
Tangu kuanzishwa kwao mnamo 1937, vifaa vya Polyurethane (PU) vimepata matumizi mengi katika sekta mbali mbali ikiwa ni pamoja na usafirishaji, ujenzi, petroli, nguo, uhandisi wa mitambo na umeme, anga, huduma ya afya, na kilimo. Vifaa hivi vinatumika katika fomu kama vile plastiki ya povu, nyuzi, elastomers, mawakala wa kuzuia maji, ngozi ya syntetisk, mipako, adhesives, vifaa vya kutengeneza na vifaa vya matibabu. PU ya jadi imeundwa kutoka kwa isocyanates mbili au zaidi pamoja na polyols za macromolecular na viboreshaji vidogo vya mnyororo wa Masi. Walakini, sumu ya asili ya isocyanates inaleta hatari kubwa kwa afya ya binadamu na mazingira; Kwa kuongezea kawaida hutokana na phosgene -mtangulizi wa sumu -na malighafi inayolingana.
Kwa kuzingatia utaftaji wa tasnia ya kisasa ya kemikali ya mazoea ya maendeleo ya kijani na endelevu, watafiti wanazidi kulenga badala ya isocyanates na rasilimali za mazingira wakati wa kuchunguza njia za riwaya za riwaya kwa zisizo za isocyanate polyurethanes (NIPU). Karatasi hii inaleta njia za maandalizi ya NIPU wakati wa kukagua maendeleo katika aina tofauti za NIPUS na kujadili matarajio yao ya baadaye kutoa kumbukumbu ya utafiti zaidi.
1 Mchanganyiko wa polyurethanes zisizo za isocyanate
Mchanganyiko wa kwanza wa misombo ya chini ya uzito wa carbamate kwa kutumia kaboni za monocyclic pamoja na diamines ya aliphatic ilitokea nje ya nchi miaka ya 1950-kuashiria wakati muhimu kuelekea muundo usio wa isocyate polyurethane. Hivi sasa kuna njia mbili za msingi za kutengeneza NIPU: ya kwanza inajumuisha athari za kuongeza hatua kati ya kaboni za cyclic na amines za binary; Ya pili inajumuisha athari za polycondensation zinazojumuisha kati ya diurethane pamoja na diols ambazo zinawezesha kubadilishana kwa muundo ndani ya carbamates. Viwango vya kati vya diamarboxylate vinaweza kupatikana kupitia njia za mzunguko wa kaboni au dimethyl carbonate (DMC); Kimsingi njia zote huathiri kupitia vikundi vya asidi ya kaboni inayotoa utendaji wa carbamate.
Sehemu zifuatazo zinafafanua juu ya njia tatu tofauti za kuunda polyurethane bila kutumia isocyanate.
1.1binary cyclic carbonate njia
NIPU inaweza kutengenezwa kupitia nyongeza za hatua zinazojumuisha kaboni ya cyclic ya binary pamoja na amini ya binary kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.
Kwa sababu ya vikundi vingi vya hydroxyl vilivyopo ndani ya vitengo vya kurudia kando ya muundo wake kuu njia hii kwa ujumla hutoa kile kinachoitwa polyβ-hydroxyl polyurethane (PHU). Leitsch et al., Aliendeleza safu ya polyether phus iliyoajiri polyethers za mzunguko wa kaboni pamoja na amini za binary pamoja na molekuli ndogo zinazotokana na kaboni za cyclic-kulinganisha hizi dhidi ya njia za jadi zinazotumika kuandaa pus za polyether. Matokeo yao yalionyesha kuwa vikundi vya hydroxyl ndani ya PHUS huunda kwa urahisi vifungo vya haidrojeni na atomi za nitrojeni/oksijeni ziko ndani ya sehemu laini/ngumu; Tofauti kati ya sehemu laini pia huathiri tabia ya dhamana ya hidrojeni na digrii za kujitenga za kipaza sauti ambazo baadaye huathiri sifa za utendaji wa jumla.
Kawaida hufanywa chini ya joto linalozidi 100 ° C njia hii haitoi bidhaa wakati wa michakato ya athari kuifanya kuwa isiyojali kwa unyevu wakati ikitoa bidhaa thabiti zisizo na wasiwasi wa hali ya hewa hata hivyo inahitaji vimumunyisho vya kikaboni. Hadi siku tano mara nyingi hutoa uzani wa chini wa Masi mara nyingi huanguka chini ya vizingiti karibu 30k g/mol kutoa uzalishaji mkubwa kwa kiwango kikubwa kutokana na gharama zote mbili zinazohusiana ndani ndani ya nguvu zisizo na nguvu zilizoonyeshwa na matokeo ya PHUS licha ya kuahidi matumizi ya spanning vifaa vya vikoa vya kumbukumbu hutengeneza muundo wa adhesive.
Njia ya Carbonate 1.2monocylic
Carbonate ya monocylic humenyuka moja kwa moja na diamine kusababisha dicarbamate inayo vikundi vya hydroxyl ambayo hupitia maingiliano maalum ya kupindukia/polycondensation pamoja na diols hatimaye inazalisha nipu muundo wa jadi ulioonyeshwa kupitia Kielelezo 2.
Lahaja za kawaida za monocylic zilizoajiriwa ni pamoja na ethylene & propylene kaboni ambazo timu ya Zhao Jingbo katika Chuo Kikuu cha Beijing cha Teknolojia ya Kemikali ilihusika na diamines tofauti zinazowapata dhidi ya vyombo vya cyclical hapo awali kupata miundo ya dicarbamate kabla ya kuendelea na uboreshaji wa polyting ama polsiling ama ya kueneza polytiting ama ya kueneza polytitings polytitings polytiting ama poldypitings polyting ama poldytiting ama converitings polytiting ama PolyTyting ama converiting ama Poldyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting Polyting PolyTyting PolyTyting Polytibiting PolyTyting Polyting Kufikia malengo ya mafanikio ya bidhaa husika za bidhaa zinazoonyesha mali za kuvutia za mafuta/mitambo kufikia viwango vya juu vya kuyeyuka kuzunguka anuwai ya kupanua takriban125 ~ 161 ° C Nguvu za nguvu zinazozunguka viwango vya karibu vya24mpa karibu na1476%. Wang et al., Vivyo hivyo mchanganyiko uliowekwa ndani ya DMC uliowekwa kwa mtiririko huo w/hexamethylenediamine/cyclocarbonated watangulizi wa synthesizing hydroxy-terminated derivatives baadaye iliyowekwa chini ya biobased dibasics kama oxalic/sebacic/acids adipic-acidstepteptated dibasics kama oxalic/sebacic/acids adipic-acidterephtaling activestept activics entiveptated dibasics kama oxalic/sebacic/acids adipic-acidtereptesed dibasics kama oxalic/sebacic/acids adipic-acid-tereptesed realtings adipings-acid-tereptesed reavics adipings. Encompasping13k ~ 28k g/mol tensile nguvu kushuka9 ~ 17 MPa elongations kutofautiana35%~ 235%.
Esters za cyclocarbonic hushiriki vizuri bila kuhitaji vichocheo chini ya hali ya kawaida kudumisha hali ya joto takriban80 ° hadi120 ° C inayofuata mara kwa mara huajiri mifumo ya kichocheo cha msingi wa organotin kuhakikisha usindikaji bora sio kuzidi200 °. Zaidi ya juhudi za kufidia tu kulenga pembejeo za diolic zenye uwezo wa ubinafsi/deglycolysis phenomena kuwezesha matokeo yanayotaka matokeo ya kutoa njia asili ya asili ya kupendeza ya methanoli/mabaki ya molekuli ndogo na hivyo kuwasilisha mbadala wa viwandani kusonga mbele.
1.3dimethyl njia ya kaboni
DMC represents an ecologically sound/non-toxic alternative featuring numerous active functional moieties inclusive methyl/methoxy/carbonyl configurations enhancing reactivity profiles significantly enabling initial engagements whereby DMC interacts directly w/diamines forming smaller methyl-carbamate terminated intermediaries followed thereafter melt-condensing actions incorporating additional Sehemu ndogo za mnyororo-diolics/maeneo makubwa ya polyol inayoongoza kuibuka baadaye ilitafuta muundo wa polymer ulioonekana ipasavyo kupitia Mchoro3.
Deepa et.al mtaji juu ya mienendo iliyotajwa hapo juu ya kuorodhesha sodium methoxide catalysis Orchestrating anuwai ya kati ya muundo wa baadaye baada ya kujishughulisha na malengo ya malengo ya mwisho sawa na sehemu ngumu za sehemu zinazopata uzito wa Masi (3 ~ 20) x10^3g/mol glasi ya mabadiliko ya joto (3 ~ 20) x10^3g/mol glasi ya mabadiliko ya joto (30 20) X10^3G/mol glasi ya mabadiliko ya joto (3 ~ 20) x10^3G/mol glasi ya mabadiliko ya joto (30. Pan Dongdong alichagua jozi za kimkakati zilizo na DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols kugundua matokeo muhimu yanaonyesha metriki ya nguvu ya oscillating10-15MPA uwiano wa kuenea1000%-1400%. Uchunguzi wa uchunguzi unaozunguka ushawishi tofauti wa upanuzi wa mnyororo ulifunua upendeleo unaofanana na chaguzi za butanediol/ hexanediol wakati usawa wa nambari ya atomiki ulidumisha uboreshaji ulioamuru uboreshaji wa fuwele ulioangaliwa katika minyororo ya kuridhisha ya kuridhisha ya kuridhisha ya kuridhisha ya kuridhisha ya kuridhisha pamoja AT230 ℃. Mlipuko wa kawaida ulilenga kupata ushiriki usio wa isocyante-polyureas everaging diazomonomer ushiriki unaotarajiwa uwezekano wa matumizi ya rangi inayoibuka ya kulinganisha juu ya wenzao wa vinyl-carbonaceous inayoangazia ufanisi wa vitu vya juu vya vifaa vya juu vya vitu vya upendeleo wa vitu vya juu vya vitu vya upendeleo wa vitu vya juu vya vitu vya upendeleo wa maandishi ya maandishi ya muda mrefu. Mahitaji ya kutengenezea na hivyo kupunguza mito ya taka ndogo hupunguza tu methanoli/ndogo-molekuli-diolic ebluluents kuanzisha paradigms za kijani kibichi kwa ujumla.
Sehemu 2 tofauti za polyurethane zisizo za isocyanate
2.1 Polyether polyurethane
Polyether polyurethane (PEU) hutumiwa sana kwa sababu ya nishati ya chini ya mshikamano wa vifungo vya ether katika sehemu laini za kurudia, mzunguko rahisi, kubadilika kwa joto la chini na upinzani wa hydrolysis.
Kebir et al. Synthesized polyether polyurethane na DMC, polyethilini glycol na butanediol kama malighafi, lakini uzito wa Masi ulikuwa chini (7 500 ~ 14 800g/mol), TG ilikuwa chini kuliko 0 ℃, na hatua ya kuyeyuka pia ilikuwa chini (38 ~ 48 ℃), na nguvu na vitu vingine vilikuwa vigumu kwa matumizi ya kuyeyuka pia ilikuwa chini (38 ~ 48 ℃), na nguvu na wengine walikuwa na mahitaji ya kuyeyuka pia ilikuwa chini (38 ~ 48 ℃), na nguvu na wengine walikuwa na mahitaji ya kuyeyuka pia ilikuwa chini (38 ~ 48 ℃), na nguvu na wengine walikuwa na mahitaji ya kuyeyuka pia mahitaji ya kuyeyuka pia mahitaji ya kuyeyuka pia walikuwa chini ya mahitaji ya kuyeyuka pia mahitaji ya kuyeyuka pia Kikundi cha utafiti cha Zhao Jingbo kilitumia kaboni ya ethylene, 1, 6-hexanediamine na polyethilini glycol ili kuunda PEU, ambayo ina uzito wa Masi ya 31 000g/mol, nguvu tensile ya 5 ~ 24mpa, na elongation wakati wa mapumziko ya 0.9% ~ 1 388%. Uzito wa Masi wa safu ya synthesized ya polyurethanes yenye kunukia ni 17 300 ~ 21 000g/mol, TG ni -19 ~ 10 ℃, kiwango cha kuyeyuka ni 102 ~ 110 ℃, nguvu tensile ni 12 ~ 38mpa, na kiwango cha kupona cha elastic cha 200% mara kwa mara ni 69% ~ 89.
Kikundi cha utafiti cha Zheng Liuchun na Li Chuncheng waliandaa kati 1, 6-hexamethylenediamine (BHC) na dimethyl carbonate na 1, 6-hexamethylenediamine, na polycondensation na molekuli ndogo za moja kwa moja na diols =. Mfululizo wa polyether polyurethanes (NIPEU) na njia isiyo ya isocyanate ilitayarishwa, na shida ya kuingiliana ya wa kati wakati wa majibu ilitatuliwa. Muundo na mali ya jadi polyether polyurethane (HDIPU) iliyoandaliwa na NIPEU na 1, 6-hexamethylene diisocyanate ililinganishwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 1.
| Mfano | Sehemu ngumu ya sehemu/% | Uzito wa Masi/(g·mol^(-1)) | Kielelezo cha usambazaji wa uzito wa Masi | Nguvu tensile/MPA | Elongation wakati wa mapumziko/% |
| NIPEU30 | 30 | 74000 | 1.9 | 12.5 | 1250 |
| NIPEU40 | 40 | 66000 | 2.2 | 8.0 | 550 |
| HDIPU30 | 30 | 46000 | 1.9 | 31.3 | 1440 |
| HDIPU40 | 40 | 54000 | 2.0 | 25.8 | 1360 |
Jedwali 1
Matokeo katika Jedwali 1 yanaonyesha kuwa tofauti za kimuundo kati ya NIPEU na HDIPU ni kwa sababu ya sehemu ngumu. Kikundi cha urea kinachotokana na athari ya upande wa NIPEU huingizwa kwa nasibu katika sehemu ngumu ya Masi, kuvunja sehemu ngumu kuunda vifungo vya hydrojeni, na kusababisha vifungo dhaifu vya haidrojeni kati ya minyororo ya Masi ya sehemu ngumu na fuwele za chini za sehemu ngumu, na kusababisha katika sehemu ya chini ya mgawanyo wa NU. Kama matokeo, mali zake za mitambo ni mbaya zaidi kuliko HDIPU.
2.2 Polyester polyurethane
Polyester polyurethane (PETU) na diols ya polyester kama sehemu laini ina biodegradability nzuri, biocompatibility na mali ya mitambo, na inaweza kutumika kuandaa scaffolds za uhandisi wa tishu, ambayo ni nyenzo ya biomedical na matarajio makubwa ya matumizi. Diols za polyester zinazotumika kawaida katika sehemu laini ni diol ya polybutylene adipate, polyglycol adipate diol na diol ya polycaprolactone.
Hapo awali, Rokicki et al. Ilijibu kaboni ya ethylene na diamine na diols tofauti (1, 6-hexanediol, 1, 10-N-dodecanol) kupata NIPU tofauti, lakini Nipu iliyoundwa ilikuwa na uzito wa chini wa Masi na Tg ya chini. Farhadian et al. Kaboni iliyotayarishwa ya polycyclic kwa kutumia mafuta ya mbegu ya alizeti kama malighafi, kisha ikachanganywa na polyamines zenye msingi wa bio, iliyofunikwa kwenye sahani, na iliponywa kwa 90 ℃ kwa 24 h kupata filamu ya polyurethane ya thermosetting, ambayo ilionyesha utulivu mzuri wa mafuta. Kikundi cha utafiti cha Zhang Liqun kutoka Chuo Kikuu cha Teknolojia cha China Kusini kilitengeneza safu ya diamines na kaboni za cyclic, na kisha kufikiwa na asidi ya dibasic ya biobased kupata polyurethane ya biobased. Kikundi cha Utafiti cha Zhu Jin katika Taasisi ya Utafiti wa vifaa vya Ningbo, Chuo cha Sayansi cha China kiliandaa sehemu ngumu ya diaminodiol kwa kutumia hexadiamine na vinyl kaboni, na kisha polycondensation na bio isiyo na msingi wa dibasic kupata safu ya polyester polyurethane, ambayo inaweza kutumika kama rangi ya ultraviolet [23]. Kikundi cha utafiti cha Zheng Liuchun na Li Chuncheng kilitumia asidi ya adipic na diols nne za aliphatic (butanediol, hexadiol, octanediol na decanediol) na idadi tofauti ya atomiki ya kaboni kuandaa diols za polyester kama sehemu laini; Kundi la zisizo za isocyanate polyester polyurethane (PETU), jina lake baada ya idadi ya atomi za kaboni za diols za aliphatic, zilipatikana kwa kuyeyuka polycondensation na sehemu ngumu ya sehemu ngumu iliyoandaliwa na BHC na diols. Sifa za mitambo ya PETU zinaonyeshwa kwenye Jedwali 2.
| Mfano | Nguvu tensile/MPA | Modulus ya elastic/MPA | Elongation wakati wa mapumziko/% |
| 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 |
Jedwali 2
Matokeo yanaonyesha kuwa sehemu laini ya PETU4 ina wiani wa juu zaidi wa carbonyl, dhamana yenye nguvu ya haidrojeni na sehemu ngumu, na kiwango cha chini cha utenganisho wa sehemu. Crystallization ya sehemu zote laini na ngumu ni mdogo, kuonyesha kiwango cha chini cha kuyeyuka na nguvu tensile, lakini urefu wa juu zaidi wakati wa mapumziko.
2.3 polycarbonate polyurethane
Polycarbonate polyurethane (PCU), haswa aliphatic PCU, ina upinzani bora wa hydrolysis, upinzani wa oxidation, utulivu mzuri wa kibaolojia na biocompatibility, na ina matarajio mazuri ya matumizi katika uwanja wa biomedicine. Kwa sasa, Nipu iliyoandaliwa hutumia polyols za polyether na polyols za polyester kama sehemu laini, na kuna ripoti chache za utafiti juu ya polycarbonate polyurethane.
Polyurethane isiyo ya isocyanate polycarbonate iliyoandaliwa na kikundi cha utafiti cha Tian Hengshui katika Chuo Kikuu cha Teknolojia cha China Kusini kina uzito wa zaidi ya 50 000 g/mol. Ushawishi wa hali ya athari kwenye uzito wa Masi ya polymer umesomwa, lakini mali zake za mitambo hazijaripotiwa. Kikundi cha utafiti cha Zheng Liuchun na Li Chuncheng waliandaa PCU kwa kutumia DMC, hexanediamine, hexadiol na diols za polycarbonate, na jina lake PCU kulingana na sehemu kubwa ya sehemu ngumu ya kurudia sehemu. Sifa za mitambo zinaonyeshwa kwenye Jedwali 3.
| Mfano | Nguvu tensile/MPA | Modulus ya elastic/MPA | Elongation wakati wa mapumziko/% |
| 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 |
Jedwali 3
Matokeo yanaonyesha kuwa PCU ina uzito mkubwa wa Masi, hadi 6 × 104 ~ 9 × 104g/mol, kiwango cha kuyeyuka hadi 137 ℃, na nguvu tensile hadi 29 MPa. Aina hii ya PCU inaweza kutumika kama plastiki ngumu au kama elastomer, ambayo ina matarajio mazuri ya matumizi katika uwanja wa biomedical (kama vile scaffolds za uhandisi wa tishu za binadamu au vifaa vya kuingiza moyo na mishipa).
2.4 Hybrid isiyo ya isocyanate polyurethane
Hybrid isiyo ya isocyanate polyurethane (mseto wa mseto) ni utangulizi wa resin ya epoxy, acrylate, silika au vikundi vya siloxane ndani ya mfumo wa Masi ya polyurethane kuunda mtandao wa kuingiliana, kuboresha utendaji wa polyurethane au kutoa kazi tofauti za polyurethane.
Feng Yuelan et al. Ilijibu mafuta ya soya ya msingi ya bio na CO2 ili kuunda kaboni ya pentamonic (CSBO), na ilianzisha bisphenol diglycidyl ether (epoxy resin E51) na sehemu ngumu zaidi za mnyororo ili kuboresha zaidi nipu iliyoundwa na CSBO iliyoimarishwa na amine. Mlolongo wa Masi una sehemu ndefu ya mnyororo ya asidi ya oleic/linoleic. Pia ina sehemu ngumu zaidi za mnyororo, ili iwe na nguvu ya juu ya mitambo na ugumu wa hali ya juu. Watafiti wengine pia walitengeneza aina tatu za prepolymers za NIPU na vikundi vya mwisho vya furan kupitia athari ya ufunguzi wa kiwango cha diethylene glycol baiskeli na diamine, na kisha kuguswa na polyester isiyo na msingi kuandaa laini ya polyurethane na kazi ya kujiponya, na kufanikiwa kugundua ufanisi wa juu wa ubinafsi. Hybrid nipu sio tu sifa za NIPU ya jumla, lakini pia inaweza kuwa na wambiso bora, asidi na upinzani wa kutu wa alkali, upinzani wa kutengenezea na nguvu ya mitambo.
Mtazamo 3
NIPU imeandaliwa bila kutumia isocyanate yenye sumu, na kwa sasa inasomwa kwa njia ya povu, mipako, wambiso, elastomer na bidhaa zingine, na ina matarajio anuwai ya matumizi. Walakini, wengi wao bado ni mdogo kwa utafiti wa maabara, na hakuna uzalishaji mkubwa. Kwa kuongezea, na uboreshaji wa viwango vya maisha vya watu na ukuaji endelevu wa mahitaji, NIPU iliyo na kazi moja au kazi nyingi imekuwa mwelekeo muhimu wa utafiti, kama vile antibacterial, kujirekebisha, kumbukumbu ya sura, moto wa moto, upinzani wa joto na kadhalika. Kwa hivyo, utafiti wa siku zijazo unapaswa kufahamu jinsi ya kuvunja shida muhimu za ukuaji wa uchumi na kuendelea kuchunguza mwelekeo wa kuandaa kazi ya NIPU.
Wakati wa chapisho: Aug-29-2024