Полиуретан принадлежит к группе полимеров (химических соединений, состоящих из связанных между собой однородных макромолекул). Макромолекулой называется, в свою очередь, вещество с большим количеством идентичных мономеров в составе. Макромолекулы бывают различными по длине, имеют одномерную или разветвленную структуру. Мономеры представляют собой структурные звенья в составе макромолекул со связанными между собой атомными ядрами.
За счет сложной и ступенчатой схемы строения характеристики полимеров зависят от:
Для производства полиуретана применяются органические соединения – изоцианаты.
Изоцианаты — активные электрофильные реагенты, которые используются для синтеза полимеров с разнообразными физико-механическими характеристиками. В комбинации с многоатомными спиртами мономер участвует в промышленном синтезе полиуретанов. При взаимодействии с гликолями получаются вещества с уретановыми макромолекулами в химическом составе.
Дальнейший процесс связан с удлинением молекулярных цепей. Полиуретановые макромолекулы вступают во взаимодействие с диаминами и водой, вследствие чего цепи удлиняются, и в них образуются мочевинные соединения. Чередование уретановых и мочевинных групп в цепи создают высокомолекулярную структуру полиуретана.
В длину химическая частица значительно превышает поперечный диаметр. Если d линейной микромолекулы составляет 0,4 – 2, нм, то параметры длины достигают 1000 нм. Такое соотношение длины и поперечного сечения обусловливает свойства сегментальной подвижности и гибкости. При таких показателях гибкими становятся даже металлы, из которых изготавливают вязальные проволоки.
Отдельные части цепи микромолекулы вращаются вокруг химических связей, придавая полиуретану свойства:
Гибкость определяет и другие физико-механические свойства полимера, такие как состояние в условиях определенного температурного диапазона.
В химической структуре полиуретана присутствуют разнообразные типы связей, что определяет физико-механические характеристики материала. Концентрация уретановых соединений в некоторых разновидностях полимера сопоставима с другими видами связей.
Такая структурная картина создается за счет значительного числа дополнительных химических реакций в процессе синтеза определенного вида материала. Особенно это относится к полиуретанам с трехмерным строением. С изоцианатами активно взаимодействуют атомы водорода, присутствующие в амидах, мочевине и уретановых соединениях. В условиях повышенной температуры эти атомы провоцируют формирование новых молекулярных сшивок, ветвлений и химических связей.
Для управления процессом необходимо контролировать и корректировать температурные показатели, использовать соответствующие катализаторы и другие вспомогательные средства.
Помимо химических связей между отдельными молекулами, в структуре полимеров присутствуют также различные упорядоченные формации, схемы расположения элементов относительно друг друга. В зависимости от надмолекулярной структуры полимерные материалы приобретают определенные свойства и характеристики. Изменение порядка расположения макромолекул относительно друг друга приводит к изменению характеристик конечного изделия.
Это свойство используется в промышленном синтезе полиуретанов. Для получения материала с требуемыми характеристиками создаются соответствующие условия производственного процесса, устанавливаются точные параметры температуры формовки и охлаждения, скорости сдвига, напряжения и т.д. Подбираются также соответствующие типы растворителей.
Чтобы получить продукт с определенным набором характеристик, уже на начальном этапе выбора исходного сырья учитываются требования к готовому изделию. Технологический процесс предусматривает последовательную цепочку операций с применением определенных соединений на этапе получения и синтеза полиуретана, на этапе формовки готового изделия.
За счет возможности задавать определенные свойства полиуретану этом материал имеет множество подвидов и успешно используется в разных сферах промышленности. Отдельные разновидности отличаются набором функциональных групп и физико-химическими свойствами. Общий элемент у всех полиуретанов – уретановая группа NHCOO, которая входит в повторяющиеся звенья полимерной цепи.
Вспененный полиуретан применяется в строительстве как эффективный теплоизолятор, в мебельном производстве – как составной элемент мягкой мебели. Жидкий полиуретан используется для производства мягких кровель. Листовые и литьевые разновидности являются качественным сырьем для автомобильной промышленности (изготовление сайлент-блоков, уплотнительных колец и т.д.), а также для изготовления штампов.
