ความก้าวหน้าการวิจัยโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

นับตั้งแต่มีการนำวัสดุโพลียูรีเทน (PU) มาใช้ในปี 1937 วัสดุเหล่านี้ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายภาคส่วน เช่น การขนส่ง การก่อสร้าง ปิโตรเคมี สิ่งทอ วิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า อวกาศ การดูแลสุขภาพ และเกษตรกรรม วัสดุเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น โฟมพลาสติก ไฟเบอร์ อีลาสโตเมอร์ สารกันซึม หนังสังเคราะห์ สารเคลือบ กาว วัสดุปูถนน และอุปกรณ์ทางการแพทย์ PU แบบดั้งเดิมนั้นสังเคราะห์ขึ้นจากไอโซไซยาเนต 2 ชนิดขึ้นไป ร่วมกับโพลีออลโมเลกุลขนาดใหญ่และสารต่อโซ่โมเลกุลขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษโดยธรรมชาติของไอโซไซยาเนตก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้ว ไอโซไซยาเนตยังมาจากฟอสจีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีพิษสูง และวัตถุดิบอะมีนที่เกี่ยวข้อง

จากการที่อุตสาหกรรมเคมีในปัจจุบันพยายามแสวงหาแนวทางการพัฒนาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน นักวิจัยจึงให้ความสำคัญกับการทดแทนไอโซไซยาเนตด้วยทรัพยากรที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ขณะเดียวกันก็สำรวจเส้นทางการสังเคราะห์ใหม่ๆ สำหรับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (NIPU) บทความนี้จะแนะนำเส้นทางการเตรียม NIPU พร้อมทั้งทบทวนความก้าวหน้าของ NIPU ประเภทต่างๆ และหารือถึงแนวโน้มในอนาคตเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยเพิ่มเติม

1 การสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

การสังเคราะห์สารประกอบคาร์บาเมตที่มีมวลโมเลกุลต่ำครั้งแรกโดยใช้คาร์บอเนตโมโนไซคลิกรวมกับไดอะมีนอะลิฟาติกเกิดขึ้นในต่างประเทศในช่วงทศวรรษปี 1950 ซึ่งถือเป็นช่วงเวลาสำคัญในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต ปัจจุบันมีวิธีการหลักสองวิธีในการผลิต NIPU วิธีแรกเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการเติมแบบขั้นตอนระหว่างคาร์บอเนตแบบวงแหวนคู่และอะมีนแบบวงแหวนคู่ ส่วนวิธีที่สองเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันที่เกี่ยวข้องกับสารตัวกลางของไดยูรีเทนร่วมกับไดออลที่อำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนโครงสร้างภายในคาร์บาเมต สารตัวกลางของไดมาร์บอกซิเลตสามารถได้รับจากเส้นทางคาร์บอเนตแบบวงแหวนหรือไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการทั้งหมดจะทำปฏิกิริยาผ่านกลุ่มกรดคาร์บอนิกที่ให้ฟังก์ชันการทำงานของคาร์บาเมต

หัวข้อต่อไปนี้จะอธิบายแนวทางที่แตกต่างกันสามวิธีในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

1.1 เส้นทางคาร์บอเนตแบบไบนารีไซคลิก

สามารถสังเคราะห์ NIPU ได้โดยการเติมแบบขั้นตอนโดยเกี่ยวข้องกับคาร์บอเนตแบบวงแหวนไบนารีที่จับกับไบนารีเอมีนตามที่แสดงในรูปที่ 1

เนื่องจากมีกลุ่มไฮดรอกซิลหลายกลุ่มอยู่ภายในหน่วยที่ซ้ำกันตลอดโครงสร้างโซ่หลัก วิธีนี้จึงมักให้ผลที่เรียกว่าโพลีเบตา-ไฮดรอกซิลโพลียูรีเทน (PHU) Leitsch และคณะได้พัฒนาชุด PHU ของโพลีเอเธอร์โดยใช้โพลีเอเธอร์ที่มีปลายคาร์บอเนตแบบวงแหวนควบคู่ไปกับอะมีนแบบไบนารีและโมเลกุลขนาดเล็กที่ได้จากคาร์บอเนตแบบวงแหวนแบบไบนารี โดยเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิมที่ใช้ในการเตรียม PU ของโพลีเอเธอร์ ผลการวิจัยระบุว่ากลุ่มไฮดรอกซิลภายใน PHU สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอะตอมไนโตรเจน/ออกซิเจนที่อยู่ในส่วนนิ่ม/แข็งได้ง่าย ความแตกต่างระหว่างส่วนนิ่มยังส่งผลต่อพฤติกรรมพันธะไฮโดรเจน รวมถึงระดับการแยกไมโครเฟส ซึ่งส่งผลต่อลักษณะการทำงานโดยรวมในภายหลัง

โดยทั่วไปจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 °C เส้นทางนี้จะไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้ในระหว่างกระบวนการปฏิกิริยา ทำให้ค่อนข้างไม่ไวต่อความชื้นในขณะที่ให้ผลิตภัณฑ์ที่เสถียรโดยไม่ต้องกังวลเรื่องความผันผวน แต่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีลักษณะขั้วที่แข็งแกร่ง เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO), N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) เป็นต้น นอกจากนี้ เวลาปฏิกิริยาที่ขยายออกไปตั้งแต่หนึ่งวันจนถึงห้าวันมักให้มวลโมเลกุลต่ำลงซึ่งมักจะต่ำกว่าเกณฑ์ที่ประมาณ 30k g/mol ทำให้การผลิตขนาดใหญ่มีความท้าทาย เนื่องจากส่วนใหญ่มีต้นทุนสูงที่เกี่ยวข้องร่วมกับความแข็งแรงที่ไม่เพียงพอที่แสดงโดย PHU ที่ได้แม้จะมีการใช้งานที่มีแนวโน้มดีครอบคลุมโดเมนวัสดุลดแรงสั่นสะเทือน โครงสร้างหน่วยความจำรูปร่าง สูตรกาว สารละลายเคลือบ โฟม เป็นต้น

1.2 เส้นทางคาร์บอเนตโมโนไซลิก

คาร์บอเนตโมโนไซลิกทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไดอะมีนส่งผลให้ไดคาร์บาเมตมีกลุ่มปลายไฮดรอกซิลซึ่งจากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน/โพลีคอนเดนเซชันแบบเฉพาะทางควบคู่ไปกับไดออล ซึ่งท้ายที่สุดจะสร้าง NIPU ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับแบบดั้งเดิม ซึ่งแสดงไว้ในภาพที่ 2

สารตั้งต้นที่เป็นโมโนไซลิกที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ เอทิลีนและโพรพิลีนคาร์บอเนต โดยทีมงานของ Zhao Jingbo จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีปักกิ่งได้ใช้ไดอะมีนชนิดต่างๆ เพื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบแบบวงจรดังกล่าว โดยในเบื้องต้นจะได้สารตัวกลางไดคาร์บาเมตเชิงโครงสร้างที่หลากหลาย ก่อนจะดำเนินการต่อในขั้นตอนการควบแน่นโดยใช้โพลีเตตระไฮโดรฟูรานไดออล/โพลีอีเธอร์ไดออล ซึ่งสุดท้ายก็ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติทางความร้อน/เชิงกลที่น่าประทับใจ ซึ่งไปถึงจุดหลอมเหลวที่อยู่ในช่วงประมาณ 125~161°C มีความแข็งแรงในการดึงสูงสุดที่อัตราการยืดตัว 24 MPa ที่เกือบ 1,476% Wang et al. ได้ผสมผสานอย่างคล้ายคลึงกันโดยประกอบด้วย DMC ที่จับคู่กับสารตั้งต้นที่เป็นเฮกซาเมทิลีนไดอะมีน/ไซโคลคาร์บอเนตตามลำดับในการสังเคราะห์อนุพันธ์ที่สิ้นสุดด้วยไฮดรอกซี จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการสร้างกรดไดเบสิกที่เป็นชีวภาพ เช่น ออกซาลิก/เซบาซิก/กรดอะดิปิก-แอซิด-เทเรฟทาลิก โดยให้ผลลัพธ์สุดท้ายที่แสดงช่วงความแข็งแรงแรงดึงตั้งแต่ 13,000 ถึง 28,000 กรัมต่อโมล และการยืดตัวที่ผันผวนตั้งแต่ 9 ถึง 17 MPa ซึ่งแตกต่างกันที่ 35% ถึง 235%

เอสเทอร์ไซโคลคาร์บอนิกทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้เงื่อนไขทั่วไป โดยรักษาช่วงอุณหภูมิให้อยู่ที่ประมาณ 80° ถึง 120°C การเปลี่ยนเอสเทอร์ในภายหลังมักใช้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สารออร์กาโนตินเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการจะดีที่สุดและไม่เกิน 200° นอกเหนือจากความพยายามในการควบแน่นเพียงอย่างเดียวที่กำหนดเป้าหมายที่อินพุตไดออลิกแล้ว ปรากฏการณ์พอลิเมอไรเซชัน/ดีไกลโคไลซิสด้วยตนเองยังช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ทำให้วิธีการนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยเนื้อแท้ โดยให้ผลเป็นเมทานอล/สารตกค้างไดออลิกโมเลกุลเล็กเป็นหลัก จึงเป็นทางเลือกทางอุตสาหกรรมที่เป็นไปได้ในอนาคต

1.3 เส้นทางไดเมทิลคาร์บอเนต

DMC เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม/ไม่เป็นพิษ โดยมีกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานได้มากมายซึ่งรวมถึงโครงสร้างเมทิล/เมทอกซี/คาร์บอนิล ซึ่งช่วยเพิ่มโปรไฟล์ปฏิกิริยา ทำให้สามารถมีส่วนร่วมเบื้องต้นได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยที่ DMC จะทำปฏิกิริยากับไดอะมีนโดยตรง โดยสร้างตัวกลางที่มีขนาดเล็กกว่าซึ่งถูกยุติด้วยเมทิลคาร์บาเมต ตามด้วยกระบวนการควบแน่นด้วยการหลอมละลาย โดยมีไดออลิกที่ขยายสายโซ่ขนาดเล็กเพิ่มเติม/องค์ประกอบของโพลีออลที่ใหญ่กว่า ซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นในที่สุดของโครงสร้างโพลีเมอร์ที่เป็นที่ต้องการ ซึ่งแสดงภาพได้ตามลำดับในรูปที่ 3

Deepa et al ใช้ประโยชน์จากพลวัตดังกล่าวที่กล่าวถึงข้างต้นโดยใช้การเร่งปฏิกิริยาโซเดียมเมทอกไซด์ในการประสานการก่อตัวระดับกลางที่หลากหลาย จากนั้นจึงทำการต่อขยายแบบกำหนดเป้าหมายซึ่งส่งผลให้ได้องค์ประกอบส่วนแข็งที่เทียบเท่ากันแบบอนุกรมซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลโดยประมาณที่ (3 ~20)x10^3g/mol อุณหภูมิเปลี่ยนผ่านของแก้วที่ครอบคลุม (-30 ~120°C) Pan Dongdong เลือกการจับคู่เชิงกลยุทธ์ที่ประกอบด้วย DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าสังเกตซึ่งแสดงให้เห็นเมตริกความแข็งแรงแรงดึงที่แกว่งไปมาในอัตราการขยาย 10-15 MPa ที่เข้าใกล้ 1,000%-1,400% การติดตามการสืบสวนที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลการขยายสายโซ่ที่แตกต่างกันเผยให้เห็นถึงการตั้งค่าที่เหมาะสมในการจัดตำแหน่งการเลือกบิวทานไดออล/เฮกเซนไดออลเมื่อความเท่าเทียมของเลขอะตอมรักษาความสม่ำเสมอโดยส่งเสริมการปรับปรุงความเป็นผลึกแบบมีระเบียบที่สังเกตได้ตลอดสายโซ่ กลุ่มของ Sarazin ได้เตรียมคอมโพสิตที่ผสานลิกนิน/DMC ร่วมกับเฮกซะไฮดรอกซีเอมีนซึ่งแสดงคุณสมบัติเชิงกลที่น่าพอใจหลังการประมวลผลที่ 230℃ การสำรวจเพิ่มเติมที่มุ่งหวังที่จะได้โพลียูเรียที่ไม่ใช่ไอโซไซยาไนต์ซึ่งใช้ประโยชน์จากการมีส่วนร่วมของไดอะโซโมโนเมอร์คาดการณ์การใช้งานสีที่มีศักยภาพได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบที่เกิดขึ้นใหม่เหนือวัสดุไวนิลคาร์บอนที่เน้นย้ำถึงความคุ้มทุน/ช่องทางการจัดหาที่กว้างขึ้นที่มีอยู่ การตรวจสอบอย่างรอบคอบเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์จำนวนมากโดยทั่วไปต้องใช้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง/สุญญากาศซึ่งขัดต่อความต้องการตัวทำละลาย จึงลดกระแสของเสียลงอย่างมาก โดยจำกัดเฉพาะเมทานอล/ของเสียจากโมเลกุลเล็กไดออลิกเป็นหลัก ซึ่งสร้างการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ภาพรวมของกระบวนทัศน์

2 ส่วนที่อ่อนนุ่มต่างกันของโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

2.1 โพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน

โพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน (PEU) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากพลังงานการยึดเกาะของพันธะอีเธอร์ต่ำในหน่วยการทำซ้ำส่วนอ่อน หมุนได้ง่าย มีความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม และทนต่อการไฮโดรไลซิส

Kebir et al. สังเคราะห์โพลีเอเธอร์โพลียูรีเทนด้วย DMC โพลีเอทิลีนไกลคอลและบิวทาไดออลเป็นวัตถุดิบ แต่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (7 500 ~ 14 800g/mol) Tg ต่ำกว่า 0℃ และจุดหลอมเหลวก็ต่ำเช่นกัน (38 ~ 48℃) และความแข็งแกร่งและตัวบ่งชี้อื่น ๆ ยากที่จะตอบสนองความต้องการในการใช้งาน กลุ่มวิจัยของ Zhao Jingbo ใช้เอทิลีนคาร์บอเนต 1,6-hexanediamine และโพลีเอทิลีนไกลคอลเพื่อสังเคราะห์ PEU ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 31 000g/mol ความแข็งแรงแรงดึง 5 ~ 24MPa และการยืดเมื่อขาด 0.9% ~ 1 388% น้ำหนักโมเลกุลของโพลียูรีเทนอะโรมาติกที่สังเคราะห์ขึ้นในชุดนี้คือ 17,300 ~ 21,000g/mol, Tg คือ -19 ~ 10℃, จุดหลอมเหลวคือ 102 ~ 110℃, ความแข็งแรงแรงดึงคือ 12 ~ 38MPa และอัตราการคืนตัวยืดหยุ่นของการยืดตัวคงที่ 200% คือ 69% ~ 89%

กลุ่มวิจัยของเจิ้ง ลิ่วชุนและหลี่ ชุนเฉิงได้เตรียมสารตัวกลาง 1,6-เฮกซาเมทิลีนไดอะมีน (BHC) ด้วยไดเมทิลคาร์บอเนตและ 1,6-เฮกซาเมทิลีนไดอะมีน และการโพลีคอนเดนเซชันด้วยไดออลโซ่ตรงโมเลกุลเล็กต่างๆ และโพลีเตตระไฮโดรฟูรานไดออล (Mn=2 000) จากนั้นจึงเตรียมโพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน (NIPEU) ชุดหนึ่งที่มีเส้นทางที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต และแก้ไขปัญหาการเชื่อมขวางของสารตัวกลางระหว่างปฏิกิริยา จากนั้นจึงเปรียบเทียบโครงสร้างและคุณสมบัติของโพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน (HDIPU) แบบดั้งเดิมที่เตรียมโดย NIPEU และไดไอโซไซยาเนต 1,6-เฮกซาเมทิลีนตามที่แสดงในตารางที่ 1

ตัวอย่าง	เศษส่วนมวลส่วนที่แข็ง/%	น้ำหนักโมเลกุล/(ก.·โมล^(-1))	ดัชนีการกระจายน้ำหนักโมเลกุล	ความต้านทานแรงดึง/MPa	การยืดตัวที่จุดขาด/%
นิปอียู30	30	74000	1.9	12.5	1250
นิปอียู40	40	66000	2.2	8.0	550
เอชดีไอพียู30	30	46000	1.9	31.3	1440
เอชดีไอพียู40	40	54000	2.0	25.8	1360

ตารางที่ 1

ผลลัพธ์ในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างของโครงสร้างระหว่าง NIPEU และ HDIPU เกิดจากส่วนที่แข็งเป็นหลัก โดยกลุ่มยูเรียที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงของ NIPEU จะถูกฝังแบบสุ่มในโซ่โมเลกุลของส่วนที่แข็ง ทำให้ส่วนที่แข็งแตกออกเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนที่เป็นระเบียบ ส่งผลให้พันธะไฮโดรเจนระหว่างโซ่โมเลกุลของส่วนที่แข็งมีความแข็งแรงน้อย และส่วนที่แข็งมีผลึกต่ำ ส่งผลให้ NIPEU มีการแยกเฟสต่ำ ส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลของ NIPEU แย่กว่า HDIPU มาก

2.2 โพลีเอสเตอร์ โพลียูรีเทน

โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน (PETU) ที่มีไดออลโพลีเอสเตอร์เป็นส่วนที่อ่อนนุ่มนั้นมีคุณสมบัติในการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติเชิงกลที่ดี และสามารถใช้ในการเตรียมโครงสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นวัสดุทางการแพทย์ที่มีแนวโน้มการใช้งานที่ดี ไดออลโพลีเอสเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปในส่วนที่อ่อนนุ่ม ได้แก่ โพลิบิวทิลีนอะดิเพตไดออล โพลิไกลคอลอะดิเพตไดออล และโพลิคาโปรแลกโทนไดออล

ก่อนหน้านี้ Rokicki และคณะทำปฏิกิริยาเอทิลีนคาร์บอเนตกับไดอะมีนและไดออลต่างๆ (1, 6-เฮกเซนไดออล, 1, 10-n-โดเดคานอล) เพื่อให้ได้ NIPU ที่แตกต่างกัน แต่ NIPU ที่สังเคราะห์ได้มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าและ Tg ต่ำกว่า Farhadian และคณะเตรียมโพลีไซคลิกคาร์บอเนตโดยใช้น้ำมันเมล็ดทานตะวันเป็นวัตถุดิบ จากนั้นผสมกับโพลีเอมีนชีวภาพ เคลือบบนแผ่น และบ่มที่อุณหภูมิ 90 ℃ เป็นเวลา 24 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ฟิล์มโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนเทอร์โมเซตติ้ง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี กลุ่มวิจัยของ Zhang Liqun จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีจีนใต้สังเคราะห์ไดอะมีนและคาร์บอเนตไซคลิกชุดหนึ่ง จากนั้นควบแน่นด้วยกรดไดเบสิกชีวภาพเพื่อให้ได้โพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์ชีวภาพ กลุ่มวิจัยของ Zhu Jin ที่สถาบันวิจัยวัสดุ Ningbo สถาบันวิทยาศาสตร์จีนได้เตรียมส่วนแข็งของไดอะมิโนไดออลโดยใช้เฮกซาไดอะมีนและไวนิลคาร์บอเนต จากนั้นจึงใช้กรดไดเบสิกไม่อิ่มตัวจากชีวภาพแบบโพลีคอนเดนเซชันเพื่อให้ได้โพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์ชุดหนึ่ง ซึ่งสามารถใช้เป็นสีหลังจากการบ่มด้วยแสงอัลตราไวโอเลต [23] กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng ได้ใช้กรดอะดิปิกและไดออลอะลิฟาติกสี่ชนิด (บิวทานไดออล เฮกซาไดออล อ็อกเทนไดออล และเดคาเนไดออล) ที่มีเลขอะตอมคาร์บอนต่างกันเพื่อเตรียมไดออลโพลีเอสเตอร์ที่สอดคล้องกันเป็นส่วนอ่อน กลุ่มโพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์ที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (PETU) ซึ่งตั้งชื่อตามจำนวนอะตอมคาร์บอนของไดออลอะลิฟาติก ได้มาจากกระบวนการโพลีคอนเดนเซชันด้วยพรีโพลีเมอร์ส่วนแข็งที่ปิดผนึกด้วยไฮดรอกซีซึ่งเตรียมโดย BHC และไดออล คุณสมบัติเชิงกลของ PETU แสดงอยู่ในตารางที่ 2

ตัวอย่าง	ความต้านทานแรงดึง/MPa	โมดูลัสยืดหยุ่น/เมกะปาสคาล	การยืดตัวที่จุดขาด/%
เพ็ทยู4	6.9±1.0	36±8	673±35
เพ็ทยู6	10.1±1.0	55±4	568±32
เพ็ทยู8	9.0±0.8	47±4	551±25
เพ็ทยู10	8.8±0.1	52±5	137±23

ตารางที่ 2

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าส่วนที่อ่อนของ PETU4 มีความหนาแน่นของคาร์บอนิลสูงที่สุด มีพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งที่สุดกับส่วนที่แข็ง และมีระดับการแยกเฟสต่ำที่สุด การตกผลึกของส่วนที่อ่อนและส่วนที่แข็งมีจำกัด โดยมีจุดหลอมเหลวและความแข็งแรงในการดึงต่ำ แต่มีการยืดตัวสูงสุดเมื่อขาด

2.3 โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทน

โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทน (PCU) โดยเฉพาะ PCU อะลิฟาติก มีความต้านทานการไฮโดรไลซิส ความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน ความเสถียรทางชีวภาพและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในสาขาชีวการแพทย์ ปัจจุบัน NIPU ที่เตรียมไว้ส่วนใหญ่ใช้โพลีเอเธอร์โพลีออลและโพลีเอสเตอร์โพลีออลเป็นส่วนที่อ่อนนุ่ม และมีรายงานการวิจัยเกี่ยวกับโพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทนเพียงไม่กี่ฉบับ

โพลียูรีเทนโพลีคาร์บอเนตที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนตที่เตรียมโดยกลุ่มวิจัยของเทียนเฮงสุ่ยที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีจีนใต้มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 50,000 กรัมต่อโมล อิทธิพลของสภาวะปฏิกิริยาต่อน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ได้รับการศึกษาแล้ว แต่ยังไม่มีการรายงานคุณสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์ กลุ่มวิจัยของเจิ้งหลิ่วชุนและหลี่ชุนเฉิงเตรียม PCU โดยใช้ DMC เฮกเซนไดอะมีน เฮกซาไดออล และโพลีคาร์บอเนตไดออล และตั้งชื่อ PCU ตามเศษส่วนมวลของหน่วยซ้ำของส่วนแข็ง คุณสมบัติเชิงกลแสดงอยู่ในตารางที่ 3

ตัวอย่าง	ความต้านทานแรงดึง/MPa	โมดูลัสยืดหยุ่น/เมกะปาสคาล	การยืดตัวที่จุดขาด/%
พีซียู18	17±1	36±8	665±24
พีซียู33	19±1	107±9	656±33
พีซียู46	21±1	150±16	407±23
พีซียู57	22±2	210±17	262±27
พีซียู67	27±2	400±13	63±5
พีซียู82	29±1	518±34	26±5

ตารางที่ 3

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า PCU มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึง 6×104 ~ 9×104g/mol จุดหลอมเหลวสูงถึง 137 ℃ และแรงดึงสูงถึง 29 MPa PCU ประเภทนี้สามารถใช้เป็นพลาสติกแข็งหรืออีลาสโตเมอร์ ซึ่งมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในสาขาชีวการแพทย์ (เช่น โครงสร้างวิศวกรรมเนื้อเยื่อของมนุษย์หรือวัสดุปลูกถ่ายหลอดเลือดหัวใจ)

2.4 โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (ไฮบริด NIPU) คือการนำกลุ่มเรซินอีพอกซี อะคริเลต ซิลิกา หรือซิโลเซนเข้าสู่กรอบโมเลกุลของโพลียูรีเทนเพื่อสร้างเครือข่ายแทรกซึม ปรับปรุงประสิทธิภาพของโพลียูรีเทน หรือให้โพลียูรีเทนมีหน้าที่ที่แตกต่างกัน

Feng Yuelan และคณะทำปฏิกิริยากับ CO2 ระหว่างน้ำมันถั่วเหลืองอีพอกซีชีวภาพเพื่อสังเคราะห์เพนทามอนิกไซคลิกคาร์บอเนต (CSBO) และแนะนำบิสฟีนอลเอไดกลีซิดิลอีเธอร์ (เรซินอีพอกซี E51) ที่มีส่วนของโซ่ที่แข็งกว่าเพื่อปรับปรุง NIPU ที่เกิดจาก CSBO ที่ทำให้แข็งด้วยเอมีนต่อไป โซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนของโซ่ที่ยืดหยุ่นได้ยาวของกรดโอเลอิก/กรดไลโนเลอิก นอกจากนี้ยังมีส่วนของโซ่ที่แข็งกว่าอีกด้วย จึงมีความแข็งแรงเชิงกลสูงและความเหนียวสูง นักวิจัยบางคนยังสังเคราะห์พรีโพลีเมอร์ NIPU สามชนิดด้วยกลุ่มปลายฟูแรนผ่านปฏิกิริยาการเปิดอัตราของไดเอทิลีนไกลคอลไบไซคลิกคาร์บอเนตและไดอะมีน จากนั้นทำปฏิกิริยากับโพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวเพื่อเตรียมโพลียูรีเทนแบบอ่อนที่มีฟังก์ชันการรักษาตัวเอง และประสบความสำเร็จในการบรรลุประสิทธิภาพการรักษาตัวเองที่สูงของ NIPU แบบอ่อน NIPU แบบไฮบริดไม่เพียงแต่มีคุณลักษณะของ NIPU ทั่วไปเท่านั้น แต่ยังอาจมีการยึดเกาะที่ดีขึ้น ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง ทนต่อตัวทำละลาย และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีขึ้นอีกด้วย

3 แนวโน้ม

NIPU จัดทำขึ้นโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนตที่เป็นพิษ และปัจจุบันกำลังศึกษาวิจัยในรูปแบบของโฟม สารเคลือบ กาว อีลาสโตเมอร์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ และมีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ยังคงจำกัดอยู่แค่การวิจัยในห้องปฏิบัติการ และไม่มีการผลิตในปริมาณมาก นอกจากนี้ ด้วยการปรับปรุงมาตรฐานการครองชีพของผู้คนและความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง NIPU ที่มีหน้าที่เดียวหรือหลายหน้าที่จึงกลายเป็นแนวทางการวิจัยที่สำคัญ เช่น การต่อต้านแบคทีเรีย การซ่อมแซมตัวเอง หน่วยความจำรูปร่าง สารหน่วงไฟ ทนความร้อนสูง และอื่นๆ ดังนั้น การวิจัยในอนาคตควรเข้าใจวิธีการที่จะฝ่าฟันปัญหาสำคัญของการพัฒนาอุตสาหกรรม และสำรวจแนวทางการเตรียม NIPU ที่ใช้งานได้ต่อไป

เวลาโพสต์ : 29 ส.ค. 2567