ความก้าวหน้าการวิจัยโพลียูรีเทนที่ไม่มีไอโซไซยาเนต

นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 1937 วัสดุโพลียูรีเทน (PU) ได้พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในภาคส่วนต่างๆ รวมถึงการขนส่ง การก่อสร้าง ปิโตรเคมี สิ่งทอ วิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า การบินและอวกาศ การดูแลสุขภาพ และการเกษตร วัสดุเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น พลาสติกโฟม เส้นใย อีลาสโตเมอร์ สารกันน้ำ หนังสังเคราะห์ สารเคลือบ กาว วัสดุปูผิวทาง และเวชภัณฑ์ PU แบบดั้งเดิมถูกสังเคราะห์เป็นหลักจากไอโซไซยาเนตตั้งแต่สองตัวขึ้นไปพร้อมกับโพลีออลโมเลกุลขนาดใหญ่และตัวขยายสายโซ่โมเลกุลขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษโดยธรรมชาติของไอโซไซยาเนตก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ยิ่งไปกว่านั้น โดยทั่วไปแล้วพวกมันได้มาจากฟอสจีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีพิษสูง และวัตถุดิบเอมีนที่เกี่ยวข้อง

ในแง่ของการแสวงหาแนวทางปฏิบัติเพื่อการพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนของอุตสาหกรรมเคมีร่วมสมัย นักวิจัยจึงมุ่งเน้นมากขึ้นในการทดแทนไอโซไซยาเนตด้วยทรัพยากรที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ขณะเดียวกันก็สำรวจเส้นทางการสังเคราะห์ใหม่สำหรับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (NIPU) บทความนี้จะแนะนำเส้นทางการเตรียมการสำหรับ NIPU ในขณะเดียวกันก็ทบทวนความก้าวหน้าใน NIPU ประเภทต่างๆ และอภิปรายถึงโอกาสในอนาคตเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยเพิ่มเติม

1 การสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

การสังเคราะห์สารประกอบคาร์บาเมตน้ำหนักโมเลกุลต่ำเป็นครั้งแรกโดยใช้โมโนไซคลิกคาร์บอเนตรวมกับอะลิฟาติกไดเอมีนเกิดขึ้นในต่างประเทศในช่วงทศวรรษ 1950 ซึ่งถือเป็นช่วงเวลาสำคัญในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่มีไอโซไซยาเนต ขณะนี้มีวิธีหลักสองวิธีในการผลิต NIPU: วิธีแรกเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการเติมแบบขั้นตอนระหว่างคาร์บอเนตไซคลิกแบบไบนารีและเอมีนแบบไบนารี ส่วนที่สองเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันที่เกี่ยวข้องกับตัวกลางไดยูรีเทนควบคู่ไปกับไดออลที่อำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนโครงสร้างภายในคาร์บาเมต สารมัธยันตร์ไดมาร์บอกซีเลทสามารถได้รับผ่านทางเส้นทางไซคลิกคาร์บอเนตหรือไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) โดยพื้นฐานแล้ววิธีการทั้งหมดจะทำปฏิกิริยาผ่านกลุ่มกรดคาร์บอนิกซึ่งทำให้เกิดฟังก์ชันคาร์บาเมต

ส่วนต่อไปนี้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับแนวทางที่แตกต่างกันสามวิธีในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนโดยไม่ต้องใช้ไอโซไซยาเนต

1.1เส้นทางไบนารีไซคลิกคาร์บอเนต

NIPU สามารถสังเคราะห์ได้ผ่านการเติมแบบขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับไบนารีไซคลิกคาร์บอเนตควบคู่กับเอมีนไบนารีดังแสดงในรูปที่ 1

เนื่องจากมีกลุ่มไฮดรอกซิลหลายกลุ่มอยู่ภายในหน่วยที่ทำซ้ำตามโครงสร้างสายโซ่หลัก โดยทั่วไปแล้ว วิธีการนี้จึงได้สิ่งที่เรียกว่า polyβ-hydroxyl polyurethane (PHU) Leitsch และคณะ ได้พัฒนาชุดของ polyether PHUs โดยใช้โพลีเอเทอร์ที่สิ้นสุดแบบไซคลิกคาร์บอเนตควบคู่ไปกับเอมีนไบนารีบวกกับโมเลกุลขนาดเล็กที่ได้มาจากคาร์บอเนตแบบไซคลิกแบบไบนารี โดยเปรียบเทียบสิ่งเหล่านี้กับวิธีการแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการเตรียม PUs แบบโพลีเอเทอร์ การค้นพบของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าหมู่ไฮดรอกซิลภายใน PHU สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอะตอมไนโตรเจน/ออกซิเจนที่อยู่ในส่วนที่อ่อน/แข็งได้ ความแปรผันระหว่างส่วนที่อ่อนนุ่มยังส่งผลต่อพฤติกรรมพันธะไฮโดรเจนตลอดจนระดับการแยกไมโครเฟส ซึ่งต่อมาจะส่งผลต่อคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพโดยรวม

โดยปกติแล้วการดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 °C เส้นทางนี้ไม่สร้างผลพลอยได้ในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยา ทำให้ค่อนข้างไม่ไวต่อความชื้น ในขณะที่ให้ผลผลิตที่เสถียรโดยไม่ต้องกังวลเรื่องความผันผวน อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีลักษณะเฉพาะด้วยขั้วที่รุนแรง เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO), N, N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) ฯลฯ นอกจากนี้ เวลาปฏิกิริยาที่ขยายออกไปตั้งแต่หนึ่งวันจนถึงห้าวันมักจะทำให้น้ำหนักโมเลกุลลดลงบ่อยครั้งต่ำกว่าเกณฑ์ประมาณ 30k g/mol ซึ่งทำให้การผลิตขนาดใหญ่มีความท้าทายเนื่องจากสาเหตุส่วนใหญ่มาจากทั้งต้นทุนที่สูง เกี่ยวข้องในนั้นควบคู่ไปกับความแข็งแรงไม่เพียงพอที่แสดงโดย PHU ผลลัพธ์แม้จะมีการใช้งานที่มีแนวโน้มซึ่งครอบคลุมโดเมนวัสดุที่ทำให้หมาด ๆ รูปร่างหน่วยความจำสร้างสูตรกาว สารละลายเคลือบ โฟม ฯลฯ

1.2เส้นทางโมโนไซลิกคาร์บอเนต

โมโนไซลิกคาร์บอเนตทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไดเอมีนซึ่งส่งผลให้ไดคาร์บาเมตมีกลุ่มปลายไฮดรอกซิล ซึ่งจากนั้นผ่านปฏิกิริยาระหว่างทรานส์เอสเตริฟิเคชัน/โพลีคอนเดนเซชันแบบพิเศษควบคู่ไปกับไดออลในท้ายที่สุดทำให้เกิดโครงสร้าง NIPU ที่คล้ายกับคู่แบบดั้งเดิมที่แสดงให้เห็นด้วยสายตาผ่านรูปที่ 2

ตัวแปรโมโนไซลิกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารตั้งต้นเอทิลีนและโพรพิลีนคาร์บอเนต โดยที่ทีมงานของ Zhao Jingbo ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีแห่งปักกิ่งได้ใช้ไดเอมีนหลากหลายชนิดที่ทำปฏิกิริยากับสารที่เป็นวัฏจักรดังกล่าว ในตอนแรกจะได้รับตัวกลางไดคาร์บาเมตที่มีโครงสร้างหลากหลาย ก่อนที่จะดำเนินการเข้าสู่ขั้นตอนการควบแน่นโดยใช้โพลีเตตราไฮโดรฟูราเนไดออล/โพลีเอเทอร์-ไดออล เพื่อให้ได้การก่อตัวที่ประสบความสำเร็จ กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องแสดงคุณสมบัติทางความร้อน/ทางกลที่น่าประทับใจซึ่งมีจุดหลอมเหลวขึ้นไปโดยวนเวียนอยู่รอบๆ ช่วงที่ขยายออกไปประมาณ 125~161°C ความต้านทานแรงดึงสูงสุดใกล้กับ 24MPa อัตราการยืดตัวใกล้ใกล้ 1476% Wang และคณะ ชุดค่าผสมที่มีความสามารถในการใช้ประโยชน์ในทำนองเดียวกันซึ่งประกอบด้วย DMC ที่จับคู่ตามลำดับโดยมีสารตั้งต้นของเฮกซาเมทิลีนไดเอมีน/ไซโคลคาร์บอเนตที่สังเคราะห์อนุพันธ์ที่สิ้นสุดด้วยไฮดรอกซี ต่อมาได้รับกรดไดบาซิกชีวภาพ เช่น ออกซาลิก/ซีบาซิก/กรด อะดิปิก-กรด-เทเรฟทาลิก ซึ่งบรรลุผลลัพธ์สุดท้ายโดยแสดงช่วงที่ครอบคลุม 13k~28k g/mol ความต้านทานแรงดึงผันผวน 9 ~ 17 MPa การยืดตัวแตกต่างกันไป 35% ~ 235%

เอสเทอร์ไซโคลคาร์บอนิกมีส่วนร่วมอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะทั่วไปโดยคงอุณหภูมิไว้ประมาณ 80° ถึง 120°C ทรานส์เอสเตริฟิเคชันที่ตามมามักจะใช้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ออร์กาโนติน เพื่อให้มั่นใจว่าการประมวลผลที่เหมาะสมไม่เกิน 200° นอกเหนือจากความพยายามในการควบแน่นเพียงอย่างเดียวโดยมุ่งเป้าไปที่อินพุตไดโอลิกปรากฏการณ์พอลิเมอไรเซชันในตัวเอง/ดีไกลโคไลซิสที่มีความสามารถในการเอื้ออำนวยในการสร้างผลลัพธ์ที่ต้องการ ทำให้วิธีการวิทยาเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยเนื้อแท้โดยส่วนใหญ่ให้ผลผลิตเมทานอล/โมเลกุลขนาดเล็ก-ไดโอลิกตกค้าง จึงนำเสนอทางเลือกทางอุตสาหกรรมที่มีศักยภาพก้าวไปข้างหน้า

1.3เส้นทางไดเมทิลคาร์บอเนต

DMC เป็นตัวแทนของทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม/ปลอดสารพิษซึ่งมีมอยอิตีเชิงฟังก์ชันจำนวนมาก รวมถึงการกำหนดค่าเมทิล/เมทอกซี/คาร์บอนิล ซึ่งช่วยเพิ่มโปรไฟล์การเกิดปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้สามารถมีส่วนร่วมเริ่มต้นได้ โดยที่ DMC โต้ตอบโดยตรงกับไดเอมีนซึ่งก่อตัวเป็นตัวกลางที่สิ้นสุดด้วยเมทิล-คาร์บาเมตที่มีขนาดเล็กลง ตามมาหลังจากนั้นการดำเนินการควบแน่นด้วยการหลอมละลายที่ผสมผสานกัน องค์ประกอบเพิ่มเติมของสายโซ่ขนาดเล็ก - ตัวขยาย - ไดโอลิก / โพลิออลที่ใหญ่กว่าทำให้เกิดการเกิดขึ้นในที่สุดของโครงสร้างโพลีเมอร์ที่เป็นที่ต้องการซึ่งมองเห็นได้ตามรูปที่ 3

Deepa et.al ใช้ประโยชน์จากไดนามิกที่กล่าวมาข้างต้นโดยใช้ประโยชน์จากการเร่งปฏิกิริยาด้วยโซเดียมเมทอกไซด์ ซึ่งเตรียมการก่อตัวระดับกลางที่หลากหลาย ต่อมามีส่วนร่วมกับส่วนขยายที่เป็นเป้าหมาย ซึ่งปิดท้ายด้วยองค์ประกอบส่วนแข็งที่เทียบเท่ากันตามลำดับ โดยได้รับน้ำหนักโมเลกุลประมาณ (3 ~ 20)x10^3g/mol อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วซึ่งครอบคลุม (-30 ~120 °ซ) Pan Dongdong เลือกการจับคู่เชิงกลยุทธ์ที่ประกอบด้วย DMC เฮกซาเมทิลีน-ไดอะมิโนโพลีคาร์บอเนต-โพลีแอลกอฮอล์ ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าสังเกต ซึ่งแสดงตัวชี้วัดความต้านทานแรงดึงที่อัตราการยืดตัวที่สั่น 10-15MPa ใกล้ถึง 1,000%-1,400% การสืบสวนที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลของการขยายสายโซ่ที่แตกต่างกันเผยให้เห็นความชอบที่สอดคล้องกับการเลือกบิวเทนไดออล/เฮกเซนไดออล เมื่อความเท่าเทียมกันของเลขอะตอมรักษาความเท่าเทียมกันที่ส่งเสริมการปรับปรุงความเป็นผลึกตามลำดับที่สังเกตได้ตลอดทั้งโซ่ กลุ่มของ Sarazin เตรียมคอมโพสิตที่รวมลิกนิน/DMC ควบคู่ไปกับเฮกซะไฮดรอกซีเอมีน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติเชิงกลที่น่าพอใจหลังการประมวลผลที่ 230°C การสำรวจเพิ่มเติมมุ่งเป้าไปที่การหา non-isocyante-polyureas ที่ใช้ประโยชน์จากการมีส่วนร่วมของ diazomonomer ซึ่งคาดว่าจะมีการใช้งานสีที่มีศักยภาพ ซึ่งเกิดข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบเหนือไวนิล-คาร์บอนาเซียส โดยเน้นที่ความคุ้มค่า/ช่องทางการจัดหาที่กว้างขึ้น การตรวจสอบวิเคราะห์สถานะเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์จำนวนมาก โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง/สุญญากาศ การปฏิเสธข้อกำหนดของตัวทำละลายจึงช่วยลดกระแสของเสียโดยส่วนใหญ่จำกัดเฉพาะเมทานอล/โมเลกุลขนาดเล็ก-ไดโอลิกของเสีย สร้างกระบวนทัศน์การสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวม

2 ส่วนอ่อนที่แตกต่างกันของโพลียูรีเทนที่ไม่มีไอโซไซยาเนต

2.1 โพลียูรีเทนโพลียูรีเทน

โพลีอีเทอร์ โพลียูรีเทน (PEU) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีพลังงานการยึดเกาะต่ำของพันธะอีเธอร์ในหน่วยทำซ้ำส่วนที่อ่อนนุ่ม การหมุนง่าย ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม และความต้านทานต่อไฮโดรไลซิส

เคบีร์ และคณะ โพลียูรีเทนสังเคราะห์ที่มี DMC, polyethylene glycol และ butanediol เป็นวัตถุดิบ แต่น้ำหนักโมเลกุลต่ำ (7 500 ~ 14 800g/mol) Tg ต่ำกว่า 0 ℃ และจุดหลอมเหลวก็ต่ำ (38 ~ 48 ℃) และความแข็งแกร่งและตัวชี้วัดอื่น ๆ ยากที่จะตอบสนองความต้องการในการใช้งาน กลุ่มวิจัยของ Zhao Jingbo ใช้เอทิลีนคาร์บอเนต 1, 6-hexanediamine และ polyethylene glycol เพื่อสังเคราะห์ PEU ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 31,000 กรัม/โมล ความต้านทานแรงดึง 5 ~ 24MPa และการยืดตัวที่จุดขาด 0.9% ~ 1,388% น้ำหนักโมเลกุลของชุดอะโรมาติกโพลียูรีเทนสังเคราะห์คือ 17 300 ~ 21,000g/mol, Tg คือ -19 ~ 10 ℃, จุดหลอมเหลวคือ 102 ~ 110 ℃, ความต้านทานแรงดึงคือ 12 ~ 38MPa และอัตราการฟื้นตัวของความยืดหยุ่น ของการยืดตัวคงที่ 200% คือ 69% ~ 89%

กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng ได้เตรียมสารขั้นกลาง 1, 6-hexamethylenediamine (BHC) ด้วยไดเมทิลคาร์บอเนตและ 1, 6-hexamethylenediamine และการเกิดปฏิกิริยาควบแน่นด้วยโมเลกุลขนาดเล็กที่แตกต่างกัน ไดออลสายตรงและโพลีเตตระไฮโดรฟูราเนไดออล (Mn=2,000) มีการเตรียมชุดของโพลีอีเทอร์โพลียูรีเทน (NIPEU) ที่มีเส้นทางที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต และปัญหาการเชื่อมขวางของตัวกลางในระหว่างปฏิกิริยาได้รับการแก้ไข โครงสร้างและคุณสมบัติของโพลียูรีเทนโพลียูรีเทนแบบดั้งเดิม (HDIPU) ที่เตรียมโดย NIPEU และ 1, 6-hexamethylene diisocyanate ถูกเปรียบเทียบดังแสดงในตารางที่ 1

ตัวอย่าง	เศษส่วนมวลส่วนแข็ง/%	น้ำหนักโมเลกุล/(กรัม·โมล^(-1))	ดัชนีการกระจายน้ำหนักโมเลกุล	ความต้านทานแรงดึง/MPa	การยืดตัวที่จุดขาด/%
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

ตารางที่ 1

ผลลัพธ์ในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่าง NIPEU และ HDIPU สาเหตุหลักมาจากส่วนที่แข็ง กลุ่มยูเรียที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงของ NIPEU จะถูกฝังแบบสุ่มในสายโซ่โมเลกุลของส่วนที่แข็ง โดยแยกส่วนที่แข็งออกเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนที่สั่งการ ส่งผลให้เกิดพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอระหว่างสายโซ่โมเลกุลของส่วนที่แข็งและความเป็นผลึกต่ำของส่วนที่แข็ง ส่งผลให้มีการแยกเฟสต่ำของ NIPEU เป็นผลให้คุณสมบัติทางกลของมันแย่กว่า HDIPU มาก

2.2 โพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์

โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน (PETU) ที่มีโพลีเอสเตอร์ไดออลเป็นส่วนอ่อนมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติทางกลที่ดี และสามารถใช้เพื่อเตรียมโครงวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นวัสดุชีวการแพทย์ที่มีแนวโน้มการใช้งานที่ดีเยี่ยม โพลีเอสเตอร์ไดออลที่ใช้กันทั่วไปในส่วนที่อ่อนนุ่ม ได้แก่ โพลีบิวทิลีนอะดิเพตไดออล โพลีไกลคอลอะดิเพตไดออล และโพลีคาโปรแลคโตนไดออล

ก่อนหน้านี้ Rokicki และคณะ เอทิลีนคาร์บอเนตที่ทำปฏิกิริยากับไดเอมีนและไดออลต่างๆ (1, 6-เฮกเซนไดออล, 1, 10-n-โดเดคานอล) เพื่อให้ได้ NIPU ที่แตกต่างกัน แต่ NIPU ที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าและ Tg ต่ำกว่า ฟาร์ฮาเดียน และคณะ เตรียมโพลีไซคลิกคาร์บอเนตโดยใช้น้ำมันเมล็ดทานตะวันเป็นวัตถุดิบ จากนั้นผสมกับโพลีเอมีนชีวภาพ เคลือบบนจานและบ่มที่ 90 ℃ เป็นเวลา 24 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ฟิล์มโพลียูรีเทนเทอร์โมเซตติง ซึ่งมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี กลุ่มวิจัยของ Zhang Liqun จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซาท์ไชน่า สังเคราะห์ชุดของไดเอมีนและไซคลิกคาร์บอเนต จากนั้นควบแน่นด้วยกรดไดบาซิกจากชีวภาพเพื่อให้ได้โพลียูรีเทนจากโพลีเอสเตอร์ชีวภาพ กลุ่มวิจัยของ Zhu Jin ที่ Ningbo Institute of Materials Research, Chinese Academy of Sciences ได้เตรียมส่วนแข็งของไดอะมิโนไดออลโดยใช้เฮกซาไดเอมีนและไวนิลคาร์บอเนต จากนั้นจึงทำการควบแน่นด้วยกรดไดบาซิกที่ไม่อิ่มตัวจากชีวภาพเพื่อให้ได้ชุดโพลียูรีเทน ซึ่งสามารถใช้เป็นสีได้ การบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต [23] กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng ใช้กรดอะดิปิกและอะลิฟาติกไดออลสี่ตัว (บิวเทนไดออล เฮกซาไดออล ออกเทนไดออล และดีแคนเนไดออล) โดยมีเลขอะตอมของคาร์บอนต่างกันเพื่อเตรียมไดออลโพลีเอสเตอร์ที่สอดคล้องกันเป็นส่วนอ่อน กลุ่มของโพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์ที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (PETU) ซึ่งตั้งชื่อตามจำนวนอะตอมคาร์บอนของอะลิฟาติกไดออล ได้มาจากการหลอมโพลีคอนเดนเซชันด้วยพรีโพลีเมอร์ส่วนที่แข็งปิดผนึกด้วยไฮดรอกซีซึ่งเตรียมโดย BHC และไดออล สมบัติทางกลของ PETU แสดงไว้ในตารางที่ 2

ตัวอย่าง	ความต้านทานแรงดึง/MPa	โมดูลัสยืดหยุ่น/เมปา	การยืดตัวที่จุดขาด/%
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

ตารางที่ 2

ผลการวิจัยพบว่าส่วนที่อ่อนของ PETU4 มีความหนาแน่นของคาร์บอนิลสูงที่สุด มีพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งที่สุดกับส่วนที่แข็งที่สุด และมีระดับการแยกเฟสต่ำที่สุด การตกผลึกของทั้งส่วนที่อ่อนและแข็งนั้นมีจำกัด โดยแสดงจุดหลอมเหลวและความต้านทานแรงดึงต่ำ แต่จะมีการยืดตัวสูงสุดเมื่อขาด

2.3 โพลีคาร์บอเนต โพลียูรีเทน

โพลีคาร์บอเนต โพลียูรีเทน (PCU) โดยเฉพาะอะลิฟาติก PCU มีความต้านทานไฮโดรไลซิส ต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม มีความเสถียรทางชีวภาพที่ดีและเข้ากันได้ทางชีวภาพ และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในด้านชีวเวชศาสตร์ ปัจจุบัน NIPU ที่เตรียมไว้ส่วนใหญ่ใช้โพลีออลโพลีออลและโพลีออลโพลีเอสเตอร์เป็นส่วนที่อ่อนนุ่ม และมีรายงานการวิจัยเกี่ยวกับโพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทนเพียงเล็กน้อย

โพลียูรีเทนโพลีคาร์บอเนตที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนตซึ่งจัดทำโดยกลุ่มวิจัยของ Tian Hengshui ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซาท์ไชน่า มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 50,000 กรัม/โมล มีการศึกษาอิทธิพลของสภาวะปฏิกิริยาต่อน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ แต่ยังไม่มีการรายงานคุณสมบัติทางกล กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng เตรียม PCU โดยใช้ DMC, hexanediamine, hexadiol และโพลีคาร์บอเนตไดออล และตั้งชื่อ PCU ตามเศษส่วนมวลของหน่วยการทำซ้ำของส่วนที่แข็ง คุณสมบัติทางกลแสดงไว้ในตารางที่ 3

ตัวอย่าง	ความต้านทานแรงดึง/MPa	โมดูลัสยืดหยุ่น/เมปา	การยืดตัวที่จุดขาด/%
มช.18	17±1	36±8	665±24
PCU33	19±1	107±9	656±33
มช.46	21±1	150±16	407±23
มช.57	22±2	210±17	262±27
PCU67	27±2	400±13	63±5
PCU82	29±1	518±34	26±5

ตารางที่ 3

ผลการวิจัยพบว่า PCU มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึง 6×104 ~ 9×104g/mol จุดหลอมเหลวสูงถึง 137 ℃ และความต้านทานแรงดึงสูงถึง 29 MPa PCU ประเภทนี้สามารถใช้เป็นพลาสติกแข็งหรือเป็นอีลาสโตเมอร์ ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการใช้งานที่ดีในสาขาชีวการแพทย์ (เช่น โครงวิศวกรรมเนื้อเยื่อของมนุษย์หรือวัสดุปลูกถ่ายหัวใจและหลอดเลือด)

2.4 โพลียูรีเทนชนิดไม่มีไอโซไซยาเนตแบบไฮบริด

โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนตลูกผสม (NIPU ไฮบริด) คือการแนะนำกลุ่มอีพอกซีเรซิน อะคริเลต ซิลิกา หรือไซลอกเซนในกรอบโมเลกุลโพลียูรีเทนเพื่อสร้างเครือข่ายที่แทรกซึม ปรับปรุงประสิทธิภาพของโพลียูรีเทน หรือให้โพลียูรีเทนทำหน้าที่ต่าง ๆ

เฝิง เยว่หลาน และคณะ ทำปฏิกิริยาน้ำมันถั่วเหลืองอีพอกซีชีวภาพกับ CO2 เพื่อสังเคราะห์เพนทาโมนิกไซคลิกคาร์บอเนต (CSBO) และแนะนำบิสฟีนอล เอ ไดไกลซิดิล อีเทอร์ (อีพอกซีเรซิน E51) พร้อมส่วนของโซ่ที่เข้มงวดยิ่งขึ้น เพื่อปรับปรุง NIPU ที่เกิดจาก CSBO ที่ถูกทำให้แข็งตัวด้วยเอมีนต่อไป สายโซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนของสายโซ่ที่มีความยืดหยุ่นยาว ได้แก่ กรดโอเลอิก/กรดไลโนเลอิก นอกจากนี้ยังมีส่วนของโซ่ที่แข็งมากขึ้น จึงมีความแข็งแรงเชิงกลสูงและมีความเหนียวสูง นักวิจัยบางคนยังสังเคราะห์พรีโพลีเมอร์ NIPU สามชนิดด้วยกลุ่มปลาย furan ผ่านปฏิกิริยาเปิดอัตราของไดเอทิลีนไกลคอลไบไซคลิกคาร์บอเนตและไดอามีน จากนั้นทำปฏิกิริยากับโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวเพื่อเตรียมโพลียูรีเทนชนิดอ่อนที่มีฟังก์ชันการรักษาตัวเอง และประสบความสำเร็จในการรับรู้ถึงความเป็นตัวเองสูง -ประสิทธิภาพการรักษาของ NIPU แบบอ่อน Hybrid NIPU ไม่เพียงแต่มีลักษณะเฉพาะของ NIPU ทั่วไปเท่านั้น แต่ยังอาจมีการยึดเกาะที่ดีกว่า ความต้านทานการกัดกร่อนของกรดและด่าง ความต้านทานต่อตัวทำละลาย และความแข็งแรงเชิงกลอีกด้วย

3 แนวโน้ม

NIPU จัดทำขึ้นโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนตที่เป็นพิษ และขณะนี้อยู่ในระหว่างการศึกษาในรูปแบบของโฟม สารเคลือบ กาว อีลาสโตเมอร์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ และมีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ยังคงจำกัดอยู่เพียงการวิจัยในห้องปฏิบัติการ และไม่มีการผลิตขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ด้วยการปรับปรุงมาตรฐานการครองชีพของผู้คนและความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง NIPU ที่มีฟังก์ชั่นเดียวหรือหลายฟังก์ชั่นได้กลายเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญ เช่น การต้านเชื้อแบคทีเรีย การซ่อมแซมตัวเอง หน่วยความจำรูปร่าง สารหน่วงไฟ ทนความร้อนสูงและ เร็วๆ นี้. ดังนั้นการวิจัยในอนาคตควรเข้าใจวิธีการเจาะลึกปัญหาสำคัญของอุตสาหกรรมและสำรวจทิศทางของการเตรียม NIPU ที่ใช้งานได้ต่อไป

เวลาโพสต์: 29 ส.ค.-2024