ความก้าวหน้าการวิจัยเกี่ยวกับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

นับตั้งแต่มีการนำวัสดุโพลียูรีเทน (PU) มาใช้ในปี พ.ศ. 2480 ได้มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในหลายภาคส่วน ได้แก่ การขนส่ง การก่อสร้าง ปิโตรเคมี สิ่งทอ วิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า การบินและอวกาศ การดูแลสุขภาพ และการเกษตร วัสดุเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น โฟมพลาสติก เส้นใย อีลาสโตเมอร์ สารกันซึม หนังสังเคราะห์ สารเคลือบผิว กาว วัสดุปูพื้น และวัสดุทางการแพทย์ PU แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่สังเคราะห์จากไอโซไซยาเนตตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป ร่วมกับพอลิออลโมเลกุลขนาดใหญ่และสารต่อขยายสายโมเลกุลขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษโดยธรรมชาติของไอโซไซยาเนตก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ยิ่งไปกว่านั้น โดยทั่วไปแล้วไอโซไซยาเนตมักได้มาจากฟอสจีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีพิษสูง และวัตถุดิบเอมีนที่เกี่ยวข้อง

เนื่องด้วยอุตสาหกรรมเคมีร่วมสมัยกำลังแสวงหาแนวทางปฏิบัติเพื่อการพัฒนาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน นักวิจัยจึงให้ความสำคัญกับการทดแทนไอโซไซยาเนตด้วยทรัพยากรที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ควบคู่ไปกับการสำรวจเส้นทางการสังเคราะห์ใหม่ๆ สำหรับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (NIPU) บทความนี้จะแนะนำเส้นทางการเตรียม NIPU พร้อมทั้งทบทวนความก้าวหน้าของ NIPU ประเภทต่างๆ และอภิปรายถึงแนวโน้มในอนาคตเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยเพิ่มเติม

1 การสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

การสังเคราะห์สารประกอบคาร์บาเมตน้ำหนักโมเลกุลต่ำครั้งแรกโดยใช้โมโนไซคลิกคาร์บอเนตร่วมกับอะลิฟาติกไดอะมีนเกิดขึ้นในต่างประเทศในช่วงทศวรรษ 1950 ซึ่งถือเป็นช่วงเวลาสำคัญในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต ปัจจุบันมีวิธีการหลักสองวิธีในการผลิต NIPU วิธีแรกเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการเติมแบบขั้นบันไดระหว่างไบนารีไซคลิกคาร์บอเนตและไบนารีเอมีน วิธีที่สองเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันที่เกี่ยวข้องกับสารตัวกลางไดยูรีเทนควบคู่ไปกับไดออล ซึ่งเอื้อต่อการแลกเปลี่ยนโครงสร้างภายในคาร์บาเมต สารตัวกลางไดมาร์บอกซิเลตสามารถผลิตได้จากทั้งไซคลิกคาร์บอเนตหรือไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) โดยพื้นฐานแล้ววิธีการทั้งหมดจะทำปฏิกิริยาผ่านหมู่กรดคาร์บอนิกซึ่งให้ฟังก์ชันการทำงานของคาร์บาเมต

หัวข้อต่อไปนี้จะอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับแนวทางที่แตกต่างกันสามแนวทางในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

1.1 เส้นทางคาร์บอเนตแบบวงจรไบนารี

สามารถสังเคราะห์ NIPU ได้โดยการเติมแบบขั้นตอนโดยเกี่ยวข้องกับไบนารีไซคลิกคาร์บอเนตที่จับคู่กับไบนารีเอมีนตามที่แสดงในรูปที่ 1

เนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่อยู่ภายในหน่วยที่ซ้ำกันตามโครงสร้างสายโซ่หลัก วิธีการนี้จึงมักได้สิ่งที่เรียกว่าโพลีเบตา-ไฮดรอกซิลโพลียูรีเทน (PHU) Leitsch และคณะ ได้พัฒนาชุด PHU ของโพลีอีเทอร์โดยใช้โพลีอีเทอร์ที่มีปลายเป็นวงแหวนคาร์บอเนต ควบคู่ไปกับอะมีนแบบไบนารีและโมเลกุลขนาดเล็กที่ได้จากวงแหวนคาร์บอเนตแบบไบนารี โดยเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิมที่ใช้ในการเตรียม PU ของโพลีอีเทอร์ ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าหมู่ไฮดรอกซิลภายใน PHU สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอะตอมไนโตรเจน/ออกซิเจนที่อยู่ในส่วนอ่อน/แข็งได้ง่าย ความแตกต่างระหว่างส่วนอ่อนยังส่งผลต่อพฤติกรรมพันธะไฮโดรเจน รวมถึงระดับการแยกไมโครเฟส ซึ่งส่งผลต่อลักษณะสมรรถนะโดยรวมในภายหลัง

โดยทั่วไปจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 °C เส้นทางนี้จะไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้ในระหว่างกระบวนการปฏิกิริยา ทำให้ค่อนข้างไม่ไวต่อความชื้นในขณะที่ให้ผลิตภัณฑ์ที่เสถียรโดยไม่ต้องกังวลเรื่องความผันผวน อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีลักษณะขั้วที่แข็งแกร่ง เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO), N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) เป็นต้น นอกจากนี้ เวลาปฏิกิริยาที่ขยายออกไปตั้งแต่หนึ่งวันจนถึงห้าวันมักจะให้น้ำหนักโมเลกุลต่ำลง ซึ่งมักจะต่ำกว่าเกณฑ์ที่ประมาณ 30k g/mol ทำให้การผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากส่วนใหญ่มีต้นทุนสูงที่เกี่ยวข้องร่วมกับความแข็งแรงที่ไม่เพียงพอที่แสดงโดย PHU ที่ได้แม้ว่าจะมีการใช้งานที่มีแนวโน้มดีในโดเมนวัสดุลดแรงสั่นสะเทือน โครงสร้างหน่วยความจำรูปร่าง สูตรกาว สารละลายเคลือบ โฟม เป็นต้น

1.2 เส้นทางโมโนไซลิกคาร์บอเนต

คาร์บอเนตโมโนไซลิกทำปฏิกิริยากับไดอะมีนโดยตรง ส่งผลให้ไดคาร์บาเมตมีกลุ่มปลายไฮดรอกซิล ซึ่งจากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน/โพลีคอนเดนเซชันเฉพาะทางควบคู่ไปกับไดออล ซึ่งท้ายที่สุดจะสร้าง NIPU ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน ซึ่งเป็นคู่แบบดั้งเดิมที่แสดงด้วยภาพในรูปที่ 2

สารตั้งต้นโมโนไซลิกที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ สารตั้งต้นคาร์บอเนตเอทิลีนและโพรพิลีน โดยทีมงานของ Zhao Jingbo จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีปักกิ่งได้ใช้ไดอะมีนชนิดต่างๆ เพื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบแบบวัฏจักรดังกล่าว โดยในเบื้องต้นจะได้สารตัวกลางไดคาร์บาเมตเชิงโครงสร้างที่หลากหลาย ก่อนที่จะดำเนินการต่อในขั้นตอนการควบแน่นโดยใช้โพลีเตตระไฮโดรฟูรานไดออล/โพลีอีเธอร์ไดออล ซึ่งสุดท้ายก็ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติทางความร้อน/เชิงกลที่น่าประทับใจ ซึ่งไปถึงจุดหลอมเหลวที่สูงขึ้นในช่วงประมาณ 125~161°C มีความแข็งแรงแรงดึงสูงสุดที่ประมาณ 24 MPa อัตราการยืดตัวเกือบ 1,476% Wang et al. ได้ใช้การผสมผสานที่คล้ายคลึงกันซึ่งประกอบด้วย DMC ที่จับคู่กับสารตั้งต้นที่เป็นเฮกซะเมทิลีนไดอะมีน/ไซโคลคาร์บอเนตที่สังเคราะห์อนุพันธ์ที่สิ้นสุดด้วยไฮดรอกซี จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการทางชีวภาพด้วยกรดไดเบสิก เช่น ออกซาลิก/เซบาซิก/กรดอะดิปิก-แอซิด-เทเรฟทาลิก ซึ่งให้ผลลัพธ์สุดท้ายที่มีช่วงครอบคลุมความแข็งแรงแรงดึง 13k~28k g/mol และการยืดตัวที่ผันผวน 9~17 MPa ที่เปลี่ยนแปลง 35%~235%

เอสเทอร์ไซโคลคาร์บอนิกสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะปกติที่รักษาอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงประมาณ 80-120°C การเปลี่ยนเอสเทอริฟิเคชันในภายหลังมักใช้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ออร์กาโนติน ซึ่งรับประกันประสิทธิภาพการประมวลผลสูงสุดที่ไม่เกิน 200°C นอกเหนือจากความพยายามในการควบแน่นเพียงอย่างเดียวที่มุ่งเป้าไปที่อินพุตไดออลิก ปรากฏการณ์พอลิเมอไรเซชัน/ดีไกลโคไลซิสด้วยตนเองที่เอื้อต่อการสร้างผลลัพธ์ที่ต้องการ ทำให้วิธีการนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยเนื้อแท้ ให้ผลผลิตเป็นเมทานอล/สารตกค้างไดออลิกโมเลกุลขนาดเล็กเป็นหลัก จึงเป็นทางเลือกทางอุตสาหกรรมที่มีศักยภาพในอนาคต

1.3 เส้นทางไดเมทิลคาร์บอเนต

DMC เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม/ไม่เป็นพิษ โดยมีกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานได้จำนวนมาก ซึ่งรวมถึงโครงสร้างเมทิล/เมทอกซี/คาร์บอนิล ซึ่งช่วยเพิ่มโปรไฟล์ปฏิกิริยา ทำให้สามารถเริ่มต้นการมีส่วนร่วมได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยที่ DMC จะทำปฏิกิริยากับไดอะมีนโดยตรง โดยสร้างตัวกลางขนาดเล็กที่สิ้นสุดด้วยเมทิลคาร์บาเมต ตามด้วยกระบวนการควบแน่นด้วยการหลอมเหลว โดยรวมไดออลิกที่ขยายสายโซ่ขนาดเล็กเพิ่มเติม/ส่วนประกอบโพลีออลขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งนำไปสู่โครงสร้างโพลีเมอร์ที่เป็นที่ต้องการในที่สุด ซึ่งแสดงภาพได้ตามภาพที่ 3

Deepa และคณะ ได้ใช้ประโยชน์จากพลวัตดังกล่าว โดยใช้ประโยชน์จากการเร่งปฏิกิริยาด้วยโซเดียมเมทอกไซด์ ซึ่งประสานการก่อตัวขั้นกลางที่หลากหลาย ต่อมาจึงเกิดการต่อขยายแบบกำหนดเป้าหมาย ซึ่งทำให้เกิดองค์ประกอบส่วนแข็งที่เทียบเท่ากันแบบอนุกรม ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลโดยประมาณที่ (3 ~20)x10^3g/mol อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้วครอบคลุม (-30 ~120°C) Pan Dongdong ได้เลือกการจับคู่เชิงกลยุทธ์ที่ประกอบด้วย DMC hexamethylene-diaminopolycarbonate-polyalcohols ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่โดดเด่น ซึ่งแสดงให้เห็นเมตริกความแข็งแรงแรงดึงที่แกว่งไปมา โดยมีอัตราส่วนการยืดตัวที่ 10-15 MPa ที่เข้าใกล้ 1,000%-1,400% งานวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับอิทธิพลการขยายสายโซ่ที่แตกต่างกันเผยให้เห็นถึงความชอบในการจัดตำแหน่งการเลือกบิวทาไดออล/เฮกเซนไดออลอย่างเหมาะสมเมื่อความเท่าเทียมกันของเลขอะตอมรักษาระดับให้เท่ากัน ส่งเสริมการปรับปรุงผลึกแบบมีระเบียบที่สังเกตได้ตลอดสายโซ่ กลุ่มของ Sarazin ได้เตรียมคอมโพสิตที่ผสานลิกนิน/DMC เข้ากับเฮกซะไฮดรอกซีเอมีน ซึ่งแสดงคุณสมบัติเชิงกลที่น่าพอใจหลังการประมวลผลที่ 230°C การสำรวจเพิ่มเติมที่มุ่งเป้าไปที่การหาโพลียูเรียที่ไม่ใช่ไอโซไซยาไนด์โดยใช้ประโยชน์จากการมีส่วนร่วมของไดอะโซโมโนเมอร์ คาดการณ์ว่าการใช้งานสีที่มีศักยภาพจะนำมาซึ่งข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบใหม่เหนือวัสดุไวนิลคาร์บอนที่เน้นย้ำถึงความคุ้มทุน/ช่องทางการจัดหาที่กว้างขึ้น การตรวจสอบอย่างละเอียดเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์จำนวนมากโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง/สุญญากาศ ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลาย จึงช่วยลดกระแสของเสียที่จำกัดอยู่เพียงเมทานอล/น้ำทิ้งโมเลกุลเล็กไดออลิกเป็นหลัก ทำให้เกิดการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ภาพรวมของกระบวนทัศน์

2 ส่วนที่อ่อนนุ่มต่างกันของโพลียูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

2.1 โพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน

โพลีเอเธอร์โพลียูรีเทน (PEU) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากพลังงานการยึดเกาะของพันธะอีเธอร์ในหน่วยทำซ้ำของส่วนอ่อนต่ำ หมุนได้ง่าย มีความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยม และทนต่อการไฮโดรไลซิส

Kebir และคณะ ได้สังเคราะห์พอลิเอเทอร์โพลียูรีเทนโดยใช้ DMC, พอลิเอทิลีนไกลคอล และบิวทาไดออลเป็นวัตถุดิบ แต่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (7,500 ~ 14,800 กรัม/โมล) อุณหภูมิ Tg ต่ำกว่า 0℃ และจุดหลอมเหลวต่ำ (38 ~ 48℃) ส่งผลให้ความแข็งแรงและตัวบ่งชี้อื่นๆ ตอบสนองความต้องการใช้งานได้ยาก กลุ่มวิจัยของ Zhao Jingbo ได้ใช้เอทิลีนคาร์บอเนต 1,6-เฮกเซนไดอะมีน และพอลิเอทิลีนไกลคอลในการสังเคราะห์ PEU ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 31,000 กรัม/โมล ความต้านทานแรงดึง 5 ~ 24 เมกะปาสคาล และค่าการยืดตัวเมื่อขาด 0.9% ~ 1,388% น้ำหนักโมเลกุลของโพลียูรีเทนอะโรมาติกที่สังเคราะห์ขึ้นคือ 17,300 ~ 21,000g/mol, Tg คือ -19 ~ 10℃, จุดหลอมเหลวคือ 102 ~ 110℃, ความแข็งแรงแรงดึงคือ 12 ~ 38MPa และอัตราการคืนตัวยืดหยุ่นของการยืดตัวคงที่ 200% คือ 69% ~ 89%

กลุ่มวิจัยของเจิ้ง หลิวชุน และหลี่ ชุนเฉิง ได้เตรียมสารตัวกลาง 1,6-เฮกซะเมทิลีนไดอะมีน (BHC) ด้วยไดเมทิลคาร์บอเนตและ 1,6-เฮกซะเมทิลีนไดอะมีน และกระบวนการพอลิคอนเดนเซชันด้วยไดออลสายตรงโมเลกุลขนาดเล็กต่างๆ และพอลิเตตระไฮโดรฟูรานไดออล (Mn=2,000) จากนั้นได้เตรียมสารตัวกลางโพลีอีเทอร์โพลียูรีเทน (NIPEU) ที่ไม่มีเส้นทางไอโซไซยาเนตหลายเส้น และได้แก้ปัญหาการเชื่อมขวางของสารตัวกลางระหว่างปฏิกิริยา ได้มีการเปรียบเทียบโครงสร้างและคุณสมบัติของสารตัวกลางโพลีอีเทอร์โพลียูรีเทน (HDIPU) แบบดั้งเดิมที่เตรียมโดย NIPEU และ 1,6-เฮกซะเมทิลีนไดไอโซไซยาเนต ดังแสดงในตารางที่ 1

ตัวอย่าง	เศษส่วนมวลส่วนแข็ง/%	น้ำหนักโมเลกุล/(กรัม·โมล^(-1))	ดัชนีการกระจายน้ำหนักโมเลกุล	ความแข็งแรงแรงดึง/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

ผลการทดลองในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่าง NIPEU และ HDIPU ส่วนใหญ่เกิดจากส่วนแข็ง หมู่ยูเรียที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงของ NIPEU จะถูกฝังแบบสุ่มในสายโซ่โมเลกุลของส่วนแข็ง ทำให้ส่วนแข็งแตกตัวและสร้างพันธะไฮโดรเจนที่เป็นระเบียบ ส่งผลให้เกิดพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอระหว่างสายโซ่โมเลกุลของส่วนแข็ง และความเป็นผลึกต่ำของส่วนแข็ง ส่งผลให้ NIPEU มีการแยกเฟสต่ำ ส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลของ NIPEU ด้อยกว่า HDIPU มาก

2.2 โพลีเอสเตอร์ โพลียูรีเทน

โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน (PETU) ที่มีโพลีเอสเตอร์ไดออลเป็นส่วนอ่อน มีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติเชิงกลที่ดี และสามารถนำมาใช้ในการเตรียมโครงสร้างวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นวัสดุทางการแพทย์ที่มีศักยภาพในการนำไปใช้งานสูง โพลีเอสเตอร์ไดออลที่นิยมใช้ในส่วนอ่อน ได้แก่ โพลีบิวทิลีนอะดิเพตไดออล โพลีไกลคอลอะดิเพตไดออล และโพลีคาโปรแลคโตนไดออล

ก่อนหน้านี้ Rokicki และคณะ ทำปฏิกิริยาเอทิลีนคาร์บอเนตกับไดอะมีนและไดออลชนิดต่างๆ (1, 6-เฮกเซนไดออล, 1, 10-n-โดเดคาโนล) เพื่อให้ได้ NIPU ที่แตกต่างกัน แต่ NIPU ที่สังเคราะห์ได้มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าและ Tg ต่ำกว่า Farhadian และคณะ ได้เตรียมโพลีไซคลิกคาร์บอเนตโดยใช้น้ำมันเมล็ดทานตะวันเป็นวัตถุดิบ จากนั้นผสมกับโพลีเอมีนชีวภาพ เคลือบบนแผ่น และบ่มที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เพื่อให้ได้ฟิล์มโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนแบบเทอร์โมเซตติ้ง ซึ่งมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี กลุ่มวิจัยของ Zhang Liqun จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซาท์ไชน่า ได้สังเคราะห์ไดอะมีนและไซคลิกคาร์บอเนตหลายชุด แล้วควบแน่นด้วยกรดไดเบสิกชีวภาพเพื่อให้ได้โพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์ชีวภาพ กลุ่มวิจัยของจูจินจากสถาบันวิจัยวัสดุศาสตร์หนิงโป สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ได้เตรียมส่วนแข็งไดอะมิโนไดออลโดยใช้เฮกซาไดอะมีนและไวนิลคาร์บอเนต จากนั้นจึงทำการพอลิคอนเดนเซชันด้วยกรดไดเบสิกไม่อิ่มตัวเชิงชีวภาพ เพื่อให้ได้ชุดโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน ซึ่งสามารถใช้เป็นสีหลังจากการบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต [23] กลุ่มวิจัยของเจิ้ง หลิวชุน และหลี่ ชุนเฉิง ได้ใช้กรดอะดิปิกและอะลิฟาติกไดออลสี่ชนิด (บิวเทนไดออล เฮกซาไดออล ออกเทนไดออล และเดคาเนไดออล) ที่มีเลขอะตอมคาร์บอนต่างกัน เพื่อเตรียมโพลีเอสเตอร์ไดออลที่สอดคล้องกันให้เป็นส่วนอ่อน กลุ่มของโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน (PETU) ที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต ซึ่งตั้งชื่อตามจำนวนอะตอมคาร์บอนของอะลิฟาติกไดออล ได้จากการหลอมพอลิคอนเดนเซชันกับพรีพอลิเมอร์ส่วนแข็งที่ปิดผนึกด้วยไฮดรอกซี ซึ่งเตรียมโดย BHC และไดออล คุณสมบัติเชิงกลของ PETU แสดงไว้ในตารางที่ 2

ตัวอย่าง	ความแข็งแรงแรงดึง/MPa	โมดูลัสยืดหยุ่น/เมกะปาสคาล	การยืดตัวที่จุดขาด/%
เพทู4	6.9±1.0	36±8	673±35
เพทู6	10.1±1.0	55±4	568±32
เพทู8	9.0±0.8	47±4	551±25
พีทียู10	8.8±0.1	52±5	137±23

ตารางที่ 2

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าส่วนที่อ่อนของ PETU4 มีความหนาแน่นของคาร์บอนิลสูงสุด มีพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งที่สุดกับส่วนที่แข็ง และมีระดับการแยกเฟสต่ำที่สุด การตกผลึกของทั้งส่วนที่อ่อนและส่วนที่แข็งมีข้อจำกัด โดยมีจุดหลอมเหลวและความต้านทานแรงดึงต่ำ แต่มีการยืดตัวสูงสุดเมื่อขาด

2.3 โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทน

โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทน (PCU) โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลียูรีเทนชนิดอะลิฟาติก มีความต้านทานการไฮโดรไลซิส ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพทางชีวภาพและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และมีแนวโน้มการนำไปใช้ประโยชน์ในสาขาชีวการแพทย์ได้ดี ปัจจุบัน NIPU ที่เตรียมได้ส่วนใหญ่ใช้โพลีอีเทอร์โพลีออลและโพลีเอสเตอร์โพลีออลเป็นส่วนประกอบที่อ่อนนุ่ม และมีรายงานการวิจัยเกี่ยวกับโพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทนอยู่น้อยมาก

โพลียูรีเทนโพลีคาร์บอเนตชนิดไม่มีไอโซไซยาเนตที่เตรียมโดยกลุ่มวิจัยของเทียนเหิงสุ่ย แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซาท์ไชน่า มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 50,000 กรัม/โมล ได้มีการศึกษาอิทธิพลของสภาวะปฏิกิริยาต่อน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์แล้ว แต่ยังไม่มีรายงานคุณสมบัติเชิงกล กลุ่มวิจัยของเจิ้ง หลิวชุน และหลี่ ชุนเฉิง ได้เตรียม PCU โดยใช้ DMC, เฮกเซนไดอะมีน, เฮกซาไดออล และโพลีคาร์บอเนตไดออล และตั้งชื่อ PCU ตามสัดส่วนมวลของหน่วยซ้ำของส่วนแข็ง คุณสมบัติเชิงกลแสดงไว้ในตารางที่ 3

ตัวอย่าง	ความแข็งแรงแรงดึง/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 ~ 9×104 กรัม/โมล จุดหลอมเหลวสูงถึง 137 องศาเซลเซียส และความต้านทานแรงดึงสูงถึง 29 เมกะปาสคาล PCU ชนิดนี้สามารถใช้เป็นพลาสติกแข็งหรืออีลาสโตเมอร์ ซึ่งมีแนวโน้มการนำไปประยุกต์ใช้ที่ดีในสาขาชีวการแพทย์ (เช่น โครงสร้างสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อของมนุษย์ หรือวัสดุปลูกถ่ายหัวใจและหลอดเลือด)

2.4 โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต

โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (ไฮบริด NIPU) คือการนำกลุ่มเรซินอีพอกซี อะคริเลต ซิลิกา หรือไซลอกเซน เข้าสู่กรอบโมเลกุลของโพลียูรีเทน เพื่อสร้างเครือข่ายแทรกซึม ปรับปรุงประสิทธิภาพของโพลียูรีเทน หรือให้โพลียูรีเทนมีหน้าที่ที่แตกต่างกัน

เฟิง เยว่หลาน และคณะ ทำปฏิกิริยากับ CO2 ระหว่างน้ำมันถั่วเหลืองอีพอกซีชีวภาพกับคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อสังเคราะห์เพนทามอนิกไซคลิกคาร์บอเนต (CSBO) และนำบิสฟีนอล เอ ไดกลีซิดิลอีเทอร์ (อีพอกซีเรซิน E51) ที่มีส่วนของสายโซ่ที่แข็งแรงขึ้น เพื่อปรับปรุง NIPU ที่เกิดจาก CSBO แข็งตัวด้วยเอมีนให้ดียิ่งขึ้น สายโซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนของสายโซ่ที่ยืดหยุ่นได้ยาวของกรดโอเลอิก/กรดไลโนเลอิก นอกจากนี้ยังมีส่วนของสายโซ่ที่แข็งแรงขึ้น ทำให้มีความแข็งแรงเชิงกลและความเหนียวสูง นักวิจัยบางท่านยังได้สังเคราะห์พรีพอลิเมอร์ NIPU สามชนิดที่มีหมู่ปลายฟูแรนผ่านปฏิกิริยาการเปิดอัตราการเปิดของไดเอทิลีนไกลคอลไบไซคลิกคาร์บอเนตและไดเอมีน จากนั้นทำปฏิกิริยากับโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวเพื่อเตรียมโพลียูรีเทนแบบนุ่มที่มีฟังก์ชันซ่อมแซมตัวเอง และประสบความสำเร็จในการทำให้ NIPU แบบนุ่มมีประสิทธิภาพในการซ่อมแซมตัวเองสูง NIPU แบบไฮบริดไม่เพียงแต่มีคุณลักษณะของ NIPU ทั่วไปเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการยึดเกาะที่ดีกว่า ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง ทนต่อตัวทำละลาย และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีกว่าอีกด้วย

3 มุมมอง

NIPU ผลิตขึ้นโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนตที่เป็นพิษ ปัจจุบันอยู่ระหว่างการศึกษาในรูปแบบของโฟม สารเคลือบ กาว อีลาสโตเมอร์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ และมีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ยังคงจำกัดอยู่แค่การวิจัยในห้องปฏิบัติการ และไม่มีการผลิตในปริมาณมาก นอกจากนี้ ด้วยการพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้คนและความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง NIPU ที่มีหน้าที่เดียวหรือหลายหน้าที่จึงกลายเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญ เช่น คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย การซ่อมแซมตัวเอง การเก็บรักษารูปร่าง สารหน่วงไฟ ความทนทานต่อความร้อนสูง และอื่นๆ ดังนั้น การวิจัยในอนาคตจึงควรทำความเข้าใจถึงวิธีการแก้ไขปัญหาสำคัญของการพัฒนาอุตสาหกรรม และศึกษาทิศทางของการผลิต NIPU ที่ใช้งานได้จริงต่อไป

เวลาโพสต์: 29 ส.ค. 2567