ความก้าวหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

นับตั้งแต่มีการนำวัสดุโพลียูรีเทน (PU) มาใช้ในปี 1937 วัสดุเหล่านี้ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายภาคส่วน รวมถึงการขนส่ง การก่อสร้าง ปิโตรเคมี สิ่งทอ วิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า อวกาศ การดูแลสุขภาพ และการเกษตร วัสดุเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น พลาสติกโฟม เส้นใย อีลาสโตเมอร์ สารกันซึม หนังสังเคราะห์ สารเคลือบ กาว วัสดุปูพื้น และเวชภัณฑ์ โพลียูรีเทนแบบดั้งเดิมนั้นสังเคราะห์ขึ้นจากไอโซไซยาเนตสองชนิดขึ้นไป ร่วมกับโพลีออลโมเลกุลขนาดใหญ่และสารเพิ่มความยาวโซ่โมเลกุลขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษโดยธรรมชาติของไอโซไซยาเนตก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ ไอโซไซยาเนตมักได้มาจากฟอสจีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีความเป็นพิษสูง และวัตถุดิบอะมีนที่เกี่ยวข้อง

เนื่องจากอุตสาหกรรมเคมีในปัจจุบันมุ่งเน้นการพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน นักวิจัยจึงให้ความสำคัญกับการทดแทนไอโซไซยาเนตด้วยทรัพยากรที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น พร้อมทั้งสำรวจวิธีการสังเคราะห์ใหม่สำหรับโพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต (NIPU) บทความนี้จะนำเสนอวิธีการเตรียม NIPU พร้อมทั้งทบทวนความก้าวหน้าใน NIPU ประเภทต่างๆ และอภิปรายถึงแนวโน้มในอนาคต เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยเพิ่มเติม

1. การสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

การสังเคราะห์สารประกอบคาร์บาเมตที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำครั้งแรกโดยใช้คาร์บอเนตแบบวงแหวนเดี่ยวร่วมกับไดเอมีนแบบอะลิฟาติกเกิดขึ้นในต่างประเทศในช่วงทศวรรษ 1950 ซึ่งถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการสังเคราะห์โพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต ปัจจุบันมีวิธีการหลักสองวิธีในการผลิต NIPU: วิธีแรกเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการเติมแบบทีละขั้นตอนระหว่างคาร์บอเนตแบบวงแหวนคู่และเอมีนแบบวงแหวนคู่ วิธีที่สองเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชันโดยใช้สารตัวกลางไดยูรีเทนร่วมกับไดออลที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนโครงสร้างภายในคาร์บาเมต สารตัวกลางไดอะมาร์บอกซิเลตสามารถได้มาโดยใช้เส้นทางคาร์บอเนตแบบวงแหวนหรือไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) โดยพื้นฐานแล้วทุกวิธีจะทำปฏิกิริยาผ่านหมู่กรดคาร์บอนิกทำให้เกิดฟังก์ชันคาร์บาเมต

ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายถึงวิธีการสังเคราะห์โพลียูรีเทน 3 วิธีที่แตกต่างกัน โดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

1.1 เส้นทางคาร์บอเนตแบบวงจรไบนารี

NIPU สามารถสังเคราะห์ได้โดยผ่านกระบวนการเติมทีละขั้นตอน โดยใช้คาร์บอเนตแบบวงแหวนคู่ควบคู่กับเอมีนแบบวงแหวนคู่ ดังแสดงในรูปที่ 1

เนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิลจำนวนมากอยู่ภายในหน่วยซ้ำตามโครงสร้างสายโซ่หลัก วิธีนี้จึงมักให้ผลลัพธ์ที่เรียกว่า โพลีเบตา-ไฮดรอกซิลโพลียูรีเทน (PHU) Leitsch และคณะ ได้พัฒนาโพลีอีเทอร์ PHU หลายชนิดโดยใช้โพลีอีเทอร์ที่ลงท้ายด้วยคาร์บอเนตแบบวงแหวน ร่วมกับอะมีนแบบไบนารี และโมเลกุลขนาดเล็กที่ได้จากคาร์บอเนตแบบวงแหวนไบนารี โดยเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิมที่ใช้ในการเตรียมโพลีอีเทอร์ PU ผลการศึกษาของพวกเขาชี้ให้เห็นว่า หมู่ไฮดรอกซิลภายใน PHU สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอะตอมไนโตรเจน/ออกซิเจนที่อยู่ในส่วนอ่อน/แข็งได้ง่าย การเปลี่ยนแปลงในส่วนอ่อนยังส่งผลต่อพฤติกรรมการสร้างพันธะไฮโดรเจน รวมถึงระดับการแยกเฟสระดับจุลภาค ซึ่งส่งผลต่อลักษณะสมบัติโดยรวมของวัสดุด้วย

โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการนี้จะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 °C ซึ่งจะไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้ในระหว่างปฏิกิริยา ทำให้ค่อนข้างไม่ไวต่อความชื้น ในขณะเดียวกันก็ให้ผลิตภัณฑ์ที่เสถียรและปราศจากปัญหาเรื่องการระเหย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้วสูง เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO), N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) เป็นต้น นอกจากนี้ ระยะเวลาปฏิกิริยาที่ยาวนานขึ้น ตั้งแต่หนึ่งวันจนถึงห้าวัน มักจะให้โมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำลง โดยมักจะต่ำกว่าเกณฑ์ประมาณ 30 กิโลกรัม/โมล ทำให้การผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก เนื่องจากต้นทุนสูงและความแข็งแรงที่ไม่เพียงพอของ PHU ที่ได้ แม้ว่าจะมีศักยภาพในการใช้งานที่น่าสนใจมากมาย เช่น วัสดุลดแรงสั่นสะเทือน โครงสร้างหน่วยความจำรูปร่าง สูตรกาว สารเคลือบ โฟม เป็นต้น

1.2 เส้นทางโมโนไซคลิกคาร์บอเนต

โมโนไซคลิกคาร์บอเนตทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไดอะมีน ทำให้เกิดไดคาร์บาเมตที่มีหมู่ไฮดรอกซิลที่ปลาย จากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาการถ่ายโอนเอสเทอร์/พอลิคอนเดนเซชันแบบพิเศษร่วมกับไดออล จนในที่สุดได้สร้าง NIPU ที่มีโครงสร้างคล้ายกับสารประกอบดั้งเดิมดังแสดงในรูปที่ 2

โดยทั่วไปแล้ว สารประกอบโมโนไซคลิกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เอทิลีนและโพรพิลีนคาร์บอเนต ซึ่งทีมของ Zhao Jingbo จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีปักกิ่งได้ใช้ไดอะมีนหลากหลายชนิดทำปฏิกิริยากับสารประกอบไซคลิกดังกล่าว โดยเริ่มต้นจากการได้ไดคาร์บาเมตตัวกลางที่มีโครงสร้างแตกต่างกัน ก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนการควบแน่นโดยใช้โพลีเตตระไฮโดรฟูรานไดออล/โพลีอีเทอร์ไดออล จนได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกลที่น่าประทับใจ โดยมีจุดหลอมเหลวอยู่ในช่วงประมาณ 125-161°C ความแข็งแรงดึงสูงสุดใกล้ 24 MPa และอัตราการยืดตัวใกล้ 1476% Wang และคณะ ได้ใช้ประโยชน์จากการผสมผสานที่คล้ายคลึงกัน โดยจับคู่ DMC กับสารตั้งต้นเฮกซาเมทิลีนไดอะมีน/ไซโคลคาร์บอเนต เพื่อสังเคราะห์อนุพันธ์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลที่ปลาย ซึ่งต่อมานำไปใช้กับกรดไดเบสิกชีวภาพ เช่น กรดออกซาลิก/กรดเซบาซิก/กรดอะดิปิก-เทเรฟทาลิก ทำให้ได้ผลลัพธ์สุดท้ายที่มีความแข็งแรงดึงอยู่ในช่วง 13k~28k g/mol ผันผวน 9~17 MPa และการยืดตัวที่แตกต่างกัน 35%~235%

เอสเทอร์ไซโคลคาร์บอนิกทำปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะปกติที่รักษาอุณหภูมิไว้ในช่วงประมาณ 80°-120°C กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันที่ตามมามักใช้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาแบบออร์กาโนทินเพื่อให้ได้กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดโดยไม่เกิน 200°C นอกเหนือจากความพยายามในการควบแน่นเพียงอย่างเดียวที่มุ่งเป้าไปที่สารตั้งต้นไดออลแล้ว ปรากฏการณ์การเกิดพอลิเมอไรเซชันด้วยตนเอง/การสลายไกลโคซิลที่ช่วยให้เกิดผลลัพธ์ที่ต้องการ ทำให้วิธีการนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่จะให้ผลผลิตเป็นเมทานอล/สารตกค้างไดออลโมเลกุลเล็ก จึงเป็นทางเลือกทางอุตสาหกรรมที่มีศักยภาพในอนาคต

เส้นทาง 1.3ไดเมทิลคาร์บอเนต

DMC เป็นสารทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม/ปลอดสารพิษ โดยมีหมู่ฟังก์ชันที่ออกฤทธิ์จำนวนมาก รวมถึงโครงสร้างเมทิล/เมทอกซี/คาร์บอนิล ซึ่งช่วยเพิ่มปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นที่ DMC ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไดเอมีน ก่อให้เกิดตัวกลางที่มีปลายเมทิลคาร์บาเมตขนาดเล็ก จากนั้นจึงเกิดการควบแน่นแบบหลอมเหลว โดยรวมเอาไดออลที่เป็นตัวขยายโซ่ขนาดเล็ก/ส่วนประกอบโพลีออลขนาดใหญ่เพิ่มเติม ทำให้เกิดโครงสร้างพอลิเมอร์ที่ต้องการดังแสดงในรูปที่ 3

Deepa และคณะได้ใช้ประโยชน์จากพลวัตดังกล่าวโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโซเดียมเมทอกไซด์ในการควบคุมการก่อตัวของสารตัวกลางที่หลากหลาย จากนั้นจึงทำการขยายเป้าหมายจนได้องค์ประกอบของส่วนแข็งที่เทียบเท่ากันซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ (3 ~20)x10^3 กรัม/โมล และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วในช่วง (-30 ~120°C) Pan Dongdong ได้เลือกการจับคู่เชิงกลยุทธ์ที่ประกอบด้วย DMC เฮกซาเมทิลีน-ไดอะมิโนโพลีคาร์บอเนต-โพลีแอลกอฮอล์ ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ โดยแสดงให้เห็นถึงค่าความแข็งแรงดึงที่แกว่งไปมาระหว่าง 10-15 MPa และอัตราส่วนการยืดตัวที่เข้าใกล้ 1000%-1400% การศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับอิทธิพลที่แตกต่างกันในการขยายสายโซ่เผยให้เห็นถึงความชอบที่สอดคล้องกับการเลือกใช้บิวเทนไดออล/เฮกเซนไดออลเมื่อความเท่าเทียมกันของเลขอะตอมรักษาไว้ซึ่งความสม่ำเสมอซึ่งส่งเสริมการเพิ่มขึ้นของความเป็นผลึกที่เป็นระเบียบซึ่งสังเกตได้ตลอดทั้งสายโซ่ กลุ่มของ Sarazin ได้เตรียมวัสดุคอมโพสิตที่รวมลิกนิน/DMC เข้ากับเฮกซาไฮดรอกซีเอมีนซึ่งแสดงคุณสมบัติทางกลที่น่าพอใจหลังการประมวลผลที่ 230℃ การสำรวจเพิ่มเติมที่มุ่งเป้าไปที่การสร้างโพลียูเรียที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนตโดยใช้การมีส่วนร่วมของไดอะโซโมโนเมอร์คาดการณ์ถึงศักยภาพในการใช้งานสีที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งมีข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบเหนือกว่าสารประกอบไวนิลคาร์บอน โดยเน้นถึงความคุ้มค่า/ช่องทางการจัดหาที่กว้างขึ้น การตรวจสอบอย่างรอบคอบเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์จำนวนมากโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง/สุญญากาศซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายจึงลดของเสียให้น้อยที่สุดซึ่งส่วนใหญ่จำกัดเฉพาะเมทานอล/ของเสียไดออลโมเลกุลเล็กเท่านั้น ทำให้เกิดการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น แนวคิดโดยรวม

2. ส่วนประกอบอ่อนนุ่มที่แตกต่างกันของโพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

2.1 โพลีอีเทอร์โพลียูรีเทน

โพลีอีเทอร์โพลียูรีเทน (PEU) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีพลังงานการยึดเกาะต่ำของพันธะอีเทอร์ในหน่วยซ้ำของส่วนอ่อน หมุนได้ง่าย มีความยืดหยุ่นดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำ และทนต่อการไฮโดรไลซิส

Kebir และคณะได้สังเคราะห์โพลีอีเทอร์โพลียูรีเทนโดยใช้ DMC, โพลีเอทิลีนไกลคอล และบิวเทนไดออลเป็นวัตถุดิบ แต่ได้ค่าโมเลกุลน้ำหนักต่ำ (7,500 ~ 14,800 กรัม/โมล) ค่า Tg ต่ำกว่า 0℃ และจุดหลอมเหลวก็ต่ำ (38 ~ 48℃) อีกทั้งความแข็งแรงและตัวชี้วัดอื่นๆ ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานได้ ในขณะที่กลุ่มวิจัยของ Zhao Jingbo ใช้เอทิลีนคาร์บอเนต, 1,6-เฮกเซนไดอะมีน และโพลีเอทิลีนไกลคอลในการสังเคราะห์ PEU ซึ่งมีค่าโมเลกุลน้ำหนัก 31,000 กรัม/โมล ความแข็งแรงดึง 5 ~ 24 MPa และการยืดตัวเมื่อขาด 0.9% ~ 1,388% น้ำหนักโมเลกุลของโพลียูรีเทนอะโรมาติกที่สังเคราะห์ขึ้นมีค่าอยู่ระหว่าง 17,300 ถึง 21,000 กรัม/โมล อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะแก้ว (Tg) อยู่ระหว่าง -19 ถึง 10 องศาเซลเซียส จุดหลอมเหลวอยู่ระหว่าง 102 ถึง 110 องศาเซลเซียส ความแข็งแรงดึงอยู่ระหว่าง 12 ถึง 38 เมกะปาสคาล และอัตราการคืนตัวของความยืดหยุ่นที่การยืดตัวคงที่ 200% อยู่ระหว่าง 69% ถึง 89%

กลุ่มวิจัยของเจิ้ง หลิวชุน และหลี่ ชุนเฉิง ได้เตรียมสารตัวกลาง 1,6-เฮกซาเมทิลีนไดอะมีน (BHC) โดยใช้ไดเมทิลคาร์บอเนตและ 1,6-เฮกซาเมทิลีนไดอะมีน จากนั้นทำการพอลิคอนเดนเซชันกับไดออลสายตรงโมเลกุลขนาดเล็กต่างๆ และพอลิเตตระไฮโดรฟูรานไดออล (Mn=2,000) ได้เตรียมพอลิอีเทอร์พอลิยูรีเทน (NIPEU) หลายชนิดโดยใช้วิธีที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต และแก้ปัญหาการเชื่อมโยงของสารตัวกลางระหว่างปฏิกิริยา ได้ทำการเปรียบเทียบโครงสร้างและคุณสมบัติของพอลิอีเทอร์พอลิยูรีเทนแบบดั้งเดิม (HDIPU) ที่เตรียมโดยใช้ NIPEU และ 1,6-เฮกซาเมทิลีนไดไอโซไซยาเนต ดังแสดงในตารางที่ 1

ตัวอย่าง	สัดส่วนมวลของส่วนแข็ง/%	น้ำหนักโมเลกุล/(กรัม)·โมล^(-1))	ดัชนีการกระจายน้ำหนักโมเลกุล	ความแข็งแรงดึง/MPa	การยืดตัวเมื่อขาด/%
นีพียู30	30	74000	1.9	12.5	1250
นีพียู40	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 นั้นเกิดจากส่วนแข็งเป็นหลัก หมู่ยูเรียที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาข้างเคียงของ NIPEU จะฝังตัวแบบสุ่มในโซ่โมเลกุลของส่วนแข็ง ทำให้ส่วนแข็งแตกออกเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนที่เป็นระเบียบ ส่งผลให้พันธะไฮโดรเจนระหว่างโซ่โมเลกุลของส่วนแข็งอ่อนแอ และส่วนแข็งมีความเป็นผลึกต่ำ ส่งผลให้การแยกเฟสของ NIPEU ต่ำ ดังนั้น คุณสมบัติทางกลของ NIPEU จึงแย่กว่า HDIPU มาก

2.2 โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน

โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทน (PETU) ที่มีโพลีเอสเตอร์ไดออลเป็นส่วนประกอบอ่อน มีคุณสมบัติในการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติทางกลที่ดี และสามารถนำมาใช้ในการเตรียมโครงสร้างรองรับสำหรับการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นวัสดุชีวการแพทย์ที่มีโอกาสในการใช้งานสูง โพลีเอสเตอร์ไดออลที่นิยมใช้ในส่วนประกอบอ่อน ได้แก่ โพลีบิวทิลีนอะดิเพตไดออล โพลีไกลคอลอะดิเพตไดออล และโพลีแคโปรแลคโตนไดออล

ก่อนหน้านี้ Rokicki และคณะ ได้ทำปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนคาร์บอเนตกับไดอะมีนและไดออลชนิดต่างๆ (1,6-เฮกเซนไดออล, 1,10-เอ็น-โดเดคาโนล) เพื่อให้ได้ NIPU ที่แตกต่างกัน แต่ NIPU ที่สังเคราะห์ได้มีน้ำหนักโมเลกุลและ Tg ต่ำกว่า Farhadian และคณะ ได้เตรียมโพลีไซคลิกคาร์บอเนตโดยใช้น้ำมันเมล็ดทานตะวันเป็นวัตถุดิบ จากนั้นผสมกับโพลีอะมีนชีวภาพ เคลือบลงบนแผ่น และอบที่อุณหภูมิ 90 ℃ เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เพื่อให้ได้ฟิล์มโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนแบบเทอร์โมเซตติง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี กลุ่มวิจัยของ Zhang Liqun จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีจีนตอนใต้ ได้สังเคราะห์ไดอะมีนและไซคลิกคาร์บอเนตหลายชนิด จากนั้นควบแน่นกับกรดไดเบสิกชีวภาพเพื่อให้ได้โพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนชีวภาพ กลุ่มวิจัยของ Zhu Jin ที่สถาบันวิจัยวัสดุ Ningbo สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้เตรียมส่วนแข็งไดอะมิโนไดออลโดยใช้เฮกซาไดเอมีนและไวนิลคาร์บอเนต จากนั้นทำการพอลิคอนเดนเซชันกับกรดไดเบสิกไม่อิ่มตัวจากชีวภาพเพื่อให้ได้พอลิเอสเตอร์พอลิยูรีเทนหลายชนิด ซึ่งสามารถใช้เป็นสีได้หลังจากการบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต [23] กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng ใช้กรดอะดิปิกและไดออลอะลิฟาติกสี่ชนิด (บิวเทนไดออล เฮกซาไดออล ออกเทนไดออล และเดคาเนไดออล) ที่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนต่างกันเพื่อเตรียมพอลิเอสเตอร์ไดออลที่สอดคล้องกันเป็นส่วนอ่อน กลุ่มของพอลิเอสเตอร์พอลิยูรีเทนที่ไม่ใช่ไอโซไซยาเนต (PETU) ซึ่งตั้งชื่อตามจำนวนอะตอมคาร์บอนของไดออลอะลิฟาติก ได้รับจากการพอลิคอนเดนเซชันแบบหลอมเหลวด้วยพรีพอลิเมอร์ส่วนแข็งที่ปิดผนึกด้วยไฮดรอกซีที่เตรียมโดย BHC และไดออล คุณสมบัติทางกลของ PETU แสดงในตารางที่ 2

ตัวอย่าง	ความแข็งแรงดึง/MPa	โมดูลัสความยืดหยุ่น/MPa	การยืดตัวเมื่อขาด/%
พีทู4	6.9±1.0	36±8	673±35
พีทู6	10.1±1.0	55±4	568±32
พีทู8	9.0±0.8	47±4	551±25
เปตุ10	8.8±0.1	52±5	137±23

ตารางที่ 2

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าส่วนอ่อนของ PETU4 มีความหนาแน่นของหมู่คาร์บอนิลสูงสุด มีพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงที่สุดกับส่วนแข็ง และมีระดับการแยกเฟสต่ำที่สุด การตกผลึกของทั้งส่วนอ่อนและส่วนแข็งมีจำกัด ส่งผลให้มีจุดหลอมเหลวและความแข็งแรงดึงต่ำ แต่มีการยืดตัวสูงสุดเมื่อขาด

2.3 โพลีคาร์บอเนต โพลียูรีเทน

โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทน (PCU) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง PCU แบบอะลิฟาติก มีคุณสมบัติทนต่อการไฮโดรไลซิส ทนต่อการออกซิเดชัน มีเสถียรภาพทางชีวภาพและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในด้านชีวการแพทย์ ในปัจจุบัน NIPU ที่เตรียมขึ้นส่วนใหญ่ใช้โพลีอีเทอร์โพลีออลและโพลีเอสเตอร์โพลีออลเป็นส่วนประกอบอ่อน และมีรายงานการวิจัยเกี่ยวกับโพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทนค่อนข้างน้อย

โพลีคาร์บอเนตโพลียูรีเทนที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนตซึ่งเตรียมโดยกลุ่มวิจัยของ Tian Hengshui ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีจีนตอนใต้ มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 50,000 กรัม/โมล มีการศึกษาอิทธิพลของสภาวะปฏิกิริยาต่อน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์แล้ว แต่ยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกล กลุ่มวิจัยของ Zheng Liuchun และ Li Chuncheng ได้เตรียม PCU โดยใช้ DMC, เฮกเซนไดอะมีน, เฮกซาไดออล และโพลีคาร์บอเนตไดออล และตั้งชื่อ PCU ตามสัดส่วนมวลของหน่วยซ้ำของส่วนแข็ง คุณสมบัติทางกลแสดงอยู่ในตารางที่ 3

ตัวอย่าง	ความแข็งแรงดึง/MPa	โมดูลัสความยืดหยุ่น/MPa	การยืดตัวเมื่อขาด/%
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

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า PCU มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึง 6×10⁴ ~ 9×10⁴ กรัม/โมล จุดหลอมเหลวสูงถึง 137 ℃ และความแข็งแรงดึงสูงถึง 29 MPa PCU ชนิดนี้สามารถนำไปใช้เป็นพลาสติกแข็งหรือยางยืดได้ ซึ่งมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในด้านชีวการแพทย์ (เช่น โครงสร้างรองรับสำหรับการวิศวกรรมเนื้อเยื่อมนุษย์ หรือวัสดุปลูกถ่ายในระบบหัวใจและหลอดเลือด)

2.4 โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต

โพลียูรีเทนไฮบริดที่ไม่ใช้ไอโซไซยาเนต (hybrid NIPU) คือการนำกลุ่มอีพ็อกซีเรซิน อะคริเลต ซิลิกา หรือซิลิออกเซน เข้าไปในโครงสร้างโมเลกุลของโพลียูรีเทน เพื่อสร้างเครือข่ายที่เชื่อมโยงกัน ปรับปรุงประสิทธิภาพของโพลียูรีเทน หรือทำให้โพลียูรีเทนมีฟังก์ชันที่แตกต่างออกไป

เฟิง เยว่หลานและคณะ ได้ทำปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันถั่วเหลืองอีพ็อกซีชีวภาพกับ CO2 เพื่อสังเคราะห์เพนทาโมนิกไซคลิกคาร์บอเนต (CSBO) และนำบิสฟีนอลเอไดไกลซิดิลอีเทอร์ (เรซินอีพ็อกซี E51) ที่มีส่วนของสายโซ่ที่แข็งกว่ามาใช้เพื่อปรับปรุง NIPU ที่เกิดจาก CSBO ที่แข็งตัวด้วยอะมีนให้ดียิ่งขึ้น สายโซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนของสายโซ่ที่ยืดหยุ่นยาวของกรดโอเลอิก/กรดลิโนเลอิก นอกจากนี้ยังมีส่วนของสายโซ่ที่แข็งกว่า ทำให้มีความแข็งแรงเชิงกลและความเหนียวสูง นักวิจัยบางกลุ่มยังได้สังเคราะห์พรีพอลิเมอร์ NIPU สามชนิดที่มีหมู่ปลายฟิวแรนผ่านปฏิกิริยาการเปิดอัตราของไดเอทิลีนไกลคอลไบไซคลิกคาร์บอเนตและไดอะมีน จากนั้นทำปฏิกิริยากับโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวเพื่อเตรียมโพลียูรีเทนอ่อนที่มีฟังก์ชันการซ่อมแซมตัวเอง และประสบความสำเร็จในการทำให้ NIPU อ่อนมีประสิทธิภาพการซ่อมแซมตัวเองสูง NIPU แบบไฮบริดไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติของ NIPU ทั่วไปเท่านั้น แต่ยังอาจมีคุณสมบัติที่ดีกว่าในด้านการยึดเกาะ ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง ความต้านทานต่อตัวทำละลาย และความแข็งแรงเชิงกลอีกด้วย

3. เอาท์ลุค

NIPU ผลิตขึ้นโดยไม่ใช้ไอโซไซยาเนตที่เป็นพิษ และกำลังอยู่ระหว่างการศึกษาในรูปแบบของโฟม สารเคลือบ กาว อีลาสโตเมอร์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ซึ่งมีโอกาสในการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ยังคงจำกัดอยู่เพียงการวิจัยในห้องปฏิบัติการ และยังไม่มีการผลิตในระดับใหญ่ นอกจากนี้ ด้วยการพัฒนามาตรฐานการครองชีพของผู้คนและความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง NIPU ที่มีคุณสมบัติเดียวหรือหลายคุณสมบัติจึงกลายเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญ เช่น คุณสมบัติในการต้านเชื้อแบคทีเรีย การซ่อมแซมตัวเอง การจดจำรูปทรง การหน่วงไฟ การทนความร้อนสูง เป็นต้น ดังนั้น การวิจัยในอนาคตควรทำความเข้าใจวิธีการแก้ไขปัญหาสำคัญของการผลิตในระดับอุตสาหกรรม และสำรวจทิศทางการเตรียม NIPU ที่มีคุณสมบัติเฉพาะต่อไป

วันที่เผยแพร่: 29 สิงหาคม 2567