원자화 엔탈피: 25 ℃에서 kJ /mol
360
열전도도: w/(m k)
0.027
기화열: (킬로코크스/무어)
344.0
전도도: 10 6/(cm ω)
0.00666
용융 열: (킬로코크스/몰)
2.840
열용량: j/(몰 k)
35.5
밀도: 그램/센티미터 &; Sup3
1.25
849 년에 독일의 화학자 발츠는 알킬 황산염의 재분해작용을 통해 알킬 이소시아네이트를 합성했다. 그런 다음 화학자 A.W.Hoffmann 은 1850 에서 페닐 이소시아네이트를 성공적으로 합성했습니다. 나중에 Hentschel 등은 1884 에서 이소시아네이트를 합성했다.
당시 이소시아네이트는 어떠한 사용가치도 발견하지 못했고, 고분자 화학 합성에서는 전혀 사용되지 않았다. 독일의 화학자인 바이엘과 당시 연구실의 동료들이 반복적으로 연구한 결과, 이소시아네이트가 폴리우레탄과 폴리우레아의 화합물을 합성할 수 있다는 사실이 밝혀졌지만 실용성은 여전히 크지 않았다. 1933 년 미국 듀폰사의 W.H.Carothers 가' 나일론' 을 발명해 독일인을 자극했다. 당시 독일은 가능한 한 빨리 대적할 수 있는 제품을 발명하고 싶었다. 이것은 또한 당시 바이엘이 폴리우레탄에 대한 연구개발을 가속화했다. 그들은 체인 폴리우레탄이 열가소성 및 방사성이 있어 플라스틱과 섬유로 만들 수 있다는 것을 발견했다. 당시 상품명은 Igamid U 와 perlon u 였다.
노동보호장갑용 PU 코팅 폴리우레탄의 개발은 원래 Otto Bayer 와 그의 동료들이 1937 년 독일 레버쿠슨의 I.G.Farben 연구소에서 시작되었습니다. 그들은 첨가 중합 원리를 적용하여 액체 이소시아네이트와 액체 폴리우레탄 또는 디올 폴리에스테르로 당시 발견된 폴리올레핀과 중축 합 플라스틱과는 다른 새로운 플라스틱 폴리우레탄을 생산했다. 새로운 단체 혼합물도 Wallace Carothers 가 획득한 폴리에스테르 특허와는 다르다. 처음에는 응용이 섬유와 부드러운 거품으로 제한되었다. 이후 그 발전은 제 2 차 세계대전의 영향을 받아 (기간 PU 는 항공석에만 소규모로 사용됨) 이소시아네이트가 1952 까지 상업을 시작하지 않았다. 65438 에서 0954 까지, 톨루엔 디 이소시아네이트 (TDI) 와 폴리 에스테르 폴리올은 상업적 용도의 부드러운 폴리 우레탄 거품을 생산하는 데 사용됩니다. 이 거품 (원래 발명자가 모조스위스 치즈라고 불렸던 거품) 의 발명은 반응 체계에 물을 첨가한 덕분에 경질 거품, 접착제, 엘라스토머를 생산하는 데도 사용되었다. 선형 섬유는 헥사 메틸렌 디 이소시아네이트 (HDI) 와 1, 4- 부탄디올 (BDO) 반응으로 만들어진다.
듀폰사와 사수소푸란이 1956 에서 수렴한 최초의 상업화된 폴리에테르 폴리올입니다. 바스프와 도씨 화학은 1957 에서 더 싼 폴리메탄기 디올을 출시했다. 이러한 폴리 에테르 폴리올은 저비용, 취급 용이성, 우수한 가수 분해 안정성과 같은 기술적 및 상업적 이점을 보여줍니다. 그리고 폴리우레탄을 준비할 때 폴리에스테르 폴리올을 빠르게 대체할 수 있습니다. 기타 폴리우레탄 추진자에는 연합탄화물 회사와 맹산도/바이엘 합자기업 모비 회사가 포함됩니다. 1960 년 연질폴리우레탄 거품 생산량은 4 만 5000 톤에 달했다. 10 여 년의 발전을 거쳐 염화불화탄소발포제, 저가의 폴리에스테르 폴리올과 디 페닐 메탄 이탄산에스테르 (MDI) 가 등장함에 따라 경질 폴리우레탄 거품이 고성능 보온재에 적용되었다. 폴리MDI (PMDI) 를 기반으로 한 경질 폴리우레탄 거품은 TDI 기반 재질보다 열 안정성과 연소 성능이 우수합니다.
1967 기간 동안 폴리우레탄 변성 폴리이소시아네이트 경질 거품이 생산되어 생산된 저밀도 보온재는 열 안정성과 내연성이 우수합니다. 마찬가지로 1960 년대에도 대시보드와 문판과 같은 자동차의 내부 안전 부품은 반강성 거품이 채워진 열가소성 플라스틱으로 만들어지기 시작했다.
1969 년 독일 바이어는 독일 뒤셀도르프에 플라스틱 자동차 한 대를 전시했다. 자동차의 일부 부품은 RIM (반응 사출 성형) 이라는 새로운 공정으로 제조되었다. RIM 기술은 고압으로 액체 그룹을 주입한 다음 반응 그룹을 금형 중공에 빠르게 주사하는 것입니다. 자동차 대시보드 및 패널과 같은 대형 부품도 같은 방법으로 사출 성형을 할 수 있습니다. 폴리우레탄 RIM 에는 다양한 제품과 공정이 포함되어 있습니다. 이원암모니아 확장제와 카바 메이트, 이소시아네이트, 폴리우레아의 삼합공예를 이용하여 모유리, 운모, 가공섬유 등의 첨가제를 첨가한다. 을 (를) RRIM 이라고 합니다. 굽힘 계수와 열 안정성이 개선될 수 있습니다. 1983 년 미국은 이 기술을 이용하여 자동차 플라스틱 차체를 생산했다. 공동에 유리 섬유를 미리 추가하면 굽힘 계수가 더욱 향상됩니다. 이를 SRIM 또는 구조 RIM 이라고 합니다.
1980 년대 초부터 물 발포 마이크로공 유연성 폴리우레탄 거품은 자동차 패널과 타이어 밀봉 공기 필터의 전형적인 워셔로 사용되었습니다. 이후 에너지 가격 상승과 자동차 내 PVC 사용 수요 감소로 폴리우레탄의 시장 점유율이 늘고 있다. 값비싼 원자재 가격은 금속 덮개 및 필터 하우징 감소와 같은 부품 무게 감소를 통해 보상됩니다. 고충전 폴리우레탄 엘라스토머와 채워지지 않은 폴리우레탄 거품은 현재 고온 오일 필터에 사용되고 있습니다.
폴리우레탄 폼 (거품 고무 포함) 을 생산할 때 반응 혼합물에 소량의 휘발성 물질을 첨가해 발포제라고 한다. 이 간단한 물질들은 폴리우레탄에 뛰어난 단열 성능을 부여한다. 1990 년대 초 오존층에 미치는 영향을 줄이기 위해 몬트리올 의정서는 일부 염소 발포제 사용을 제한했다. 트리클로로 플루오로 메탄 (CFC- 1 1) 과 같은 것들이죠. 클로로 플루오로 카본, 1, 1- 디클로로-1- 플루오로 에탄 (HCFC-14/) 과 같은 기타 할로겐화 탄화수소 90 년대 말까지 이산화탄소, 펜탄, 1, 1, 1, 2- 테플에탄 (HFC-1 30)
기존의 폴리우레탄 스프레이 기술과 폴리우레탄 암모니아 화학 이론을 바탕으로 폴리우레탄 스프레이 탄성 소재는 1990 년대에 급속히 발전했다. 그들의 빠른 반응과 습기에 대한 상대적으로 민감하지 않은 반응으로 인해 대규모 프로젝트에 선호됩니다. 예를 들어 2 차 밀봉, 맨홀 및 통로 코팅, 탱크 라이닝 등이 있습니다. 적절한 베이스 페인트와 표면 처리를 거친 후 콘크리트와 강재에 좋은 부착력을 가지고 있다. 동시에, 새로운 2 액형 폴리우레탄과 폴리우레탄 잡화탄성체 기술이 야외시공의 적재상 패드에 적용되었다. 트럭 및 기타 운송 용기에 사용되는 이 코팅 기술은 내구성이 뛰어나고 마찰에 강한 복합 금속 재질을 만듭니다. 열가소성 안감은 금속의 부식성과 취성 방면의 결함을 보완한다.
화학적 성질
폴리우레탄은 각종 산, 알칼리, 유기용제에 내성이 있어 열악한 환경에서 고무 제품의 대안으로 자주 쓰인다.
폴리우레탄은 우레탄 구조를 가진 고분자 재료이며, 생산 반응은 다음 그림과 같습니다.
폴리우레탄은 반응형 고분자 재료에 속하며, 비슷한 플라스틱으로는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르, 페놀플라스틱 등이 있다. 그 중 카바 메이트 기단은 이소시아네이트 관능단 -N=C=O 와 수산기 -OH 반응에 의해 생성된다. 폴리우레탄은 촉매제와 기타 첨가물의 존재로 폴리우레탄과 폴리올의 가산 중합을 통해 생산된다. 이 경우 폴리우레탄은 이소시아네이트 관능단 R-(N=C=O)n ≥ 2 를 두 개 이상 포함하는 분자이고 폴리올은 두 개 이상의 수산기 관능단 R'-(OH)n ≥ 2 를 포함하는 분자입니다. 반응 생성물은 카바 메이트 그룹 -rnh coor- 를 함유 한 중합체입니다. 이소시아네이트는 활발한 수소 이온을 함유한 어떤 분자와도 반응한다. 더 중요한 것은 이소시아네이트가 물과 반응하여 이산화탄소를 방출한다는 것이다. 그들은 또한 폴리 에테르 아민과 반응하여 폴리 우레아를 형성합니다. 상업생산에서 액체 이소시아네이트는 폴리우레탄, 촉매제 및 기타 첨가물을 함유한 혼합물과 반응하여 폴리우레탄을 형성한다. 이 두 가지 구성 요소는 일반적으로 폴리 우레탄 공식 시스템이라고합니다. 북미는 이소시아네이트를 성분 또는 "ISO" 라고 부른다. 폴리올과 기타 첨가제의 혼합물을 그룹 B 또는 "폴리" 라고 하는데, 이 혼합물을 수지 또는 수지 혼합물이라고도 합니다. 유럽에서는 A 성분과 B 성분이 정반대입니다. 수지 혼합에 사용되는 첨가제는 체인제, 교차제, 표면활성제, 난연제, 발포제, 물감 및 충전재를 포함할 수 있습니다.
폴리우레탄의 첫 번째 주성분은 이소시아네이트이다. 두 개의 이소시아네이트 관능단을 함유한 분자를 이이소시아네이트라고 한다. 이 분자들은 세 개 이상의 이소시아네이트 관능단이 포함된 폴리이소시아네이트를 생성하는 데 사용되기 때문에 단량체라고도 불린다. 이소시아네이트는 디 페닐 메탄 디 이소시아네이트 (MDI) 또는 톨루엔 디 이소시아네이트 (TDI) 와 같은 방향족 계열로 나눌 수 있습니다. 헥사 메틸렌 디 이소시아네이트 (HDI) 또는 이소 포론 디 이소시아네이트 (IPDI) 와 같은 지방족. 폴리 디 페닐 메탄 디 이소시아네이트와 같은 폴리 이소시아네이트는 2 개, 3 개, 4 개 이상의 이소시아네이트 관능단 (평균 2.7 개의 관능단) 을 함유 한 분자로 구성됩니다. 이소시아네이트는 폴리올과 반응하여 프리폴리머를 형성할 수 있다. 이소시아네이트와 수산기 관능단의 화학당량비율이 2: 1 보다 크면 준중합체가 생성되고, 당량비율이 2: 1 이면 진정한 중합체가 생성됩니다. 이소시아네이트의 중요한 성질은 분자 구조, NCO 함량, 기능적 특성 및 점도를 포함한다.
폴리우레탄의 또 다른 기본 성분은 폴리올이다. 두 개의 히드 록실 작용기를 함유 한 분자는 디 알콜이라고 불리며, 세 개의 히드 록실 작용기를 함유 한 분자는 트리 알콜이라고 불린다. 생산 관행에서 폴리올은 단쇄 또는 저분자량 확장제와 교제제로 나뉜다 (예: 에틸렌 글리콜 (EG), 1, 4- 부탄디올 (BDO), 디 에틸렌 글리콜 (DEG), 글리세린, 트리메틸 프로판 (TMP) 폴리올은 일종의 특수한 중합체이다. 산화프로필렌 (PO) 과 산화에틸렌 (EO) 에 의해 수산기 또는 아미노기가 함유된 유기화합물에 첨가되거나, 지방산과 이원산 (예: 에탄올이나 디프로판올 (DPG) 중축 합으로 형성된다. PO 와 EO 를 첨가하여 준비한 폴리올은 폴리 에테르 폴리올입니다. 중축 합에 의해 제조 된 폴리올은 폴리 에스테르 폴리올입니다. 개시제, 성장제, 폴리올의 분자량이 다르기 때문에 폴리우레탄의 물리적 상태와 성능에 큰 영향을 미친다. 폴리올의 중요한 특성에는 분자 구조, 개시제, 분자량, 히드 록실 함량, 기능적 특성 및 점도가 포함됩니다.
Tert-아민 촉매 폴리 우레탄의 반응 메커니즘
물과 이소시아네이트 반응에 의해 생성 된 이산화탄소 가스
중합에 사용되는 촉매제는 디메틸 아미노 시클로 헥산과 같은 3 차 아민이다. 월계산 디 부틸 주석 및 옥 탄산 비스무트와 같은 유기 금속 화합물. 또한 촉매제의 선택은 폴리우레탄 (젤) 반응에 유리한지 여부를 고려할 수 있다. 예를 들면 1, 4 디아 질소 [2.2.2] 옥탄 (DABCO 또는 TEDA 라고도 함) 또는 우레아 (버블) 반응이다.
폴리우레탄의 가장 매력적인 특징 중 하나는 거품을 만들 수 있다는 것이다. 물 및 HFC-245fa (1, 1, 65438- 펜타 플루오로 프로판) 및 HFC-1 345 와 같은 여러 할로겐화물과 같은 발포제 물은 이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소 가스를 생성하는데, 생성된 기체가 채워지고 팽창하여 섞을 때 생기는 기포이다. 이 반응은 세 단계로 나뉜다. 물 분자와 이소시아네이트 관능단이 반응하여 아미노산을 형성한다. 카바 메이트는 불안정하여 이산화탄소와 아민으로 분해되며, 생성된 암모니아는 더 많은 이소시아네이트와 반응하여 에테르를 생성합니다. 물의 분자량은 매우 작기 때문에 소량의 물이라도 무어비는 매우 커서 대량의 에테르를 생산할 수 있다. 우레아의 반응조에서 용해성이 떨어지면 독립된 폴리우레아의 고체상이 형성된다. 이런 폴리우레아의 농도와 구조는 폴리우레탄 거품의 성능에 큰 영향을 미칠 것이다. 할로겐화물과 탄화수소를 선택할 때 끓는 점이 실온에 가까운지 확인합니다.
미끄럼 방지 PU 휠
중합 반응은 열을 방출하기 때문에, 이 발포제는 반응 과정에서 기체로 휘발된다. 다공성 중합체 시스템을 채우고 팽창하여 거품을 형성합니다. 발포제는 기포를 생성할 수 없다는 것을 알아야 한다. 그것들은 단지 휘핑 과정에서 형성된 거품으로 확산될 뿐이다. 실제로 고밀도 마이크로공 거품은 발포제를 첨가하지 않고 사용하기 전에 기계적 발포 수지 그룹을 만들 수 있습니다.
표면활성제는 발포 과정에서 중합체의 성능을 개선하는 데 쓰인다. 유화액 성분, 버블 크기 조정, 버블 구조 안정화, 붕괴 및 표면 결함 방지에 사용됩니다. 딱딱한 거품 표면활성제는 작은 거품과 높은 기포 함량을 생산하는 데 쓰인다. 부드러운 거품 표면활성제는 반응물질을 안정시키고 기포 함량을 증가시켜 거품이 수축되는 것을 방지하는 데 쓰인다. 표면활성제를 선택할 때 이소시아네이트, 폴리올, 그룹 호환성, 시스템 반응성, 공정 조건, 장비, 도구, 부품 모양, 제품 무게 등의 영향 요인을 고려해야 합니다.
원료
폴리우레탄을 제조하려면 적어도 두 가지 기능이 있는 물질이 반응물로 필요하다: 이소시아네이트 관능단을 함유한 화합물과 활발한 수소 원자를 함유한 화합물. 이러한 화합물의 물리적 특성, 구조 및 분자 크기는 폴리우레탄의 중합 반응, 가공 성능 및 가공 후의 물리적 특성에 영향을 줍니다. 또한 촉매제, 표면활성제, 발포제, 교차제, 난연제, 광안정제, 충전제 등의 첨가제를 첨가하여 반응 과정과 중합체 성능을 제어하고 개선한다.
물리적 성질
폴리우레탄의 기계적 성질은 매우 큰 조정성을 가지고 있다. 폴리우레탄은 결정질 하드 세그먼트와 비결정질 소프트 세그먼트의 비율을 제어하여 서로 다른 역학 성능을 얻을 수 있습니다. 따라서 이 제품은 내마모, 내열, 밀봉, 방음, 가공 성능, 분해성 등의 뛰어난 성능을 갖추고 있습니다.
전반적으로 비교적 안전하고 믿을 만하다.