Полиамидные и полиуретановые смолы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Є

Компоненты и технологии, № 5'2004

Технологии

Продолжение. Начало в № 3, 4, 6, 7, 8'2003,2'2004

Полиамидные и полиуретановые смолы

Александр Воробьев

[email protected]

Полиамидные смолы представляют собой продукты конденсации дикарбоновых кислот с полиметилендиаминами (нейлон):

1. Из адипиновой кислоты и гексаметилендиамида получается смола нейлон (он же анид) с температурой плавления 248 °С.

2. Из адипиновой кислоты и декаметилендиамида получается смола нейлон с температурой плавления 230 °С.

3. Из себациновой кислоты и пентаметилендиами-да получается смола нейлон с температурой плавления 195 °С.

Эти продукты нашли применение в производстве синтетического волокна, известного под торговой маркой «нейлон», которое по прочности на разрыв и по стойкости к истиранию превосходит волокна рас-тигельного и животного происхождения. Малая гигроскопичность и высокая стойкость к истиранию — очень ценное свойство для изоляции проводов и изготовления тканей электроизоляционного назначения.

Кроме того, полиамидные смолы (капрон) получаются также конденсацией аминокислот или полимеризацией их лактамов, например капролактама:

Ш(СН2)5СО

капролактам

^ Ш(С2Н)5 СОШ(СН2)5СО поликапролактам (капрон)

Полиамидные смолы термопластичны, нерастворимы в бензине, бензоле, ацетоне и других активных растворителях, но растворимы в феноле, трикрезоле, в муравьиной и уксусной кислотах, а также в смеси фенол — ксилол, фенол — сольвент, крезол — ксилол и т. п.; некоторые полиамиды растворимы в водно-спиртовой смеси. Полиамидные смолы нейлон и капрон представляют собой твердые эластичные продукты линейного строения с молекулярной массой в пределах 10000-25000, температурой плавления в пределах 180-250 °С и интервалом плавления в пределах 3-5 °С (высокая концентрация кристаллической фазы).

На основе полиамидной смолы в смеси с резоль-ной изготавливается полиамидно-резольный лак

для эмалирования проволоки. Последняя модификация этого лака ПЛ-2 представляет собой смешанный полиамид, полученный путем совместной полимеризации капролактама и соли АГ (адипиново-кислого гексаметилендиамина), имеющей строение

Ш2(СН2)6 + Ш3ОСО(СН2)4СООН

При совместной полимеризации капролактама и соли АГ образуется полиамидная смола, имеющая строение

—ОС(СН2)5№НОС(СН2)4СО№Н(СН2)6 —

— ЫНОС(СН2)5ЫН

Эта смола растворяется в спиртах (метиловом и этиловом).

Процесс изготовления полиамидно-резольного лака заключается в следующем: полиамидную смолу растворяют в смеси фенола и крезола и добавляют в этот раствор формальдегид. При нагревании происходит процесс конденсации формальдегида с фенолом и образуется фенолоформальдегидная смола. Полученная смесь растворяется в этилцел-лозольве. Полиамидно-резольный лак ПЛ-2 содержит 36-42% смол в соотношении 1:1 (полиамидной и резольной). Полиамидно-резольный лак применяется для эмалирования проводов.

Полиамидно-эпоксидные лаки обладают высокой эластичностью, широко применяются в качестве клеев и защитных покрытий.

Полиуретановые смолы представляют собой продукты взаимодействия веществ, содержащих изоцианатную (—N = С = О) и гидроксильные группы. Реакционная способность изоцианатной группы зависит от органического радикала, с которым она связана.

В технике применяются изоцианаты алифатического ряда, например, 1,6-гексаметилендиизоцианат по ВТУ АУ-51-54 (продукт 102 Г):

О = С = N — (СН2)6— N = С = О,

130

www.finestreet.ru

e

Компоненты и технологии, № 5'2004

представляющий собой прозрачную жидкость с температурой кипения 240-243 °С; или ароматического ряда, например, 2,4-то-луилендиизоцианат по МРТУ 6-02-283-65 (продукт 102 Т), представляющий собой кристаллический легко плавящийся продукт (в расплаве — прозрачная жидкость) с температурой кристаллизации 21,2-19 °С (рис. 1).

Указанные изоцианаты активно вступают в реакцию с полиэфирами, содержащими свободные гидроксильные группы. Такой полиэфир может быть получен поликонденсацией глицерина, диэтиленгликоля, адипино-вой кислоты и фталевого ангидрида. Полиэфир этот содержит свободные гидроксильные группы (5-8%), способные к дальнейшим взаимодействиям с диизоцианатами и образованию трехмерных полимеров. Реакция получения полиуретановых смол может быть представлена следующей схемой:

х-НО— R— ОН +

+ x-OCN— R — NCO ^

^ (-- OROCONHR1NHCO--)x

При взаимодействии исходных компонентов происходит миграция водородного атома гидроксильной группы спирта к атому азота изоцианата. Реакция протекает при нормальной температуре без выделения летучих продуктов реакции в течение нескольких часов.

Ввиду токсичности диизоцианатов, а также более длительной стабильности композиции (полиэфир + диизоцианат) их переводят в скрытые (блокированные) или замаскированные изоцианаты путем обработки фенолом, крезолами и т. п. согласно схеме, приведенной на рис. 2.

В этом случае активная группа N = C = O блокируется фенолом, и диизоцианат теряет свою реакционную способность при нормальной температуре и переходит в монофе-нилуретан.

Вторая группа N = C = O при последующем смешивании с полиэфирами (реагирует со свободными группами ОН, и монофени-луретан становится полностью блокированным, нетоксичным продуктом и сохраняет стабильность. Если подвергнуть эту композицию нагреву, то при 140-180 °С монофени-луретан разлагается с выделением фенола

Технологии

и изоцианата, который, в свою очередь, реагируя с полиэфиром, образует нерастворимые термореактивные пленки.

Разложение монофенилуретана может быть представлено схемой, изображенной на рис. 3.

Диизоцианат вступает в реакцию с полиэфиром, образующим нерастворимые эластичные лаковые пленки.

Монофенилуретан (скрытый диизоцианат) применяется для изготовления полиуретановых эмальлаков.

Полиуретановые лаки обладают высокой эластичностью, адгезией, механической прочностью, высокими изоляционными свойствами и относительно высокой нагре-востойкостью (класс В). Применяются в качестве эмальлаков в производстве эмалированной проволоки.

Одним из ценных свойств полиуретановых лаков является способность расплавляться в жидком олове и его сплавах, причем эмалированный провод облуживается без применения флюса.

Изготовление лаков на полиуретановых смолах сводится к смешиванию гидроксилсодержащих полиэфиров с изоцианатами при нормальной температуре непосредственно перед употреблением. В качестве примера можно привести лак УЛ-1 для эмалирования проволоки.

Полиуретановый лак УЛ-1 имеет следующий состав:

• полиэфир марки 10-47 (50-процентный раствор в циклогексаноне);

• поливинилоформальэтилалевая смола (ви-нифлекс) (15-процентный раствор в цик-логексаноне);

• изоцианат (монофенилуретан).

Растворы смол (полуфабрикаты) изготавливаются отдельно в смесителе из нержавеющей стали, оборудованном мешалкой и паровой рубашкой. Растворение смол производится при 60-70 °С (для смолы 101) или 80-90 °С (для смолы 10-47). Смешивание растворов смол производится в смесителе при 40-50 °С, раствор фильтруется и сливается в тару.

Монофенилуретан (изоцианат) вводится непосредственно перед употреблением лака в количестве 24-28% (по массе смол).

Продолжение следует

www.finestreet.ru

131

-Q-