CC BY
86
УДК 678.7 К63:61
Т. В. Долгополова, Ю. В. Туманова, Л. А. Зенитова
ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
Сообщение 2
Ключевые слова: полиуретан (ПУ), изоцианат, композиция, форполимер.
В данной статье рассмотрен механизм процесса отверждения полиуретановой композиции, а также оптимальные условия ее получения.
Keywords: рolyurethane (PU), composition, prepolymer, isocyanate.
In this article we can see the mechanism of solidification process of рolyurethane composition and optimal conditions of it getting.
С целью отработки технологии и оптимальной рецептуры процесса получения «полимерного бинта» был изучен механизм протекающих при этом взаимодействий. Ранее [1] исследовалась система СКУ-ПФЛ-100-ТДИ, отверждаемая с помощью воды.
Форполимер СКУ-ПФЛ-100 (ФП) имеет в своей структуре концевые изоцианатные группы, способные реагировать с соединениями, содержащими активный атом водорода, в том числе и с водой:
СНз
_/ O O
И\ 11 11
(' У-^C-^CCHrCHrCHrCH)— ^С-
НС
\=/ 1
/— H
N=fcO
Формула СКУ-ПФЛ-100
Кроме того, во времени протекает реакция концевых изоцианатных групп с активным атомом водорода уретановых группировок, входящих в состав форполимера СКУ-ПФЛ-100, образуя алло-фанатные группировки, что приводит к сшивке полимера. При этом у форполимера постепенно нарастает вязкость и, в конечном счете, он теряет свою текучесть и становится нерастворимым. Именно поэтому, гарантийный срок хранения форполимера СКУ-ПФЛ-100 не превышает 6 месяцев [2].
В этой связи применялся прием получения так называемого «псевдофорполимера», используемый для синтеза полиуретанов с долгим сроком хранения. Кроме того, в исходный форополимер СКУ-ПФЛ-100 добавлялся ПИЦ и некоторое количество триэтиламина. Замена ТДИ на ПИЦ целесообразна с точки зрения экологичности процесса. ПИЦ имеет 4 класс опасности в то время как ТДИ -2 класс опасности.
Использование ТЭА предполагает ускорение реакции отверждения полиуретановой композиции в процесс ее применения в качестве пропиточного состава «полимерного бинта». Необходимо, чтобы полимерный состав был жизнеспособный, то есть жидкий в течение длительного срока времени (желательно 2 года). При использовании полимерного бинта, пропитанного уретановым составом, должно происходить быстрое его отверждение (желательно за 20-30 минут). В этой связи в состав добавляли ТЭА, который в процессе использования полимерного бинта предположительно должен ускорить
процесс отверждения за счет взаимодействия влаги воздуха и воды с изоцианатными группами с образованием мочевинных группировок при смачивания бинта перед моделированием в качестве фиксирующей повязки. С этой целью готовилась смесь форполимера СКУ-ПФЛ-100 с ПИЦ и триэтилами-ном, которая выдерживалась в эксикаторе с гидратом окиси калия во избежание преждевременной реакции как ПИЦ, так и форполимера СКУ-ПФЛ-100 с влагой воздуха.
Таблица 1 - Качественная характеристика процесса отверждения композиции СКУ-ПФЛ-100-ПИЦ - ТЭА во времени
ПИЦ: ФП, моль/г Время экспозиции, сутки
15 30 45 60 75 90
22/8,7 жидкий вязкий гелеобразный
Как видно из данных таблицы 1, добавление ПИЦ приводит к структурированию композиции только спустя 30 суток. Спустя 40 суток наблюдения отмечается заметное загустение композиции. И только спустя 60 суток смесь становится гелеобраз-ной, но все же полностью не отверждается и остается пригодной для использования.
Кроме визуального и тактильного анализа процесс отверждения контролировался с помощью ИК-спектроскопии по изменению полос поглощения, ответственных за изоцианатные, уретановые, мочевин-ные группировки (2275 см -1, 1733 см -1, 1223 см -1 соответственно).
Рис. 1 - Зависимость изменения ИК-спектров системы СКУ-ПФЛ-100 - ПИЦ во времени
Время, мин
Рис. 2 - Зависимость изменения ИК-спектров системы СКУ-ПФЛ-100 - ПИЦ - ТЭА во времени
Ход процесса отверждения системы СКУ-ПФЛ -100 + ПИЦ представлен на рис.1. Видно, что количество изоцианатных группировок уменьшается за счет реакции между изоцианатными группами СКУ-ПФЛ-100 и ПИЦ и водородами уретановых группировок в СКУ-ПФЛ-100 с образованием алло-фанатных связей (рис 1, 3) Соответственно уменьшается количество уретановых группировок (рис. 1, 4). Образование мочевинных связей возможно за счет реакции изоцианатных групп СКУ-ПФЛ-100 и ПИЦ с влагой воздуха. Однако в силу того, что полосы поглощения уретановых и аллофанатных группировок находятся в одной области ИК-спектра, их разделение затруднено.
Далее в систему добавляли ТЭА для ускорения реакции отверждения композиции в реальных условиях ее использования в качестве пропиточного состава «полимерного бинта». Тот факт, что использование амина не приводит к существенному изменению вида ИК спектра системы СКУ-ПФЛ-100 + ПИЦ + ТЭА, говорит о том, что в данном случае ТЭА. присутствующий в незначительных количествах, незначительно катализирует процесс отверждения за счет реакции аллофанатообразования без доступа влаги воздуха (рис. 3, 4). Влияние ТЭА на реакцию уретанообразования показано на графиках.
Рис. 3 - Зависимость изменения концентрации изоцианатных групп от времени при взаимодействии СКУ-ПФЛ-100 - ПИЦ - ТЭА
Рис. 4 - График зависимости концентрации уретановых групп от времени при взаимодействии СКУ-ПФЛ-100 - ПИЦ - ТЭА
Наглядно можно убедиться, что в системе при добавлении в композицию СКУ-ПФЛ-ПИЦ триэти-ламина наблюдается ускорение реакции аллофана-тообразования, однако как показано в таблице 1 состав остается пригодным к употреблению в течение 90 суток.
Таким образом, исследования процесса отверждения ПУ методом ИК - спектроскопии подтверждают данные визуальных наблюдений.
Таблица 2 - Рецептура пропитывающего состава
Тип бандажа Название реагента Количество компонентов
моль г. %
«жесткий» СКУ-ПФЛ-100 0,0042 6,3 42
ПИЦ 0,0377 8,7 57
ТЭА 0,005 0,15 1
Заключение
1. Рассмотрено влияние компонентов и условий проведения синтеза на качественные и технологические характеристики исследуемых полимеров, на основании чего был сделан вывод, что композиция на основе форполимера СКУ-ПФЛ-100, поли-изоцианата и триэтиламина является приемлемой.
2. Подобраны условия получения композиции, неотверждаемой в условиях хранения без доступа влаги. Оптимальная рецептура для получения полимерного бинта «жесткой» фиксации: СКУ-ПФЛ-100: ПИЦ: ТЭА= 0,0042: 0,0377: 0,005.
Литература
1. Туманова, Ю.В. Полиуретановая композиция медицинского назначения. Сообщение 1/Ю.В. Туманова, Л.А. Зенитова// Вестник КНИТУ. - 2012. №8. - С.13.
2. Кияненко, Е.А. Влияние структуры антикоррозионных уретановых покрытий на стойкость к средам нефтепродуктов / Е.А. Кияненко, Л.А. Зенитова // Вестник КГТУ. - 2011. №2. - С.13.
© Т. В. Долгополова - магистр каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, [email protected]; Ю. В. Туманова - асп. той же кафедры, [email protected]; Л. А. Зенитова - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
