CC BY
25
№ 7 (76)
AuiSli
/m те:
universum:
технические науки
июль, 2020 г,
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УРЕТАНОВЫЙ ОЛИГОМЕР ОУ-400
Киёмов Шарифжон Нозимович
ст. науч. сотр., ООО «Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии»,
Республика Узбекистан, Ташкент. обл., Ташкентский р-н, п/о Ибрат
E-mail: qiyomovsh@mail. ru
Джалилов Абдулахат Турапович
директор, академик АНРУз, д-р хим. наук, профессор, ООО «Ташкентского научно-исследовательского
института химической технологии», Республика Узбекистан, Ташкент. обл., Ташкентский р-н, п/о Ибрат
E-mail: a. t.djalilov@,mail.ru
URETHANE OLIGOMER OU-400
Sharifjon Kiyomov
LLC Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, doctoral student,
Republic of Uzbekistan. Tashkent region, Tashkent area,
Ibrat district
Abdulakhat Djalilov
LLC Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Director. Academician of the Academy of Sciences
of Uzbekistan, doctor of chemical sciences, professor, Republic of Uzbekistan. Tashkent region, Tashkent area, Ibrat district
АННОТАЦИЯ
В статье обсужден новый олигомер, содержащий уретановых групп. Показан новый метод синтеза олигоуре-тана, исключающий ди или полиизоцианатов. Исследованы вязкостные характеристики полученного олигомера. Установлены оптимальные условия процесса синтеза.
ABSTRACT
The article discusses a new oligomer containing urethane groups. A new method for the synthesis of oligourethane, excluding di or polyisocyanates, is shown. The viscosity characteristics of the obtained oligomer were investigated. The optimal conditions for the synthesis process are established.
Ключевые слова. Олигомер с уретановыми группами, синтез, олигоуретаны, химическая структура, характеристическая вязкость, оптимальные условия синтеза, свойства.
Keywords. Urethane-oligomer, synthesis, oligourethanes, chemical structure, intrinsic viscosity, optimal synthesis conditions, properties.
К уретановым олигомерам относятся высокомолекулярные соединения, содержащие в своем составе уретановую группу R-N-C(O)-O- ^ это Н, алкилы, арил или ацил) независимо от строения остальной части молекул. В зависимости от исходных соединений в макромолекулах полиуретана могут присутствовать также простые эфирные, амидные, мочевинные и другие функциональные группы. Однако основные свойства полиуретана определяются наличием в них именно уретановых групп, обладающих высокими значениями энергии физических взаимодействий. Поэтому в полиуретане наряду с химической сеткой существует и физическая, способная под влиянием внешних воздействий (температуры, деформации) к перестроениям и определяющая специфику свойств
полиуретана (износостойкость, теплостойкость, деформационно-прочностные свойства и другие) [1, 2].
Традиционные способы получения олигомеров или полимеров, содержащих уретановых групп, имеющие промышленное значение, основаны на взаимодействие ди- или полиизоцианатов с полиэфирполио-лами, содержащими в молекуле не менее двух гидроксильных групп. Такой способ получения, основанный на применение ди- или полиизоцианатов является высокотоксичным и сужают пределы эксплуатации уретановых олигомеров и полимеров на их основе [3].
Высокая токсичность и опасность при применении ди- или полиизоцианатов заключается в том, что
Библиографическое описание: Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т. Уретановый олигомер ОУ-400 // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 7 (76). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/9892
№ 7 (76)
AuiSli
/m те:
universum:
технические науки
июль, 2020 г,
основным промышленным методом получения изо-цианатов является фосгенирование соответствующих аминов [4]. Высокая токсичность фосгена широко известна. Фосген, в свою очередь, производится с использованием токсичных газов - хлора и монооксида углерода. Фосгенирование, как и любой другой процесс, в котором используется хлор и выделяется гидрохлорид, требует применения дорогостоящего сложного оборудования, что заставляет искать новые пути промышленного синтеза изоцианатов. Однако разработанные бесфосгенные методы получения изоцианатов являются дорогими и пока не могут составить конкуренцию методу фосгенирования [5]. Многие алифатические и ароматические изоцианаты являются весьма токсичными соединениями и обладая повышенной летучестью, требуют особых мер предосторожности при работе с ними [6].
Целью данной работы является синтез нового олигомера, содержащего уретановых групп, не использовав ди- или полиизоцианатов. Изучение процесса получения олигоуретана и определения оптимальных условий синтеза.
Получение уретанового олигомера ОУ-400 начинается с реакции взаимодействия мочевины с глицерином. Образуется уретановый олигомер на основе глицерина, в котором уретановые группы находятся по краям молекулы. На второй стадии проводится реакция, ранее полученного диуретана с формальдегидом и мочевиной. Правильный выбор условий реакции дает возможность отщеплению олигомера с закрытыми уретановыми группами по срединах молекулы и открытыми уретановыми группами обеим концам молекулы. Ниже представлена химическая схема уретанового теломера, полученного во втором этапе процесса синтеза олигоуретана.
На третьем этапе в реакционную систему добавляются формальдегид и мочевина в таких массовых
соотношениях, чтобы произошло разветвление в мо лекулы теломера. Разветвление происходит по вто ричной гидроксильной группе глицерина.
Превышение температуры приводит к взаимодействию крайних уретановых групп с первичными и вторичными гидроксильными группами олигоуре-
танов. Таким образом олигомеры с малой молекулярной массой, прореагировав с другими олигомерами, увеличивают среднюю молекулярную массу олигоуретана.
Синтез олигоуретана ОУ-400. По реакции полученного диуретана с формальдегидом и дополнительной мочевиной получают олигомер, содержащий уретановые группы. Для начала приготавливают раствор: 35 грамм мочевины растворяют в 190 граммах формалина с 30 % концентрацией формальдегида и наливают 10 мл 0,5 Н раствора гидроксида натрия. В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и термометром, помещают ранее полученный диуретан и нагревают до 80
оС. Затем включают перемешивающий аппарат и, через капельную воронку, медленно пропускают ранее приготовленный раствор мочевины в формалине по каплям. После вливания всего раствора мочевины в формалине в реакционную массу, медленно поднимают температуру реакционной среды от 80 оС до 130 оС, в течение 40 минут. Реакционную смесь выдерживают 3 часа при достигнутой температуре. Полученный олигоуретан 0У-400 представляет собой высоковязкую жидкость коричного цвета. Данный
№ 7 (76)
AunÎ /m te:
universum:
технические науки
июль, 2020 г,
олигоуретан хорошо растворяется в полярных растворителях.
В таблице 1 приведены все результаты измерений и итоги расчетов по методу определения вязкости растворов олигоуретана ОУ-400.
Таблица 1
Значения вязкостей растворов ОУ-400
Концентрация раствора % 1ср Потн Пуд Ппр [п]
0 91,6
0,125 92,9 1,0142 0,0142 0,1136
0,25 94,6 1,0326 0,0326 0,1304 0,1184
0,5 98,7 1,0775 0,0775 0,1550
1 106,5 1,1627 0,1627 0,1627
Обозначения: ^р - среднее время истечения раствора; Потн - относительная вязкость; пуд - удельная вязкость; Ппр - приведенная вязкость; п - характеристическая вязкость.
На Рисунке 1 определена характеристическая вязкость олигоуретана ОУ-400 методом графической экстраполяции приведённых вязкостей, полученных соответствующих концентраций, к нулевой концентрации.
0Д25 0,25 0,5 1 С, %
Рисунок 1. Графическая экстраполяция значений Пуд/С, полученных для нескольких концентраций, к нулевой концентрации
По определению вязкостных показателей промежуточных проб реакционной массы установлена оптимальная вязкость получаемой смолы.
Подобрана оптимальная температура и длительность проведения реакции в зависимости от выхода продукта. Таким образом составлена диаграмма зависимости выхода готового продукта от температуры и длительности проведения реакции.
На рисунке 2 показано влияние температуры протекания реакции и время проведения реакции на выход продукта. Реакции проводились при температурах 110, 130 и 150 оС. Реакция при 110 оС протекает медленно и выход конечного продукта низкий. Реакции при 130 оС и при 150 оС показывают почти одинаковый выход продукта на протяжении 120 минут, но при продолжении процесса реакционная масса при температуре 150 оС начинает образовывать оли-гомеры с чрезмерно высокой молекулярной массой.
Оптимальная температура для того, чтобы удержать молекулярную массу олигомера в пределах от 380 до 450 является 130 оС и реакцию необходимо продолжать в течение 180 минут.
0 30 60 90 120 150 ISO 210 240 270
Длительность реакции, мин
Реакция протекает при: 1 -110 оС; 2 -130 оС;
3 -150 оС.
Рисунок 2. Влияние длительности проведения реакции на выход продукта
Таким образом, обосновываясь на полученные результаты анализов вискозиметрии полученного уретансодержащего олигомера и изучая влияния длительности проведения реакции на выход продукта, найдены эффективные методы синтеза олигоуретана.
Выводы
Установлены оптимальные температуры проведения реакций, очередности процессов синтеза и их продолжительность.
Изучены вискозиметрические характеристики полученных уретановых олигомеров. Вязкостные показатели применены при синтезе для определения момента завершения процесса.
Установлена условная величина вязкости получаемой смолы путем определения вязкостных показателей промежуточных проб реакционной массы.
Полученный олигомер зашифрован под условной маркой. Олигоуретан на основе глицерина получил марку ОУ-400.
№ 7 (76)
universum:
технические науки
июль, 2020 г.
Список литературы:
1. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. - СПб.: Научные основы и технологии, 2008. - 822 с.
2. Лавров Н.А., Крыжановский В.К, Киёмов Ш.Н. Свойства наполненных эпоксидных полимеров. Пластические массы, 2019, №1-2, С. 37-39.
3. Марк Ф. Зонненштайн «Полиуретаны, свойства, производство, применение»: пер. с англ. - СПБ. : ЦОП «Профессия», 2018. - 576 с.
4. N. Nodelman, D. Steppan, RIM elastomers based on isosianurates of isophorone diisocyanate and prepolymers thereof, Assignee Bayer MaterialScience. US patent 20,070,142,601. 2007.
5. A. Ostin, M. Sundgren, R. Lindahl, J. Ekman, and J. Levin, "Analysis of Isocyanates with LC-MS/MS," in Isocya-nates: Sampling, Analysis, and Health Effects, ed. J. Lesage, I. DeGraff, and R. Danchik (West Conshohocken, PA: ASTM International, 2001), P. 12-20.
6. D. Dempsey, H. Benhardt, and E. Cosgriff-Hernandez, "Resorbable Polyurethanes" Szycher's Handbook of Polyu-rethanes, 2nd Ed., M Szycher, Ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2013. P. 671-710.
