Температура плавления полиуретана: свойства удивительного материала
Полиуретан - удивительный материал XXI века. Он нашел широкое применение во многих отраслях, от медицины до космоса. Но не все знают, что у полиуретана нет температуры плавления.
История создания полиуретана
Впервые полиуретан был синтезирован в 1937 году немецким химиком Отто Байером. Изначально это была попытка создать синтетическую замену каучуку в условиях нехватки природного сырья. Однако получившийся материал обладал уникальными свойствами, несвойственными резине.
«Полиуретаны демонстрируют такое разнообразие структур и свойств, которое отсутствует во всех остальных классах полимеров».
Во время Второй мировой войны проводились интенсивные исследования полиуретана для нужд авиации и военной техники. После 1945 года началось его широкое применение в мирных отраслях.
- 1937 г. - впервые синтезирован Отто Байером
- 1941-1945 гг. - разработки для военной промышленности
- 1953 г. - открыт промышленный способ получения пенополиуретана
- 1960-1970 гг. - бурный рост производства и потребления
- 2000-е гг. - новые области применения, композитные материалы
Что такое полиуретан и как его получают
По химическому строению полиуретан относится к классу гетероцепных полимеров. Его макромолекулы содержат уретановые группы -HN-CO-O-, чередующиеся с углеводородными фрагментами. Полиуретан синтезируют путем поликонденсации диизоцианатов или полиизоцианатов с соединениями, имеющими как минимум две гидроксильные группы.
В зависимости от типа исходных реагентов и условий синтеза можно получать:
- Линейные полиуретаны
- Сшитые полиуретаны
- Пенополиуретаны
- Термопластичные полиуретаны
- Эластомерные полиуретаны
К уникальным характеристикам полиуретана относятся:
- Высокая механическая прочность
- Эластичность и пластичность
- Стойкость к истиранию и износу
- Химическая инертность
- Термо- и морозостойкость
Почему у полиуретана нет температуры плавления
Температура плавления - это температура, при которой твердое кристаллическое вещество плавится и переходит в жидкое состояние. Однако полиуретан является термореактивным полимером, поэтому после отверждения он не плавится и не переходит в расплав.
Вместо плавления полиуретан разлагается и загорается при температуре около 300-400°С. Продуктами горения являются СО, СО2, НО и HCN. Поэтому при эксплуатации изделий из полиуретана важно соблюдать нормы пожарной безопасности.
| Тип полиуретана | Температура разложения, °С |
| Линейные полиуретаны | 250-310 |
| Сшитые полиуретаны | 280-380 |
| Термопластичные полиуретаны | Выше 300 |
Ключевые области применения полиуретана
Хотя у полиуретана температура плавления отсутствует, зато есть масса полезных свойств, благодаря которым этот полимер нашел широчайшее применение в самых разных отраслях промышленности, науки и техники:
- В медицине и фармацевтике из полиуретана изготавливают медицинские изделия, имплантаты, протезы. Важные достоинства в этих областях - биосовместимость, эластичность, долговечность.
- В автомобилестроении полиуретан используют для изготовления деталей салона, обивки сидений, уплотнений и прокладок. Пенополиуретан широко применяется для тепло- и звукоизоляции кузова.
- В электротехнике и электронике пленки и покрытия из полиуретана используются для герметизации и защиты от внешних воздействий печатных плат и радиоэлементов. Полиуретан обеспечивает химстойкость и термостабильность конструкций.
Применение полиуретана в строительстве
В строительной отрасли полиуретан используется для изготовления теплоизоляционных материалов, герметиков, клеев, лакокрасочных покрытий. Пенополиуретан обладает низкой теплопроводностью, поэтому его применяют для утепления стен, крыш, полов.
Другое важное преимущество - температура размягчения полиуретана составляет около 70°С. Это гораздо выше, чем у большинства пластмасс. Поэтому полиуретан сохраняет свои свойства в широком температурном интервале.
Полиуретан в легкой промышленности
В текстильной и швейной промышленности из полиуретана производят синтетические нити, ткани с повышенной износостойкостью. Также полиуретановые волокна и пленки используют при производстве одежды и обуви.
Благодаря высокой эластичности из полиуретана изготавливают упругие элементы одежды - резинки, пояса, чулки. Полиуретан также применяют для производства искусственной кожи и заменителей натуральных мехов.
Какая температура разложения у пенополиуретана
Пенополиуретан широко используется в качестве утеплителя и звукоизолятора. Но при высоких температурах он может воспламениться и выделять токсичные вещества.
Температура термического разложения пенополиуретана составляет 280-380°С. Поэтому важно не допускать перегрева изоляции из этого материала выше допустимых значений.
Переработка и утилизация полиуретана
Отходы полиуретана можно подвергать вторичной переработке. Существует несколько методов:
- Измельчение и последующее использование полиуретановой крошки в качестве наполнителя
- Пиролиз с получением жидких и газообразных фракций
- Химический рециклинг до исходных мономеров
Переработка помогает решить проблему накопления отходов и снизить нагрузку полиуретана на окружающую среду.
Перспективы применения полиуретана
Интенсивно ведутся разработки композиционных материалов на основе полиуретана с улучшенными характеристиками. Также идут исследования по замене токсичных изоцианатов на более безопасные компоненты при производстве полиуретана.
Ожидается дальнейший рост использования полиуретана в медицине, авиакосмической технике, электронике и других высокотехнологичных отраслях.