Bir poliüretan veya poliüretan , organik bir molekül olan üretan polimeridir .
Aşağıdaki reaksiyona göre bir izosiyanat ve bir alkolün reaksiyonu ile üretilen herhangi bir bileşiğe üretan veya daha yaygın olarak "karbamat" diyoruz :
Bu reaksiyon, 1937'de Otto Bayer'in poliizosiyanat ve poliol içermeyen kullanılabilir bir plastiğin nasıl üretileceğini keşfettiğinde onlarca yıldır biliniyordu .
Üretan teknolojileri 1953 yılında Jean-Pierre Abbat (in) ve Fritz Hartmann tarafından Amerika Birleşik Devletleri'ne getirildi .
1970'lerde, tekerlekler için üretan kullanımı, örneğin, tekerlekli sporlarda ( paten , kaykay ) devrim yarattı . Bazı oyuncaklarda da bulunur.
Poliüretanlar, kullanılan monomerler değiştirilerek ve başka maddeler eklenerek çok çeşitli doku ve sertliklerde yapılabilir . Bunlar için kullanılan yapıştırıcı , boya , elastomerler ( " kauçuk "), köpükler , elyaflar . Böylece geniş uygulama alanına sahip bu plastikler çok sayıda endüstride kullanılmaktadır.
Fransız standardı NFTPD T 50-100 "poliüretan" kullanır.
Fransız dilinin bilgisayarlı hazine gösterir “polyuretha (n) ne (poliüretan, polyurethanne), subst. mas. Bir izosiyanat (O = C = NR genel formülüne sahip boğucu bir kokuya sahip uçucu sıvı) ve bir alkolün poli ilavesiyle elde edilen polimer; s. meton., poliüretandan yapılmış malzeme. Poliüretan yapıştırıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır” .
Larousse sözlüğü iki yazımı belirtir.
Office québécois de la langue française, "poliüretan" yazımını kullanır ve bunu "molekül zincirinde üretan tipi bağların tekrarlandığı bir poliol ve bir diizosiyanat arasındaki ekleme reaksiyonuyla elde edilen polimer" olarak tanımlar .
Bir birine göre gelen bir kimyasal reaksiyondur radikali ya da iyonik bir mekanizma için doğrusal ya da çapraz bağlı makro moleküllerin gelen vinil bileşikleri (a sahip olan C = C çift bağı ) ya da heterosikller , örneğin etilen oksit gibi ve kaprolaktam. . Bu şekilde elde edilen makromoleküllerin ortalama mol kütlesi , mol başına birkaç milyon grama ulaşabilir. Halihazırda oluşturulmuş zincirler üzerine yan zincirlerin aşılanması , bazıları diğerlerinden daha ilginç olan çok sayıda olasılık sunar.
Bu, zincir polimerizasyonundan sonraki ikinci polimerizasyon mekanizmasıdır. İkincisinden bağımsız adımlardan oluşan bir mekanizma ile ayırt edilir. Zincirlerin iki ucunu kimyasal olarak birbirine bağlayacak yeni bir grup oluşturmak için birlikte reaksiyona giren fonksiyonel grupların reaktivitesine dayanır. İki tür aşamalı polimerizasyon, polikondenzasyon ve poliadisyon vardır. Poliüretanların oluşumuna yol açan reaksiyon, aşamalı polimerizasyonların ve daha kesin olarak poliadisyonların bir parçasıdır.
Bu, makromoleküler zincirler oluşturmak için en azından iki işlevli monomerleri ( diasitler , dioller , diaminler , vb. ) kullanan ve düşük molar kütleli moleküllerin (çoğunlukla su) salınmasıyla bir polimerizasyon reaksiyonudur .
Ekleme polimerizasyonu, polikondenzasyonun aksine , örneğin poliüretanlar ve poliüreler, diizosiyanatların dioller veya diaminler ile reaksiyonuyla, epoksi reçineleri , epoksi fonksiyonları taşıyan prepolimerlerin reaksiyonuyla, küçük moleküller salmadan, en azından iki işlevli monomerler kullanılarak, makromoleküllere yol açan tüm polimerizasyon reaksiyonlarını bir araya getirir. (örneğin DGEBA) diamin tipi sertleştiriciler de bu kategoriye girer.
Grupları isosiyanat alkoller ile reaksiyona giren kararlı üretan grupları elde edildi.
Bu reaksiyon tarafından keşfedildi Charles Adolphe Wurtz içinde 1849 .
Plastikler için ve için elastomerler , serbest bırakılması ile diizosiyanatlar ve sudan poliüretanların oluşumu CO 2 poliüretan köpüklerin günlük olarak yaygın olarak kullanılması nedeniyle özel bir önem kazanmıştır.
Bu şekilde oluşturulan (üretan grupları çünkü diizosiyanatların poliadisyon işleminin en önemli unsur, polihidroksi bileşikleri reaksiyonları olan ester grubunun bir karbamik asit ) stabildir. Poliüretanların ilk zamanlarında bütandiol gibi düşük moleküler ağırlıklı dioller kullanılmış ve heksametilen diizosiyanat (HDI) ile poliadisyon yapılarak lineer poliüretanlar (poliüretan lifleri) elde edilmiştir. Mevcut poliüretanlarda üretan grubu aslında sadece makromoleküler zincirler arasındaki bağlantı elemanıdır. Bu grup olağanüstü bir stabiliteye ve sertliğe sahiptir, kohezyon enerjisi amid fonksiyonununkini bile biraz aşar . Üretan grupları makromoleküler yapının sadece küçük bir kısmını temsil etse de bu, poliüretanların mükemmel mekanik özelliklerini açıklar.
Ademe'nin yaptığı bir araştırmaya göre dünyada poliüretan kullanımı şu şekilde sıralanıyor:
Esnek süngerler özellikle mobilyalarda ( koltuk ve kanepe koltukları ), sert köpükler giydirme duvarlara entegre edilir veya binalarda veya ev aletlerinde (örneğin buzdolaplarının veya soğuk odaların duvarlarında) kullanılan yalıtım panelleri ( sandviç paneller ) kullanılır. Poliüretan köpüğün ısıl iletkenliğinin büyüklük sırası 0,023 ile 0,028 W · m -1 · K- 1 arasındadır .
Genişletilmiş köpük formundaki poliüretan köpükler, ısı yalıtımı kalitesi, herhangi bir desteğe yapışması, yüzdürme gücü, herhangi bir boşluğu doldurma yeteneği ve ölçülü, hafif ve güçlü ambalajlama yapabilmeleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır . Bombalarda satılan köpükler , ürün litresi başına 50 litre köpük genleşme kapasitesine sahiptir . Elde edilen köpüğün yoğunluğu 40 kg m- 3 mertebesindedir .
1970'lerin başında, Teksas'ta TAO Earth House adlı deneysel bir bina inşa etmek için poliüretan köpük kullanıldı .
Poliüretanlar, özellikle ahşabı birleştirmek veya ayakkabı tabanlarını yapıştırmak için yapıştırıcı imalatının temelidir . Bu tip yapıştırıcının ana avantajı suya karşı direncidir. Poliüretan köpük, aynı zamanda, örneğin yalıtım panellerini bölmelere yapıştırma gibi birincil kullanımından saptırarak, yapı sektöründe akıllıca kullanılan mükemmel bir yapıştırma malzemesidir .
Aşınma önleyici maddeler ile Poliüretanlar, son derece güçlü bir tekerlek ve suportlar (üretiminde kullanılan tekerlekli paten , kaykay , caddy , vs. ). Lastikler için başka çeşitler geliştirilmiştir ve mikro-hücresel köpük çeşitleri, tekerlekli sandalye ve bisiklet tekerleklerinin yanı sıra amortisörler , sessiz bloklar ve tamponlar için de yaygın olarak kullanılmaktadır .
Poliüretan ayrıca mobilya (minder, koltuk minderi) imalatında ve hem güvenlik hem de uzun ömür için mobilya kenarlarını korumak için kullanılır. Tamamen bu malzemeden yapılmış bazı mobilya parçaları, H5 & 6 sandalye gibi ünlüdür veya Tüp sandalye gibi diğer bileşenler arasında poliüretan köpüğüne dayanır .
Koltuklar, koltuk başlıkları , kolçaklar, direksiyon simidi, tavan döşemesi, gösterge panoları, arka raflar, sahte zeminler ve diğer bagaj altlarında olsun, poliüretanlar otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Esneklik ve yoğunluk açısından çeşitliliğinden yararlanan poliüretanlar. Otomotiv endüstrisi de, ister yolcu bölmesinde ister motor bölmesinde ses geçirmez paspaslar veya emiciler üreterek rolü termal ve akustik yalıtım olan PU köpüklere çok düşkündür. Sert veya esnek, yüksek veya düşük yoğunluklu, genişleyebilir veya genişletilemez, piyasadaki hemen hemen tüm doğal veya sentetik elyaflarla (PP hariç) kolayca güçlendirilebilir. Kalıplama yoluyla (yüksek veya düşük basınçlı enjeksiyon, püskürtme, vb.) son derece şekillendirilebilir bir malzeme . Bu malzemenin en büyük dezavantajı, ısıyla sertleşerek geri dönüştürülememesi ve aynı biçimde yeniden kullanılamaması gerçeğinde yatmaktadır . Örneğin Bayer şirketi , ancak diğerleri de, enjeksiyon sırasında işlenmemiş üründe toz halinde yeniden enjekte eder. Maliyeti çoğu zaman orta sınıf ve üst sınıf araçlar için düşünülmüştür. Malzemenin kendine has özellikleri, parçanın tipine ve zamanlamaya bağlı olarak çok hafiften çok ağıra kadar değişebilen yatırımlar temelinde kullanılmasına izin verir.
İlk modeller % 100 poliüretan wetsuits İtalyan markası tarafından tasarlanan Jaked 2008 yılında yarışmaya gösterilen diğer markalar, Adidas , Arena , TYR , dünyanın en iyi yüzücüler tarafından giyilen önemli bir kazanç getirdi, tasarlanmış benzer modelleri, performans açısından. 2009 Roma Dünya Şampiyonası bunun bir göstergesi gibiydi. Bu ürünler , 2010 yılı başından itibaren Uluslararası Yüzme Federasyonu (FINA) tarafından yasaklandı . Bu teknoloji bir yüzücünün hızını %4 arttırır.
Poliüretan köpük, daha sonra boyanacak veya sıva gibi malzemelerle kaplanacak dekoratif elemanlar (yalancı kirişler, süslemeler, heykeller vb. ) yapmak için istisnai bir malzemedir .
Nitelikleri elastikiyet nem ve flotasyon kapasiteleri, direnç poliüretan yaygın deniz endüstrisinde kullanılan bir malzemedir. Bu nedenle, bazı sörf tahtaları veya rüzgar sörfü tahtaları bir poliüretan çekirdeğin etrafına inşa edilmiştir. Uçurtma sörfü için kullanılan uçurtmaların flanşları da poliüretandan yapılmıştır. Aynı şekilde, teknelerin gövdeleri de genellikle çift katmanlı fiberglasa entegre edilmiş poliüretan köpükten yapılır .
Birçok prezervatif modeli poliüretandan yapılmıştır. Onlar daha az olma avantajına sahip alerjenik daha lateks mükemmel kalite kriterlerini sunarken.
Poliüretan filmler birçok tip ekipmanın (uçak kanatları, trenler, otomobiller, rüzgar türbini kanatları vb. ) korozyona, aşınmaya ve erozyona karşı korunması için kullanılmaktadır .
Elastomerik termoplastik poliüretan , Lycra (Spandex veya Elastan ) Dupont de Nemours tarafından yaratılmıştır . Ana zinciri hem üretan gruplarından hem de üre gruplarından oluşur. Birçok giysi, gerilebilir özellikleri onu spor giyim için çok uygun kılan Lycra'dan yapılmıştır.
Üretan, basınçlı tabakayı yapmak için uzay giysilerinin bileşiminde kullanılır. Bir naylon tabakası üzerine kaplanır ve bir Dakron tabakası ile kaplanır .
Poliüretan yaygın olarak kullanılan kaplamalar , boyalar , boya ve , cilalar olsun inşaat , mobilya, otomobil yapımında veya ahşap koruma. Otomobiller için "metalik vernikli boyalarda" kullanılan vernikler poliüretanlardır. İkiden fazla hidroksil içeren polihidroksillenmiş kombinasyonlar , poliizosiyanatlarla boya alanında çok önemli olan çapraz bağlı makromoleküllere yol açar . (: Örnek gibi polihidroksilatlanmış kombinasyonları elde etmek kolaydır esterifikasyonu ve diasitlerin bir fazlası ile poliol ). Sınırsız çeşitleme imkanları sayesinde istenilen sertlikte veya elastikiyette boyalar elde edilebilir.
İzosiyanat grubunun reaktivitesiGöre yörünge teori , elektron yoğunluğu ile ilgili en yüksek oksijen atomu ve düşük karbon atomu ; Öte yandan, negatif yüklü nitrojen atomu mezomerik formlara yol açar . Böylece karbon atomu bir nükleofile ve nitrojen bir elektrofile kolayca çekilebilir .
İzosiyanatlar bir atomuna sahip tüm grupları ile reaksiyona giren hidrojen mobil (aminler, alkoller, asitler, su, vs. ). Genel olarak, bir izosiyanat grubuna sahip bir bileşiğin eklenmesi için reaksiyon hızı, onun bazlığı ile belirlenir : bileşik ne kadar bazik olursa, bir izosiyanat grubu ile reaksiyon hızı o kadar hızlı olur. Reaksiyon oranı aşağıdaki sırada azaldığını öğretmektedir:
aminler , alifatik > NH 3 > aromatik aminler > üreler alifatik> birincil alkoller > ikincil alkoller > su > üreler , aromatik .
Birincil, ikincil ve üçüncül alkoller arasındaki reaksiyon hızı oranları yaklaşık olarak: 1 / 0.3 / 0.05'tir. Uygulamada, bu, aksi takdirde iki izosiyanat grupları, bir su molekülü ile reaksiyona giren ve serbest nem yokluğunda mümkün olduğu kadar iş için önemli olan CO 2 üre grupları oluşturarak.
Bir RNCO izosiyanatta, eğer R bir elektron donör grubuysa , CO grubu üzerinde desatürasyon etkisi uygular, bu nedenle bu NCO grubunun reaktivitesi zayıflar. Öte yandan, R aromatik bir grup ise, nitrojen ikilisi aromatik çekirdeğe çekilir ve karbonun pozitif yükü artar. Böylece izosiyanat gruplarının reaktivitesi aşağıdaki artan diziyi oluşturur:
tert-butil - < sikloheksil - <n- alkil - < benzil - < fenil - < para-nitrofenil- <kloro sülfonil - izosiyanat .
Ancak oluşan üretanın termal kararlılığı ters yönde artar.
Boya ve verniklerde en çok kullanılan poliizosiyanatlar , aşağıda belirtilen ana diizosiyanatlardan elde edilen katkı maddeleridir .
Kullanılan TDI, yukarıdaki iki izomerin (2-4 ve 2-6) bir karışımıdır. Bu karışımlar, saf izomerlerden daha az kristalleşme eğilimine sahiptir. Bu izosiyanatla ilgili sorun , bir benzen halkasının (doymamış karbonlar) mevcudiyeti nedeniyle güçlü bir sararma eğilimine sahip olmasıdır ; diğer yandan fiyatı düşüktür ve çabuk tepki verir (hızlı kurur).
Güneş ışığında çok kararlı (çünkü karbon zinciri doymuş), elastik ve sabunlaşmaya ve ısıya dayanıklı poliüretanlara yol açar . Öte yandan, TDI'den daha yavaş tepki veriyor ve fiyatı daha yüksek.
Kuruma zamanı "Poliüretan lakeler için “kuruma süresi” terimi hem çözücünün buharlaşması için geçen süre hem de NCO gruplarının OH grupları üzerindeki reaksiyon süresi için kullanılır.
Poliizosiyanatlar, kullanımı bazı önlemler gerektiren çok reaktif moleküllerdir:
Şirketler sadece, cila uygulanmadan önce karıştırılması gereken iki bileşenli poliüretan cilaları pazarlamaktadır.
Bu karışımın ömrü, bu iki bileşen arasındaki reaksiyon süresi ( kap ömrü ) ile sınırlıdır . Bu bileşenler:
1) ve 2) bölümlerinin doğası üzerinde oynayarak çok sayıda kombinasyon elde ederiz. Genellikle HDI, sararmaya karşı direnci nedeniyle hidroksillenmiş bir akrilik cilayı çapraz bağlamak için kullanılırken, polyesterler daha hızlı kuruyan ve daha az maliyetli olan TDI bazlı reaktiflerle birleştirilir.
stokiyometrik indeksİstenen son performansa bağlı olarak, reaktif miktarı aynı olmayacaktır. [OH] / [NCO] ([OH], OH konsantrasyonu anlamına gelir) oranına, monomerlerin ortalama işlevselliği ikiden büyükse veya indeks bir karışım için birden büyükse , indeks veya indeks veya hatta çapraz bağlanma oranı denir. bifonksiyonel monomerler.
Fransız gümrüklerine göre, 2014 yılında Fransa açık bir poliüretan ihracatçısıydı. Ton başına ortalama ithalat fiyatı 3.600 € idi.
Poliüretan köpüklerin kullanımı önemli riskler içerir: toluen diizosiyanat solunduğunda çok toksik, reaktif, tahriş edici ve çok uçucudur; difenilmetan diizosiyanat soluma ile zararlı ve kansere neden yeteneğine sahip olduğu kabul edilmektedir. Bu buharlar atmosferde dağılır ve çevreden gelen su buharı tarafından kademeli olarak nötralize edilir, bu da atmosferin alt katmanlarının kirlenmesine katkıda bulunur.
Tamamen polimerize edilmiş (yani laminasyondan sonra), bitmiş ürünler fizyolojik olarak inaktiftir. Bununla birlikte, katalizör kalıntıları içerebilirler ve bu nedenle birkaç saat, hatta birkaç gün boyunca izosiyanat buharları verebilirler.
Bir kez uygulandığında, poliüretanlar yalıtım veya mobilya döşemek için kullanılan diğer birçok malzemeye kıyasla çok düşük toksisiteye sahiptir. Ancak poliüretanlar ve içerebilecekleri katkı maddeleri ile ilgili bazı riskleri sıralayabiliriz:
Poliüretan yanıcı bir malzemedir . Yandığında hidrojen siyanür ve karbon monoksit gibi birçok ölümcül gaz yayar . Birleşik Krallık, İrlanda ve ABD'deki bazı eyaletlerde, düzenlemeler, döşemeli mobilya (kanepeler, şilteler) üreticilerinin bu riski azaltmak için ürünlere alev geciktirici kimyasal katkı maddeleri ile muamele etmelerini şart koşuyor. Fransa'da ve Kıta Avrupası'ndaki diğer ülkelerde, mobilya üreticileri çevre koruma derneklerinin "alev geciktirici maddelere" karşı eylemlerini desteklemekte ve alev geciktirici katkı maddelerinin kullanılmaması için bir argüman ortaya koymaktadır. Poliüretan köpüklerin birçok kullanım alanı "alev geciktirici" özellikler gerektirir. Otomotiv endüstrisinde köpükler ve kompleksler, D45 1333 veya FMVSS 302 standardına göre sınıflandırılmalıdır . Bu standartlar, yanıcılık hızı 100 den daha düşük gerektiren mm min -1 . İnşaat sektöründe, halka açık yerlerde köpüklerin yangına karşı işlenmesi gerekir. NFP92 501 standardına göre M1 sınıflandırması olan özel bir sınıflandırma mevcuttur.Bu yalıtımın kullanılması sigortacılar için yangın riskini artırır. Kullanılan metal kaplama , metal dış cephe kaplaması ve bozulur; bina yapısının mukavemeti yok eden bir yangın durumunda bir asit salar.