Получение полимочевины

Получение полимочевины
Полимочевины — синтетические полимеры, содержащие в главной цепи макромолекулы фрагменты мочевины. Полимочевины структурно сходны с полиуретанами. Из полимочевины изготавливают лакокрасочные материалы, волокна, пленки, трубы, мембраны для фильтрации, электроизоляционные материалы и т. д.

Полимочевинные покрытия характеризуются быстрым отверждением в течение нескольких секунд даже при температуре ниже 0˚С, они не чувствительны к влаге, обладают исключительной стойкостью к истиранию, высокой твердостью в сочетании с хорошей гибкостью, высокой адгезией к субстратам различной природы, химстойкие, негорючие.

Впервые полимочевина упоминается в технической литературе в 80-ые годы прошлого столетия, когда специалисты компании Texaco Chemical Со (позднее вошла в состав Huntsman Corporation) развивали технологию реакционно-инжекционного формования (RIM). В автомобилестроении начали использовать вместо традиционных для химии полиуретанов, полиэфирполиолов полиэфирамины, что привело к резкому сокращению времени формования деталей (до нескольких секунд). Этой же фирме принадлежит идея использования новой технологии для создания напыляемых полимерных покрытий. «Напыляемые полимочевинные эластомерные покрытия» - так стала называться новая технология. Благодаря этой технологии время реакции образования полимочевины составляет 1,5-2 секунды. Создание распылительной технологии нанесения полимочевины явилось одним из достижений, давших зеленый свет промышленному производству полимочевинных покрытий. 

Бурное развитие рынка напыляемых покрытий началось в конце 90-х годов 20 века в США и Канаде. В 2000 году была создана «Ассоциация развития полимочевины (PDA)», которая объединила поставщиков сырья и производителей оборудования.

В настоящее время на территории России завод «Экотермикс» производит полимочевинные системы.  

Обзор полимочевины

Полимочевины (поликарбамиды, полиамиды угольной кислоты) — синтетические полимеры, содержащие в главной цепи макромолекулы -NH-CO-NH-группу. В большинстве случаев полимочевины имеют аморфную структуру. Они нерастворимы в органических растворителях, но растворимы в концентрированных минеральных (серной, соляной) и органических (муравьиной и уксусной) кислотах, а также в фенолах, крезолах.

Рисунок 1 - Структурная формула полимочевин


Полимочевина может быть получена различными методами:

  •  полиприсоединением диаминов и диизоцианатов

n O=C=NRN=C=O + n H2NR’NH2 → [-OCHNR-NHCONHR’NH-]n

Реакция характеризуется высокой скоростью протекания, даже при низких температурах (ниже 0˚С) и не требует присутствия катализатора.

Полимочевины, получаемые таким путем, могут быть использованы для создания покрытий, мембран, волокон, труб и других изделий.

  •  поликонденсацией диаминов и мочевины

n H2NRNH2 + n H2NCONH2 → [-HNRNHCO-]n+2n NH3

Реакция протекает при температуре 150—250°С в течении 10-25 часов в растворе фенола или крезола при атмосферном давлении или в вакууме.

  •  межфазной поликонденсацией диаминов и фосгена

n H2NRNH2 + n COCl2→ [-HNRNHCO-]n + n HCl

Реакцию проводят при температуре 20—30°С в органо-щелочной среде при интенсивном перемешивании, т.к. межфазная поликонденсация протекает с достаточной скоростью на границе раздела двух жидких фаз.

  •  путем взаимодействия диаминов и двуокиси углерода:

n H2NRNH2 + n CO2 → [-HNRNHCO-] n + n H2O

Реакция легко протекает при температуре 100—250°С.

  •  при взаимодействии изоцианатов и воды:

n R-NCO+ n H2O → n[R-NH-COOH] → n R-NH2+CO2

  n R-NH2+ n R-NCO → n R-NH-CO-NH-R

Реакция протекает в две стадии при 80-100°С. На первой стадии процесса образуется нестойкая карбаминовая кислота, которая самопроизвольно разлагается на углекислый газ и соответствующий амин. Затем амин реагирует с изоцианатом, что приводит к образованию мочевины.

Полимочевину можно получать также поликонденсацией диаминов с алкил- или арилдиуретанами, взаимодействием диаминов с производными угольной кислоты и азидов дикарбоновых кислот и воды.

В настоящее время в промышленности полимочевину для покрытий получают путем полиприсоединения изоцианатов с ди- или полиаминами.