Wat is Polyurea?
Polyurea’s verwijzen naar polymeren met ureyleengroepen–NHCONH–in hun polymeerketen. Lineaire polyurea’s zijn thermoplastische polycondensatieproducten, met aromatische (R = aryleen) of alifatische (R = alkyleen) structuren.
Alifatische polyurea’s vertonen een verschil van 50–100 °C tussen het begin van de ontleding en het verwekingspunt. Ze zijn geschikt voor gebruik als mallen.
Aromatische polyurea’s hebben verwekingspunten die dicht bij hun ontledingstemperaturen liggen en zijn oplosbaar in organische oplosmiddelen, met name in aprotische dipolaire oplosmiddelen zoals DMF, N-methylpyrrolidinon (NMP) en DMSO.
Ze worden gebruikt bij de productie van lakken, vernissen en coatings.
Inhoudsopgave
1. Productie van polyurea’s
De productie van polyurea’s omvat reacties tussen polyaminen, voornamelijk diamines, met alifatische, aromatische of heterocyclische structuren, en verschillende stoffen zoals koolstofdioxide, carbonylsulfide, koolzuuresters, fosgeen, ureum, urethaan en isocyanaten.
De enige reacties die technisch significant zijn, zijn die tussen polyaminen en polyisocyanaten, evenals tussen isocyanaten en water.
1.1. Productie van polyurea’s uit diisocyanaten en diamines
Polyurea’s worden rechtstreeks geproduceerd door een polyadditiereactie tussen diisocyanaten en diamines.
Isocyanaatgroepen die aan een aromatische ring zijn bevestigd, vertonen een grotere reactiviteit vergeleken met die welke aan een alifatische keten zijn bevestigd.
Talrijke alifatische aminen vertonen een hoge reactiviteit ten opzichte van isocyanaten, zelfs bij lage temperaturen. Secundaire alifatische en primaire aromatische aminen vertonen een vergelijkbare reactiviteit, terwijl secundaire aromatische aminen een lagere reactiviteit vertonen.
Bij de reactie van amine-isocyanaten wordt een katalysator zoals een amine, ureum of carbonzuur, die fungeert als een protonacceptor/donor, gebruikt.
De reacties tussen isocyanaten en aminen zijn over het algemeen autokatalytisch, maar ze kunnen worden gekatalyseerd door verschillende andere katalysatoren, aminen of zuren. Ze worden meestal uitgevoerd via grensvlakpolyadditie of in oplossing.
1.2. Productie van polyurea uit diisocyanaten en water
Deze reactie wordt gebruikt bij de vervaardiging van schuimen, waarbij het geproduceerde koolstofdioxide dient als schuimmiddel.
Verschillende aminen of aminecomplexen van metaalzouten kunnen als katalysatoren worden gebruikt.
2. Chemische eigenschappen van polyurea’s
2.1. Thermische stabiliteit
Polyurea’s bezitten een grotere thermische stabiliteit dan polyurethanen, maar een lagere thermische stabiliteit vergeleken met polyamiden. De thermische stabiliteit van de ureumgroep is een veelzijdige kwestie.
Zo kan polyhexamethyleneurea (smeltpunt = 300 °C) worden verhit tot 260 °C zonder te ontbinden, terwijl polydecamethyleneurea (smeltpunt = 230 °C) snel ontbindt bij 260 °C in de gesmolten toestand.
Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan deze thermische ontbinding omvat waterstofoverdracht, wat leidt tot de productie van isocyanaten en aminen.
2.2. Hydrolytische stabiliteit
Polyurea’s bezitten een uitstekende stabiliteit tegen hydrolyse onder zure en alkalische omstandigheden.
3. Toepassingen van polyurea’s
Polyurea’s hebben een breed scala aan toepassingen, waaronder hun gebruik als schuimen.
De productie van polyurea door middel van Reaction Injection Molding (RIM) is een beproefd proces dat verschillende voordelen biedt voor de productie van grote onderdelen in grote volumes.
Deze voordelen omvatten lage druk (< 343 kPa), lage temperaturen (54–60 °C) en het gebruik van reactieve vloeibare tussenproducten.
Door verschillende polymeren te formuleren met polyolen, isocyanaten en extenders, kan een breed scala aan eigenschappen worden bereikt, van flexibele elastomeren tot stijve kunststoffen. Het eindproduct kan vast, microcellulair of schuimgemodificeerd zijn met verschillende vulstoffen.
Glasvezelversterkte RIM (RRIM) biedt dimensionale stabiliteit en hoge slagvastheid.
Om het gewicht van auto’s te verminderen, zijn RIM- en RRIM-materialen met hoge modulus die geschikt zijn voor externe carrosseriepanelen ontwikkeld uit polyurea-elastomeren, die corrosie- en slagvast zijn.
Vooruitgang in RIM-technologie omvat de ontwikkeling van nieuwe polyurea-systemen voor de productie van carrosseriepanelen van auto’s.
In carrosseriepanelen van auto’s bieden polyurea RIM-materialen een grotere slagvastheid bij equivalente glasvlokversterking, verbetering van thermische stabiliteit voor minder vervorming tijdens verfuithardingscycli en lagere waterabsorptie voor betere omgevingsbestendigheid.
Polyurea RIM-elastomeren hebben verschillende voordelen, waaronder de snellere autokatalytische reactie van isocyanaat met amine, wat resulteert in polymeren met een hoge modulus voor toepassingen in de automobielindustrie, de eliminatie van de noodzaak van katalysatoren en de mogelijkheid van automatisering. Het eindproduct ontleedt niet of vergeelt niet en hun hogere thermostabiliteit breidt hun praktische bruikbaarheid uit.
Coatingmaterialen kunnen ook worden gemaakt van polyurea in oplossing of emulsie.
Polyurea die door middel van spuiten worden aangebracht, vertonen een uitstekende hechting op verschillende substraten, waaronder gezandstraald of geprepareerd staal, aluminium en beton.
De producten omvatten tweecomponenten gespoten polyurea-elastomeren, bereid uit amine-beëindigde polyetherharsen en polyisocyanaten. De polyurea-spuitelastomeersystemen vereisen geen katalysator en hebben een extreem hoge reactiviteit en uitharding.
In andere toepassingen kunnen waterige polyurea-dispersies worden gebruikt voor coatings met verbeterde hardheid en oplosmiddelbestendigheid.
Referentie
- Polyureas; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.d21_d01.pub2
