Polyurea
Polyurea eli PUR on polymeeri, jonka rakenteessa on toistuvia ureayksiköitä. Polymeeri valmistetaan tavanomaisimmin di-isosyanaattien ja diamiinien välisellä kondensaatioreaktiolla. Monet polyureat ovat elastomeereja ja niillä on useita käyttökohteita.
Ominaisuudet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Polyurean rakenteessa vuorottelevat koviksi segmenteiksi kutsutut urearyhmät ja pehmeiksi segmenteiksi kutsutut orgaaniset hiilivetyryhmät. Rakenne on usein lineaarinen, mutta myös haaroja sisältävien polyureoiden tai dendrimeerien valmistaminen on mahdollista. Kovien segmenttien välille muodostuu vetysidoksia, jotka vaikuttavat niin kemiallisiin kuin fysikaalisiinkin ominaisuuksiin kuten kiteisyyteen, liukenemisominaisuuksiin ja polymeerin elastisuuteen.[1][2][3][4]
Polyureoiden sulamispisteet ovat välillä 180–380 °C. Aromaattisista isosyanaateista ja amiineista valmistetuilla polymeereillä on korkeampi sulamispiste kuin alifaattisista lähtöaineista valmistetuilla. Lähtöaineiden rakenne vaikuttaa lisäksi lasisiirtymälämpötilaan, joka on alle 100 °C alifaattisilla polyureoilla ja yli 100 °C aromaattisilla polyureoilla. Polyureat ovat osittain kiteisiä polymeerejä. Kiteisyyden aiheuttavat urearyhmät. Mitä pidempiä pehmeät segmentit ovat, sitä matalampi on kiteisyysaste. Polyureat ovat liukenemattomia moniin orgaanisiin liuottimiin ja liukenevat vain kresoliin, dimetyyliformamidiin, dimetyyliasetamidiin tai N-metyylipyrrolidoniin. Erityisesti alifaattiset polyureat kestävät UV-säteilyn vaikutusta.[1][2][3][4]
Polyureoiden mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat jäykistä muoveista joustaviin elastomeereihin. Kulutuksenkesto on tyypillisesti hyvä. Polyuretaanien tavoin polyureoista voidaan tehdä vaahtomuoveja.[1][2][4]
Valmistus
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Ensimmäiset polyurean valmistusta koskevat patentit myönnettiin 1937. Tavanomaisin tapa valmistaa polyureoita on di-isosyanaatin ja diamiinin reaktio. Usein käytettyjä isosyanaatteja ovat muun muassa tolueenidi-isosyanaatti, metyleenidifenyylidi-isosyanaatti, naftaleenidi-isosyanaatti, heksametyleenidi-isosyanaatti ja isoforonidi-isosyanaatti. Aromaattiset isosyanaatit ovat huomattavasti alifaattisia halvempia, minkä vuoksi alifaattisia isosyanaatteja käytetään vain silloin kuin polymeeriltä vaaditaan UV-säteilynkestoa. Polyurean valmistuksessa käytettäviä amiineja ovat muun muassa heksametyleenidiamiini, nonametyleenidiamiini, piperatsiini ja p-fenyleenidiamiini. Valmistettaessa haarautuneita polyureoita tai polyureadendrimeerejä käytetään useita isosyanaatti- ja amiiniryhmiä sisältäviä lähtöaineita. Di-isosyanaattien ja amiinien reaktiossa ei useimmiten tarvita katalyyttiä, mutta katalyyttinä voidaan käyttää tertiäärisiä amiineja, karboksylaatteja tai tinayhdisteitä.[1][2][3][4]
Polyureaa muodostuu myös veden ja di-isosyanaatin reaktiossa. Ensimmäisessä vaiheessa muodostuu karbamiinihappojohdannainen, joka hajoaa amiiniksi. Muodostuva amiini reagoi edelleen isosyanaattiryhmien kanssa muodostaen polyurean. Reaktio vaatii katalyytiksi tertiäärisen amiinin, karboksylaatin tai tinayhdisteen. Tämä polyureanmuodostusreaktio on merkittävä sivureaktio polyuretaanien valmistuksessa.[1][2][3][4]
Koska di-isosyanaatit ovat myrkyllisiä yhdisteitä ja niiden valmistuksessa käytetään haitallisia kemikaaleja, on pyritty kehittämään niiden käyttöä korvaavia menetelmiä. Sellaisia ovat esimerkiksi fosforiyhdisteiden katalysoima diamiinien ja hiilidioksidin reaktio tai urean ja diamiinien reaktio. Näiden merkitys polyureoiden kaupallisessa valmistuksessa on kuitenkin vähäinen.[1][2][3]
Käyttö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Polyureasta valmistetaan levyjä, kuituja, pinnoitteita ja vaahtoja. Polyureasta valmistetaan muun muassa autojen paneeleita sekä kattojen, lattioiden ja putkien pinnoitteita. Polyurea voidaan vahvistaa lasikuidulla. Polyureasta ja polyuretaaneista valmistetut kuidut kuten spandex ovat joustavia. Polyureadendrimeerejä tutkitaan käytettäväksi lääkeaineiden annostelusovelluksiin.[1][2][3][4][5]
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ a b c d e f g Rita F. Pires & Vasco D. B. Bonifácio: "Polyureas", teoksessa Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2017.
- ↑ a b c d e f g Constantin I. Chiriac & Fulga Tanasaã: "Polyureas", teoksessa Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2016.
- ↑ a b c d e f Jeferson Santos Santana, Elisangela Silvana Cardoso, Elisangela Silvana Cardoso & Mário José Politi: Polyureas: Versatile Polymers for New Academic and Technological Applications. Polymers, 2021, 13. vsk, nro 24. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 7.11.2023. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f Behrouz Shojaei, Mohammad Najafi, Amirhosein Yazdanbakhsh, Mojtaba Abtahi & Chunwei Zhang: A review on the applications of polyurea in the construction industry. Polymers for Advanced Technologies, 2021, 32. vsk, nro 8, s. 2797-2812. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 7.11.2023. (englanniksi)
- ↑ John E. Boliek & Arnold W. Jensen: "Fibers, Elastomeric", teoksessa Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2009.