Физико-химические основы переработки растворов термопластичных полиэфируретанов для прогнозирования возможности их применения в производстве волокнисто-пористых композиционных материалов

Цели. Изучить структуру и свойства растворов термопластичных полиэфируретанов (ПЭУ) для прогнозирования возможности их применения в производстве волокнисто-пористых полимерных композиционных материалов и покрытий с заданной структурой и комплексом эксплуатационных свойств, зависящими от области практического применения.

Методы. Состав ПЭУ изучали методом инфракрасной (ИК) спектроскопии с преобразованием Фурье в сочетании с методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения и методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) с использованием калориметра теплового потока. Вязкость растворов ПЭУ определяли на ротационном вискозиметре.

Результаты. Изучен химический состав ПЭУ и характер образования водородных связей. Анализ ИК спектров демонстрирует практически полную идентичность ПЭУ, синтезированных на основе одного и того же 4.4′-дифенилметандиизоцианата. В исследуемых ПЭУ марок Витур и Desmopan®, а также Санпрен, можно увидеть, что в области от 1702 до 1730 см⁻¹ присутствуют явно выраженные полосы поглощения, характерные для уретановых группировок, задействованных в образовании водородных связей. Методом ДСК определены температурные переходы и термостойкость исследуемых ПЭУ. Показано влияние соотношения жестких и гибких блоков, а также характер водородных связей на температуры плавления полимеров. При анализе кривых ДСК, показано, что все исследуемые ПЭУ обладают высокими температурами плавления, находящимися в диапазоне от 159 до 215 °С. Также исследованы температурные зависимости структурной вязкости растворов термопластичных ПЭУ. Установлено, что все растворы имеют минимальную аномалию вязкости, при этом величина логарифма вязкости зависит от химического состава и структуры исходных ПЭУ. Установлено, что аномалия вязкости растворов ПЭУ может быть снижена при повышении температуры.

Выводы. Исследование химического состава, структуры, термических и реологических характеристик термопластичных ПЭУ с позиции их сравнения и сопоставления с широко применяемыми для производства волокнисто-пористых материалов и покрытий растворов ПЭУ марок Санпрен LQ-E-6 и Витур Р 0112 позволяет прогнозировать возможность их использования для производства материалов и покрытий с заранее заданной структурой и комплексом свойств в зависимости от требований и условий эксплуатации готовых изделий.

1. Ebabu W., Hossain Md.I., El-Naggar M.E., Kechi A., Hailemariam S.S., Ahmed F.E. Exploration of Functional Polymers for Cleaner Leather Industry. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2022;32(1):1–14. https://doi.org/10.1007/s10904-021-02129-4

2. Luketich S.K., Cosentino F.D., Giuseppe M., Menallo G., Nasello G., Livreri P., Wagner W.R., D’Amore A. Engineering in-plane mechanics of electrospun polyurethane scaffolds for cardiovascular tissue applications. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2022;128:105126. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2022.105126

3. Maleki S., Shamloo A., Kalantarnia F. Tubular TPU/SF nanofibers covered with chitosan-based hydrogels as smalldiameter vascular grafts with enhanced mechanical properties. Sci. Rep. 2022;12(1):6179. https://doi.org/10.1038/s41598022-10264-2

4. Fathi-Karkan S., Banimohamad-Shotorbani B., Saghati S., Rahbarghazi R., Davaran S. A critical review of fibrous polyurethane-based vascular tissue engineering scaffolds. J. Biol. Eng. 2022;16(1):6. https://doi.org/10.1186/s13036-022-00286-9

5. Ube T., Nakayama R., Ikeda T. Photoinduced Motions of Thermoplastic Polyurethanes Containing Azobenzene Moieties in Main Chains. Macromolecules. 2022;55(2):413–420. http://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01827

6. Gumus O.Y., Ilhan R., Canli B.E. Effect of Printing Temperature on Mechanical and Viscoelastic Properties of Ultra-flexible Thermoplastic Polyurethane in Material Extrusion Additive Manufacturing. J. Mater. Eng. Perform. 2022;31(5):3679–3687. http://doi.org/10.1007/s11665-02106510-9

7. Yin Z., Yuan F., Zhou D., Li M., Chen X., Liu Y., Xue M., Luo Y., Hong Z., Xie C. Thermal stability, surface wettability and mechanical behavior of highly ordered ZnO-doped thermoplastic polyurethane films with hierarchically porous structures. J. Appl. Polym. Sci. 2021;138(38):50989. https://doi.org/10.1002/app.50989

8. Sarup R., Sharma M., Behl K., Avasthi D.K., Kumar P., Ojha S., Nigam S., Joshi M. Fabrication of superhydrophobic polyurethane sponge coated with oil sorbent derived from textile sludge for oily wastewater remediation. Environmental Nanotechnology, Monitoring and Management. 2022;18:100675. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2022.100675

9. Chen S., Li S., Ye Z., Zhang Y., Gao S., Rong H. Zhang J., Deng L., Deng L., Dong A. Superhydrophobic and superhydrophilic polyurethane sponge for wound healing. Chem. Eng. J. 2022;446(19):136985. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136985

10. Ji J., Liu N., Ye T., Li X., Zhai H., Zhao S., Liu Y., Liu G., Wei Y., Feng L. Transparent polyurethane coating with synergistically enhanced antibacterial mechanism composed of low surface free energy and biocide. Chem. Eng. J. 2022;445:136716. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136716

11. Жарков В.В., Стриковский А.Г., Вертелецкая Т.Е. Описание схемы ассоциации уретановых групп в эластичных полиэфируретанах на основании анализа контура полосы поглощения Амид I. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1992;34(5):142–147. URL: http://www.polymsci.ru/static/Archive/1992/VMS_1992_T34_5/VMS_1992_T34_5_142-147.pdf

12. Саундерс Дж.Х., Фриш К.К. Химия полиуретанов: пер. с англ. М.: Химия; 1968. 470 с.

13. Липатов Ю.С., Керча Ю.Ю., Сергеев Л.М. Структура и свойства полиуретанов. Киев: Наукова Думка; 1970. 288 с.