Введение к работе
Актуальность работы. Полиуретаны (ПУ) являются одним из важнейших видов высокомолекулярных соединений, мировое производство которых достигло 14 млн. тонн в год. ПУ в настоящее время используются практически во всех отраслях народного хозяйства, и они буквально пронизывают весь наш быт. Фактором, препятствующим более широкому использованию ПУ, является их пониженная термическая стабильность.
Повышению термической стабильности ПУ посвящено множество исследований. Тем не менее, эта проблема еще далека от своего решения. Среди наиболее доступных и эффективных способов повышения термостабильности ПУ является введение в их состав различных фенольных соединений (ФС), характер воздействия которых на термическое поведение полимерного материала до настоящего времени неясен. Выяснение причин повышения термостабильности ПУ при введении в их композиционный состав ФС, использование этих данных для создания новых полимерных композиций с повышенной термостойкостью, является важной и актуальной задачей для всей индустрии ПУ.
Цель работы заключается в установлении влияния ФС на процесс взаимодействия изоцианатов со спиртами и термической деструкции ПУ, изучение упруго-прочностных, термомеханических, и прочих характеристик промышленных литьевых ПУ (ЛПУ), содержащих различные фенольные добавки.
Поставленная в работе цель достигалась решением следующих задач:
-
Выяснение механизма реакций изоцианатов с фенолами, а также с комплексами с водородной связью фенолов со спиртами;
-
Экспериментальное изучение кинетических закономерностей взаимодействия изоцианатов со спиртами в присутствии ФС, а также исследование состава продуктов реакции;
-
Экспериментальное изучение термической деструкции уретансодержащих систем и определение влияния ФС на характер протекания этого процесса;
-
Комплексная оценка воздействия ФС на свойства различных промышленных ЛПУ композиций;
Научная новизна. Квантово-химическим методом B3LYP/6-311++G (df,p) показано, что фенолы с изоцианатам взаимодействуют по механизму согласованного электрофильного присоединения. В то же время, комплексы с водородной связью фенолов со спиртами реагируют с изоцианатами по механизму согласованного нуклеофильного присоединения. Фенолы катализируют присоединение спиртов к изоцианатам. Взаимодействие комплексов с водородной связью фенолов со спиртами с изоцианатами является кинетически и термодинамически более предпочтительным, чем реакции изоцианатов с ассоциатами спиртов.
Практическая значимость работы. По результатам исследования влияния различных по функциональности и элементному составу промышленных ФС на свойства ПУ, были предложены наиболее эффективные ФС для улучшения упруго- прочностных характеристик, термо- и теплостойкости ЛПУ на основе простых и сложных гидроксилсодержащих компонентов. Предлагаемые подходы не связаны с необходимостью существенного изменения технологической линии производства литьевых изделий из ПУ, и, поэтому, легко реализуемы в производстве.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Юбилейной научной школе-конференции «Кирпичниковские чтения по химии и технологии высокомолекулярных соединений» (Казань, 2012); Международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (Казань, 2012); Всероссийской конференции с международным участием "Современные проблемы химической науки и образования" (Чебоксары,2012); Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии: достижения и перспективы», (Казань, 2011); Научной школе с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011 ); Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2010» (Москва, 2010), семинарах и научных сессиях Казанского национального исследовательского университета 2010 - 2013 гг.
Публикации. Основные результаты исследований изложены в 6 статьях, 6 тезисах докладов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 151 страницах и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы из 206 наименований. Работа иллюстрирована 44 рисунками и содержит 31 таблиц.
