ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 110
Скачиваний: 0
количество димера с соответствующей потерей содержания эффектив ного изоцианата.
Тримеризацию можно катализировать аминами и различными рас творимыми солями металлов. Один из последних методов [7] основан на реакции спирта и ароматического изоцианата при высокой темпе ратуре в присутствии третичных аминов. Предполагается, что реак ция протекает с образованием промежуточных продуктов аллофаната и димеров, которые, взаимодействуя, дают изоцианурат.
Можно было бы предположить, что реакцией тримеризации объяс няется получение разветвленной структуры, однако Когон [8] пока зал, что эта реакция не может серьезно конкурировать с образованием аллофаната при комнатной температуре под действием катализатора. Эквимолекулярные количествафенилизоцианата и этилкарбанилата в присутствии кобальт-2-этилгексаната в качестве катализатора дают выход аллофаната 95,5% по сравнению с 0,84% фенилизоцианатного тримера.
Изоцианатные тримеры устойчивы при 150—200° С.
Образование карбодиимидов. При йагревании с некоторыми катализаторами, например фосфонилоксидами, изоцианаты превра щаются в карбодиимиды с выделением С 0 2 :
2RNCO —> RN = С = NR + С 0 2 |
(2.24) |
Подобным же образом из диизоцианатов можно получить поликарбодиимиды ( R — N = C = N ) „ . Один из последних способов [9] состоит в использовании особых диизоцианатов с пространственными затруднениями для приготовления моно- и полимерных карбодиими дов:
|
/ R |
R\ |
|
/ R |
R \ |
|
|
^ |
^ - N C O + O C N - ^ |
/ - * \ |
/ — N = C = N — / |
^ + С 0 2 |
|||
|
|
/ = = |
= |
= \ |
/ |
|
|
|
R |
R |
|
R |
R |
|
(2.25) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Алкильные группы стабилизируют карбодиимид (и поликарбо- |
||||||
диимид), предупреждая дальнейшую полимеризацию, а также, |
делая |
||||||
эти продукты более совместимыми с полимерами, содержащими |
слож- |
||||||
ноэфирные |
группы. |
|
|
|
|
|
|
|
Важное |
значение карбодиимидов |
связано |
с их использованием |
в полиуретанах сложноэфирного типа в качестве ингибиторов гидро
лиза. Один |
из продуктов |
гидролиза сложных полиэфиров содержит |
|
свободную |
карбоксильную |
группу. Предполагается, что эта |
группа |
в дальнейшем катализирует полный гидролитический распад. |
Карбо |
||
диимиды легко взаимодействуют с карбоновыми кислотами, |
образуя |
||
относительно устойчивые |
ацилмочевины: |
|
|
|
R N = C = N R + R'COOH —> RNHCONCOR' |
|
|
|
|
I |
(2.26) |
|
|
R |
|
Предполагают, что именно благодаря такому удалению карбоновой кислотной группы карбодиимиды являются эффективными ста-; билизирующими агентами сложноэфирных полиуретанов.
Интересно также, что эти пространственно затрудненные карбо диимиды имеют весьма специфическую реакционную способность, так что введение их в реакцию образования полиуретанов не меняет механизма образования полимера и реакции сшивания.
Прочие реакции. Основные реакции изоцианатов, особенно свя занные с образованием полиуретанов, были описаны выше. Однако существует и ряд других реакций изоцианатов, которые могут пред
ставлять определенный |
интерес. |
С о е д и н е н и я |
с г р у п п о й SH. Изоцианаты взаимодей |
ствуют с серусодержащими соединениями так же, как с их кислород ными аналогами, хотя и с меньшей активностью. Например, серово дород реагирует так же, как вода:
|
2RNCO - f H2 S—>RNHCONHR + COS |
(2.27) |
||||
Подобным же образом меркаптаны образуют |
тиоуретаны: |
|
||||
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
II |
|
(2.28) |
|
|
RNCO + R'SH —-*• RNHCSR' |
|
|||
В |
водных растворах изоцианаты реагируют с бисульфитами, обра |
|||||
зуя |
водорастворимые |
соли: |
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
RNCO + |
NaHS0 3 • |
RNHCSOo |
Na + |
(2.29) |
|
|
|
|||||
С о е д и н е н и я |
с |
г р у п п о й |
Р Н . Фосфины реагируют с изо- |
цианатами, особенно в присутствии третичных аминов, образуя про дукты присоединения, относительно стойкие к нагреванию и гидро лизу. Термодеструкция может происходить лишь при температуре выше 200° С:
3ArNCO + Р Н 3 — > (ArNHCO)3 P |
(2.30) |
Ферменты, в частности диэтилфосфит, образуют продукты при
соединения в аналогичных |
условиях: |
|
|
|
|
(RO)a HPO + |
R'NCO —> (RO)2 P (O)CONHR' |
(2.31) |
|
Р е а к ц и и |
Ф р и д е л я — К р а ф т с а |
и |
Г р и н ь я р а . |
В условиях, предусмотренных реакцией Фриделя—Крафтса, в при сутствии хлорида алюминия изоцианаты образуют амиды:
/ \
RNCO + І І — ^ RNHCO
Взаимодействие с реактивами Гриньяра также протекает в до вольно обычных условиях:
н2 о |
(2.33) |
RNCO + R'MgX —> RNHCOR' |
Н е н а с ы щ е н н ы е с о е д и н е н и я . Изоцианаты вступают во взаимодействие с такими ненасыщенными группами, как нитрозоили альдегидная группа. Промежуточный продукт присоединения имеет четырехчленное кольцо, которое распадается, выделяя при этом двуокись углерода:
|
120° СГ - |
C e H 5 NCO+C 0 H B N O |
Л C e H 5 N - - N C e H 6 |
0 = |
(2.34) |
|
О |
|
1 |
C 6 H B N = N C e H 5 + С 0 2
^^ - N C O - I - ОСН-- ( — > - к ( с н з ) 2 ^ : я
X// |
Ч _ - N — С Н - |
-N ( С Н 3 ) 2 |
(2.35)
о=с—о
С 0 2
Г а л о г е н ы . Хлор и бром образуют с изоцианатами продукты присоединения, которые подвергаются перегруппировке и дают хло рированные хлорангидриды карбаминовой кислоты:
|
С1С1 |
|
|
NCO |
N C = 0 |
|
NHCOC1 |
/ Ч / |
/ ч / |
/ ч / |
(2.36) |
|
|
|
|
\// |
\// |
У\// |
|
|
С1 |
|
|
Хлористый водород затем отщепляется при высокой температуре:
/ Ч / |
NHCOC1 |
NCO |
|
/ ч |
/ |
|
|
|
95° С |
+ НС1 |
(2.37) |
|
|
||
/\// |
/\// |
|
|
CI |
С1 |
|
|
2?6
П о л и м е р и з а ц и я . Изоцианаты полимеризуются в при сутствии металлического натрия в диметилформамиде при темпера туре ниже О °С. Продукт полимеризации — найлон 1:
|
О |
|
ArNCO Na |
•N—С — |
(2.38) |
А г
Особым случаем является полимеризация винилизоцианата. Пер вый продукт— найлон 1, в котором винильная группа атома азота может реагировать дальше, замыкая кольцо:
|
О |
|
О |
• |
|
|
II |
|
II |
|
|
|
С |
|
с |
|
|
\ |
/ |
\ |
/ \ |
/ |
|
|
N N |
|
|
N |
|
C H 2 = C H N = C = 0 - |
СН |
сн |
сн |
|
|
|
II |
|
|
II |
(2.39) |
|
сн2 |
сн2 |
сн2 |
||
|
|
||||
|
О |
О |
О |
|
|
|
II |
II |
II |
|
|
N N N N
2.3. Образование полимера
Полиуретановые эластомеры получают из мономерных, в основном, бифункциональных, исходных материалов путем ступен чатой реакции полиприсоединения. Таким образом, имеется возмож ность получать полимерную структуру в соответствии с заранее за данными свойствами. Действие повышенной температуры, следов ка тализатора, изменение скорости реакции могут помешать полностью осуществить эту возможность. Но все же в случае полиуретанов легче получить полимеры с желаемыми свойствами, чем для других каучуков.
При однородной структуре напряжение, действующее на полимер, распределяется равномерно по всей сетке и каждая поперечная связь в равной мере сшивает полимер. В более беспорядочных структурах напряжение концентрируется лишь в некоторых из таких связей, так что эти точки несут большую часть напряжения.
Идеально однородную структуру невозможно получить на прак- т ике по нескольким причинам. Так, молекулярновесовое распределе ние в основной цепи полиола уже вызывает некоторую неоднород ность. Сложная зависимость между скоростью роста цепи и попереч-
ной сшивкой также не позволяет точно контролировать реакцию. И все же механизм получения полиуретана таков, что позволяет полу чить более однородную структуру, чем в случае других каучуков, у которых механизм поперечного сшивания отличается беспорядоч ным характером. Кроме того, можно регулировать прочность поли уретанов соответствующим распределением поперечных связей. Можно еще более усовершенствовать структуру, создав цепь из слабо полярного материала, который будет аморфным в ненапряженном состоянии и кристаллическим — под напряжением.
Экономические соображения не позволяют применять эти полу идеальные полимеры на практике, однако данные, полученные при изучении их, неоценимы для более углубленного понимания и моди фикации материалов, имеющих практический интерес. Поэтому ис следование химии идеальных соединений носит отнюдь не чисто ака демический характер, а направлено на усовершенствование как са мого полимера, так и технологии его производства.
Системы |
гидроксил-изоцианат. Разработка системы вулкол- |
лан [10, 11] |
проходила в соответствии с принципами, описанными |
выше. В качестве гибкой полярной основной цепи был выбран полиэтиленадипинат, а в качестве жесткой поперечной сшивки — ИДИ . 1,4-Бутандиол со сравнительно короткой цепью был удлинителем цепи.
Первая стадия получения вулколлана представляет собой взаимо действие избыточного количества диизоцианата с полиэфиром, в ре зультате чего образуется «удлиненный» диизоцианат или изоцианатный преполимер.
НО |
— О Н |
НО |
: |
ОН |
+ |
|
OCNRNCO |
|
+ |
OCNRNCO |
|
|
OCNRNCO |
і
OCNRNCOO ~ OOCNHRNHCOO OOCNHRNCO
Этот последний можно затем превратить в полимер с длинной цепью с помощью так называемого удлинителя цепи. Как уже говори лось, удлинитель цепи представляет собой низкомолекулярный гликоль, который обладает способностью концентрировать жесткие диизоцианатные молекулы через некоторые интервалы вдоль основ ной цепи. Обозначив преполимер 0 = C = N ~ — • ~ N = C = 0 , получаем следующую стадию реакции:
OCN |
NCO |
+ |
OCN ~ ~ ~ |
NCO |
+ |
OCN |
- |
NCO |
+ |
|
|
|
|
|
|
||
HOR'OH |
|
HOR'OH |
|
HOR'OH |
|
|
||
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
HOR'OOCNH |
NHCOOR'OOCNH |
NHCOOR'OOCNH ~ |
— |
NCO |
Если диизоцианат имеется в избытке относительно гидроксильных групп, то не весь преполимер будет использован для удлинения