| dc.contributor.author |
Białkowska, Anita
|
|
| dc.date.accessioned |
2019-11-05T12:14:21Z |
|
| dc.date.available |
2019-11-05T12:14:21Z |
|
| dc.date.issued |
2019 |
|
| dc.identifier.isbn |
978-80-7454-855-0 |
|
| dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/10563/45867
|
|
| dc.description.abstract |
Díky své rozmanité struktuře a vynikajícím mechanickým, fyzikálním a chemickým vlastnostem jsou polyurethany široce používány v různých aplikačních oblastech, zejména jako pěny, elastomery a povlaky. Avšak nutnost použití nebezpečných sloučenin (zejména isokyanátů) pro jejich syntézu, spojená s problémy jejich recyklace, vyzvala výzkumníky k vyvinutí nových způsobů syntézy ekologičtějších a biodegradovatelných polyuretanů.
Většina provedených studií se zatím týkala syntézy neizokyanátových polyurethanů (NIPU) reakcí cyklických karbonátů s diaminy. Kromě toho bylo v posledním desetiletí věnováno intenzivní úsilí syntéze polyurethanů na bázi isokyanátu (PU) a neizokyanátových polyuretanů (NIPU) využitím přírodních zdrojů, jako jsou rostlinné oleje a přírodní tuky. Použití těchto sloučenin umožňuje získat levnější, biodegradabilní a k životnímu prostředí šetrné polymery využitím tzv. zelené technologie. Důraz byl kladen na provádění procesů bez rozpouštědel v souladu se zásadami udržitelného rozvoje.
Předkládaná práce se zabývá přípravou nových neizokyanátově segmentovaných polyurethanů na bázi typických oligoetherolů (polyoxypropylentriolů nebo polyoxybutylendiolů), močoviny, formaldehydu a fenolsulfonové kyseliny. Oligomerní karbamáty, obsahující pružné segmenty (FS), byly připraveny reakcí typických oligoetherolů. Reakce mezi močovinou, fenolsulfonovou kyselinou a formaldehydem však vedla k tvorbě oligomerních sloučenin obsahujících tvrdé segmenty (HS). Neizokyanátové segmentované polyurethany byly připraveny kondenzační reakcí mezi oligomerními sloučeninami obsahujícími FS a HS. Byly rovněž provedeny zkoušky na NIPU zaměřené na zlepšení jejich mechanické pevnosti a tepelné odolnosti nahrazením části fenolsulfonové kyseliny jinou kyselinou, jako je kyselina hydroxybenzoová nebo kyselina naftalensulfonová. Bylo zjištěno, že optimální podmínky pro syntézu nových NIPU s nejlepšími vlastnostmi byly závislé na surovinách použitých při jejich syntéze.
Mechanické vlastnosti a sorpce / desorpce vodní páry byly hodnoceny pro NIPU obsahující různé množství FS a HS. Struktura připravených oligomerních sloučenin a NIPU byla analyzována různými technikami, jako je nukleární magnetická rezonance (NMR), infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), diferenciální skanovací kalorimetrie (DSC), skenovací elektronová mikroskopie (SEM) a dynamická mechanická analýza (DMA). Chemická struktura získaných oligomerních sloučenin obsahujících FS a HS, jakož i segmentované kondenzační polyurethany byla potvrzena pomocí NMR a FTIR. Navíc analýzy DSC a DMA prokázaly, že nové syntetizované neizokyanátové polyurethany vykazují využití v širokém rozsahu teplot. Byly odolné vůči mrazu a udržovaly si elastomerní charakter při velmi vysokých teplotách. Stupeň oddělování fází v segmentované struktuře NIPU ovlivnil mechanické vlastnosti, které byly podobné běžným polyurethanům na bázi isokyanátu (PUs).
Všechny neizokyanátové polyurethany získané z oligoetherolů, močoviny, formaldehydu a různých kyselin (fenolsulfonová kyselina, fenolsulfonová kyselina s kyselinou hydroxybenzoovou nebo fenolsulfonovou kyselinou s naftalensulfonovou kyselinou) mají ionomerní povahu indukovanou sulfonovými skupinami a vykazovaly segmentované struktury.
Polyuretany získané z vodných disperzí byly ve formě mikroporézních membrán. Mohou však produkovat i pevné homogenní membrány, pokud jsou připraveny přímo ze surovinové směsi. Mikroporézní struktura a ionomerní povaha NIPU membrán implikuje jejich použití jako materiály podobné kůži, plnidla pro topografické kůže a selektivní membrány.
Kromě toho byly připravené segmentované kondenzované NIPU úspěšně použity jako činidla pro ztužování epoxidové pryskyřice a epoxy / montmorilonitových nanokompozitů vytvořením struktury vzájemně se
prostupujících polymerních sítí ve srovnání s běžnými polyurethany. Maximální zvýšení hodnoty nárazové pevnosti a kritických hodnot intenzity napětí bylo dosaženo hybridní kompozicí obsahující 10% NIPU a 1% nanočástic. Biologická odbouratelnost syntetizovaných segmentovaných kondenzačních NIPU byla v této studii úspěšně ověřena pomocí aerobních bakteriálních kmenů. Výsledky potvrdily, že biodegradace nastává v močovinových nebo urethanových skupinách, jak dokládá významné snížení teploty skelného přechodu tvrdých segmentů
Přijatelné fyzikální a mechanické vlastnosti získaných NIPU spolu s jejich biologickou odbouratelností potvrzují, že tyto nové polyurethany mohou být použity jako materiály podobné kůži, selektivní membrány, modifikátory pro křehké polymery, stejně jako v aplikacích, u kterých je biologické odbourávání důležité. |
en |
| dc.format |
36 |
cs |
| dc.format.extent |
178 |
|
| dc.language.iso |
en |
|
| dc.publisher |
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně |
|
| dc.rights |
Teze habilitační práce jsou přístupné veřejně v tištěné podobě v Knihovně UTB. Plný text práce je přístupný elektronicky pouze v rámci univerzity. |
|
| dc.subject |
polyuretany
|
cs |
| dc.subject |
neizokyanátové polyuretany
|
cs |
| dc.subject |
pružný segment
|
cs |
| dc.subject |
tvrdý segment
|
cs |
| dc.subject |
struktura
|
cs |
| dc.subject |
vlastnosti
|
cs |
| dc.subject |
aplikace
|
cs |
| dc.subject |
polyurethanes
|
en |
| dc.subject |
nonisocyanate polyurethanes
|
en |
| dc.subject |
flexible segment
|
en |
| dc.subject |
hard segment
|
en |
| dc.subject |
structure
|
en |
| dc.subject |
properties
|
en |
| dc.subject |
applications
|
en |
| dc.title |
Nonisocyanate condensation polyurethanes: Preparation, Properties Evaluation and Applications |
en |
| dc.title.alternative |
Neizokyanátové kondenzační polyurethany: Příprava, hodnocení vlastností a aplikace |
cs |
| dc.date.accepted |
2019-10-02 |
|
| dc.description.abstract-translated |
Due to their versatile structure and excellent mechanical, physical and chemical properties, polyurethanes are widely used in various fields of applications mainly as foams, elastomers and coatings. However, the use of dangerous compounds (mainly isocyanates) for their synthesis associated with the recycling problems have encouraged researchers to develop new ways to synthesize more environmentally friendly and biodegradable polyurethanes.
So far, most of the conducted studies concerned the synthesis of nonisocyanate polyurethanes (NIPUs) by reacting cyclic carbonates and diamines. Moreover, in the last decade, intensive effort was devoted to the synthesis of isocyanate based polyurethanes (PUs) and nonisocyanate polyurethanes (NIPUs) from natural resources such as vegetable oils and natural fats. These compounds allow to obtain cheaper, biodegradable and environmentally friendly polymers, using the so called green–technology. The idea was to carry out processes using the solvent–free method in accordance with the principles of sustainable development.
The present work deals with the preparation of new nonisocyanate segmented polyurethanes, based on typical oligoetherols (polyoxyprophylene triols or polyoxybutylene diols), urea, formaldehyde and phenolsulfonic acid. Oligomeric carbamates containing flexible segments (FS) were prepared by reacting typical oligoetherols. However, the reaction between urea, phenolsulphonic acid and formaldehyde led to the formation of oligomeric compounds containing the hard segments (HS). The nonisocyanate segmented polyurethanes were prepared by condensation reaction between oligomeric compounds containing FS and HS. Investigations were also carried out on NIPUs aiming at improving their mechanical strength and thermal resistance by replacing part of the phenolsulfonic acid with another acid such as hydroxybenzoic acid or naphthalene sulfonic acid. The optimal conditions for the synthesis of new NIPUs having the best performance properties were determined depending on the raw materials used in their synthesis.
The mechanical properties and sorption/desorption of water vapour were evaluated for NIPUs containing different amounts of FS and HS. Moreover, the structure of prepared oligomeric compounds and NIPUs was analysed by different techniques such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscope (SEM) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA).
The chemical structure of obtained oligomeric compounds containing FS and HS as well as segmented condensation polyurethanes were confirmed by NMR and FTIR. In addition, DSC and DMA analyses demonstrated that the new synthesized nonisocyanate polyurethanes showed a wide range of utilization temperature. They were frost resistant as well as retained their elastomeric 4character at very high temperatures. The degree of phase separation within the segmented structure of the NIPUs affected the mechanical properties, which were similar to the conventional isocyanate–based polyurethanes (PUs). All nonisocyanate polyurethanes obtained from oligoetherols, urea, formaldehyde and different acids (phenolsulfonic acid, phenolsulfonic acid with hydroxybenzoic acid or phenolsulfonic acid with naphthalenesulfonic acid) having an ionomeric nature induced by sulfonic groups, exhibited segmented structures.
Polyurethanes obtained from water dispersions were in the form of microporous membranes. However, they can yield solid homogeneous membranes when directly prepared from the raw material mixture. The microporous structure and ionomeric nature of NIPU membranes imply their use as the leather–like materials, filling agent for topographic skins and selective membranes.
Moreover, prepared segmented condensation NIPUs were successfully used as toughening agent for base epoxy resin and epoxy/montmorillonite nanocomposites with the formation of an interpenetrating polymer networks structure in comparison to conventional polyurethanes. Maximum enhancement of impact strength and critical stress intensity factor values were obtained by the hybrid composition containing 10% NIPU and 1% nanoparticles. The biodegradability of synthesized segmented condensation NIPUs has also been considered in the present study with aerobic bacterial strains and successfully conducted. Obtained results confirmed, that the biodegradation occurred in the urea or urethane groups, as evidenced by significant decrease in the glass transition temperature of the hard segments Hence, the acceptable physical and mechanical properties of obtained NIPUs combined with their biodegradability confirm that these new polyurethanes can be used as leather–like materials, selective membranes, modifier for brittle polymers as well as in applications where biodegradation is of major concern. |
en |
| dc.thesis.degree-discipline |
Technologie makromolekulárních látek |
en |
| dc.date.submitted |
2019-05-29 |
|
