Получение кремнийсодержащего диуретана

Production of silicon-containing diurethane
Цитировать:
Соттикулов Э.С., Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т. Получение кремнийсодержащего диуретана // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 6 (51). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6047 (дата обращения: 11.08.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье представлен синтез уретанового спирта и кремнийсодержащего диуретана. Показана возможность получения моноуретанов и кремнийсодержащих соединений на основе местного сырья безвредным методом. Получен моноуретановый спирт на основе мочевины и этиленгликоля. Указан ход реакции уретанового спирта с тетраэтоксисиланом.

ANNOTATION

In the article is presented the synthesis of urethane alcohol and silicon-containing diurethane. The possibility of obtaining monourethanes and silicon-containing compounds based on local raw materials is shown to be a harmless method. A monourethane alcohol based on urea and ethylene glycol was obtained. The reaction of urethane alcohol with tetraethoxysilane is shown.

 

Ключевые слова: Синтез, уретановый спирт, диэтилолдиуретан кремния, мочевина, этиленгликоль, тетраэтоксисилан, конденсация.

Keywords: Synthesis, urethane alcohol, silicon diethylol diurethane, urea, ethylene glycol, tetraethoxysilane, condensation.

 

Введение. К полиуретанам относятся высокомолекулярные соединения содержащие в своем составе уретановую группу  (R это Н, алкилы, арил или ацил) независимо от строения остальной части молекул. В зависимости от исходных соединений в макромолекулах полиуретана могут присутствовать также простые эфирные, амидные, мочевинные и другие функциональные группы. Однако основные свойства полиуретана определяются наличием в них именно уретановых групп, обладающих высокими значениями энергии физических взаимодействий. Поэтому в полиуретане наряду с химической сеткой существует и физическая, способная под влиянием внешних воздействий (температуры, деформации) к перестроениям и определяющая специфику свойств полиуретана (износостойкость, теплостойкость, деформационно-прочностные свойства и другие) [4].

Полиуретаны относятся к полимерным материалам, имеющим большое промышленное значение. На их основе получают синтетические волокна, эластомеры, пеноматериалы, пластические массы, герметики, резины, клеи, лакокрасочные материалы [3; 4].

Традиционные способы получения полиуретана, имеющие промышленное значение, основаны на взаимодействия ди- или полиизоцианатов с соединениями, содержащими в молекуле не менее двух гидроксильных групп. Способ получения основан на применении диизоцианатов, которые являются высокотоксичными, сужают его пределы эксплуатации [2]. В последнее время проводятся поиски неизоцианатных путей синтеза полиуретанов. Это направление исследования является весьма актуальным в области химической технологии.

Исходя из этого, целью данной работы является синтез уретанового олигомера на основе мочевины, этиленгликоля и тетраэтоксисилана.

Экспериментальная часть: Получен уретановый спирт по реакции мочевины и этиленгликоля. Реакция протекает по нижеследующей схеме: 

В результате реакции образуется уретановый спирт – 2-гидроксиэтил карбамат [6].

Синтез уретанового спирта. В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром помещают один моль мочевины, нагревают до 65-70 оС. При перемешивании добавляют один моль этиленгликоля, с избытком 10% от теоретически необходимого, с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы была не ниже 65 оС. При такой температуре реакцию проводят 30 мин. Далее поднимают температуру с 70 до 145 оС в течение 3 часов. При повышении температуры начинает выделяться аммиак. Выделение аммиака можно определить с помощью влажной лакмусовой бумаги. При достигнутой температуре реакция протекает в течение 2,5-3 часов, до прекращения выделения аммиака. После завершения реакции медленно снижают температуру до 70 оС и осуществляют выдержку тёмно-коричневой массы при температуре 60-70 оС в течение 30-40 минут. Не прореагировавшей этиленгликоль из реакционной массы удаляют в вакууме при 150 оС. 2-гидроксиэтил карбамат представляет собой вязкую коричневую жидкость [7].

Наличие кремния в молекуле диуретана повышает стойкость к истиранию, придает термическую и химическую устойчивость дальнейшего получаемого материала. Детали из кремнийсодержащих полиуретанов проявляют высокую механическую прочность. Большое значение имеют кремнийорганические полимеры в качестве жаростойких антикоррозийных покрытий для металлов, таких, как добавки для пластмассы, позволяющие работать при температуре от -60 до +550 оС, для изготовления дугостойких и теплостойких пластических масс и слоистых диэлектриков, а также в производстве точного (прецизионного) литья, не требующего механической обработки [1].

Синтез кремнийсодержащего диуретана. В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, ловушкой Дина-Старка и термометром, помещают два моля ранее полученного уретанового спирта, нагревают до 70 оС и при перемешивании наливают один моль тетраэтоксисилана по каплям. Реакция проведена с помощью оловоорганического катализатора. При такой температуре реакцию проводят 40-50 мин. В процессе реакции выделяется этиловый спирт в ловушке Дина-Старка. Полученный продукт представляет собой вязкую смолу коричного цвета.

Реакция протекает по нижеследующей схеме:

На рис.1 показано влияния температуры протекания реакции на выход продукта. Реакция проведена при температурах 30, 50, 70 оС. Видно, что наилучший выход реакции показывает при температуре 70 оС.

 

Рисунок 1. Влияние  длительность реакции на выход продукта. Реакция протекает при: 1 – 30 оС; 2 – 50 оС; 3 – 70 оС.

 

Рисунок 2. Зависимость выхода продукта от длительность реакции без катализатора и с катализаторами. Кривые 1-без катализатора; 2-катализатор ТБТ; 3-оловоорганический катализатор 

 

На рис. 2 показано влияние катализаторов на выход продукта при одинаковой продолжительности реакции. Из графика видно, что наилучший выход получается при использовании оловоорганического катализатора.

Выводы

В результате исследования получен новый кремнийсодержащий диуретан экологически безопасным и экономически эффективным методом на основе местных сырьевых ресурсов:

  1. Получен уретановый спирт на основе мочевины и этиленгликоля.
  2. Получен кремнийсодержащий диуретан по реакции переэтерефикации тетраэтоксисилана с полученным уретановым спиртом.
  3. Установлено, что наилучший выход продукта проявляется при температуры 70 оС, а при использовании катализатора наилучший выход проявляет оловоорганический катализатор.

 

Список литературы:
1. Бажант В., Хваловский В., Ратоуски И. Силиконы. Кремнийорганические соединения, их получения, свой-ства и применение. – М., 1960. – 710 с.
2. Берлин А.А. О синтезе и полимеризации глицидилуретанов / А.А. Берлин, А.К Дабагова // Высокомолеку-ляр. соед.— 1959. Т. 1. - № 7. - С. 946-950.
3. Михеев В.В. Отверждение акриловых сополимеров уретангликолем / В.В. Михеев, Н.В. Светлаков, Г.С. Степанов // Лакокрасочные материалы и покрытые на их основе. – 1987. – №6. – С.26-28.
4. Омельченко С.И. Модифицированные полиуретаны / С.И. Омельченко, Т.И. Кадурина. - Киев: Наукова думка. - 1983. - 228 с.
5. Тростянская И.И. Синтез уретаносодержащих гликолей / И.И. Трастянская, О.П. Гаврилова, В.В. Короты-шева, Л.Я. Раппоплрт // Тр. Ленинградского технол. ин-та. – 1975. Вып. 5. – ч. 1. – С.8-10.
6. Iwakura J. Isomerization of N-substituted glycidul carbamates / J. Iwakura , J. Taneda // J. Organ. Chem. 1959. -
T. 24. - N 12. - P. 1992-1994.
7. Farrissey W.J. The rearrangement of flycidyl-N-phnylcarbamate / W.J. Farrissey, Jr. Nashu, A. Mumin //
J. Heterocicl. Chem. – 1970. – T. 7. - N 4. – Р.33-334.

 

Информация об авторах

мл. науч. сотр., ГУП Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, 111116, Ташкент. обл., Зангиотинский р-н, п/о Ибрат

Junior Research Scientist, SUE Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent Region, Zangiata District, Ibrat

ст. науч. сотр., ООО «Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии», Республика Узбекистан, Ташкент. обл., Ташкентский р-н, п/о Ибрат

LLC Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, doctoral student, Republic of Uzbekistan. Tashkent region, Tashkent area, Ibrat district

д-р хим. наук, профессор, академик АН РУз., директор ГУП «Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии», 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of chemistry, professor, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, director of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P / o Shuro-bazaar

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top