Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини
Аніоноактивні поліуретани, здатні до деградації за умов довкілля, було синтезовано на основі модифікованих реакційноздатних олігомерів, отриманих реакцією гліцеролізу пальмової та соєвої олій без використання шкідливих реагентів, а також натуральної рицинової олії та екзополісахариду ксантану. Масов...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2018
|
| Series: | Доповіді НАН України |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144555 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини / Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 11. — С. 76-83. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-144555 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1445552018-12-29T01:23:09Z Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини Травінська, Т.В. Брикова, О.М. Савельєв, Ю.В. Лебедєв, Є.В. Хімія Аніоноактивні поліуретани, здатні до деградації за умов довкілля, було синтезовано на основі модифікованих реакційноздатних олігомерів, отриманих реакцією гліцеролізу пальмової та соєвої олій без використання шкідливих реагентів, а також натуральної рицинової олії та екзополісахариду ксантану. Масова частка вмісту натуральних компонентів у синтезованих поліуретанах становить 70 %. Досліджено взаємозв’язок компонентного складу ксантанвмісних поліуретанів на основі різних рослинних олій та колоїдно-хімічних властивостей дисперсій, фізико-механічних, термічних властивостей плівок і їх здатності до деградації. Анионоактивные полиуретаны, разлагающиеся в условиях окружающей среды, синтезированы на основе модифицированных реакционных олигомеров, полученных реакцией глицеролиза пальмового и соевого масел без использования вредных реагентов, а также натурального касторового масла и экзополисахарида ксантана. Массовая доля содержания натуральных компонентов в синтезированных полиуретанах составляет 70 %. Исследована взаимосвязь компонентного состава ксантансодержащих полиуретанов на основе различных растительных масел и коллоидно-химических свойств дисперсий, физико-механических, термических свойств пленок и их способности к деградации. Anionic polyurethanes (APU) degradable under environmental conditions have been synthesized on the basis of modified reactive oligomers produced by the glycerolysis reaction of palm (PO) and soybean (SO) oils without the use of harmful reagents, as well as natural castor oil (CO) and exopolysaccharide Xanthan (Xa). The mass fraction of natural components in synthesized polyurethanes amounts 70 %. The relationship between the component composition of Xa-containing polyurethanes on the basis of different vegetable oils and colloi dalchemical properties of dispersions, physico-mechanical and thermal properties of the films, and their ability to the degradation have been investigated. 2018 Article Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини / Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 11. — С. 76-83. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2018.11.076 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144555 678.664:547.456.61 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Травінська, Т.В. Брикова, О.М. Савельєв, Ю.В. Лебедєв, Є.В. Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини Доповіді НАН України |
| description |
Аніоноактивні поліуретани, здатні до деградації за умов довкілля, було синтезовано на основі модифікованих реакційноздатних олігомерів, отриманих реакцією гліцеролізу пальмової та соєвої олій без використання шкідливих реагентів, а також натуральної рицинової олії та екзополісахариду ксантану. Масова частка
вмісту натуральних компонентів у синтезованих поліуретанах становить 70 %. Досліджено взаємозв’язок
компонентного складу ксантанвмісних поліуретанів на основі різних рослинних олій та колоїдно-хімічних
властивостей дисперсій, фізико-механічних, термічних властивостей плівок і їх здатності до деградації. |
| format |
Article |
| author |
Травінська, Т.В. Брикова, О.М. Савельєв, Ю.В. Лебедєв, Є.В. |
| author_facet |
Травінська, Т.В. Брикова, О.М. Савельєв, Ю.В. Лебедєв, Є.В. |
| author_sort |
Травінська, Т.В. |
| title |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| title_short |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| title_full |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| title_fullStr |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| title_full_unstemmed |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| title_sort |
аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2018 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144555 |
| citation_txt |
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини / Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 11. — С. 76-83. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT travínsʹkatv aníonoaktivnípolíuretanizpídviŝenimvmístomvídnovlûvanoísirovini AT brikovaom aníonoaktivnípolíuretanizpídviŝenimvmístomvídnovlûvanoísirovini AT savelʹêvûv aníonoaktivnípolíuretanizpídviŝenimvmístomvídnovlûvanoísirovini AT lebedêvêv aníonoaktivnípolíuretanizpídviŝenimvmístomvídnovlûvanoísirovini |
| first_indexed |
2025-07-10T19:36:42Z |
| last_indexed |
2025-07-10T19:36:42Z |
| _version_ |
1837289928115879936 |
| fulltext |
76 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 11
Різні класи поліуретанових еластомерів: лінійні, термопластичні, пористі, а також ли-
варні та ін., знайшли застосування в багатьох галузях економіки як покриття, клеї, волокна,
конструкційні елементи, медичні пристрої тощо [1].
Поліуретани (ПУ) характеризуються широким спектром фізико-механічних властивос-
тей та високою хімічною стійкістю. Особливий інтерес викликають іономерні термоплас-
тичні ПУ на водній основі, які завдяки їх екологічній безпеці, високим колоїдно-хімічним,
фізико-механічним і технологічним властивостям, зокрема гідрофільному характеру, є по-
тенційно деградуючими і такими, що дає змогу доводити їх властивості до конкретних ви-
мог користувачів.
Ключем до різноманітності ПУ є природа та молекулярні характеристики реагентів, а
саме поліолу й ізоціанату. Поліоли, які застосовують у виробництві ПУ в даний час, як пра-
вило, мають нафтохімічне походження. У зв’язку з виснаженням запасів нафтосировини та
підвищенням її вартості останім часом набуває сили тенденція до використання більш ста-
більної, екологічно безпечної сировини, що означає відмінну можливість для застосування
як поліолів або виготовлення останніх з поновлюваної сировини, такої як рослинні олії, які
поступово завойовують ринок ПУ [2—5]. Для створення ПУ найширше використовується
рицинова олія (РО), оскільки вона має у своєму складі гідроксильні групи [6]. Протягом
© Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв , 2018
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.11.076
УДК 678.664:547.456.61
Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв,
Є.В. Лебедєв , академік НАН України
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Київ
E-mail: travinskaya-tamara@rambler.ru
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним
вмістом відновлюваної сировини
Аніоноактивні поліуретани, здатні до деградації за умов довкілля, було синтезовано на основі модифікова-
них реакційноздатних олігомерів, отриманих реакцією гліцеролізу пальмової та соєвої олій без використан-
ня шкідливих реагентів, а також натуральної рицинової олії та екзополісахариду ксантану. Масова частка
вмісту натуральних компонентів у синтезованих поліуретанах становить 70 %. Досліджено взаємозв’язок
компонентного складу ксантанвмісних поліуретанів на основі різних рослинних олій та колоїдно-хімічних
властивостей дисперсій, фізико-механічних, термічних властивостей плівок і їх здатності до деградації.
Ключові слова: аніоноактивні поліуретани, ксантан, рослинні олії, деградація.
77ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 11
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини
останніх років розроблено способи хімічної модифікації рослинних олій. Це відкрило шлях
для отримання функціональних гідроксилвмісних похідних рослинних олій, які викорис-
товують як поліоли в синтезі ПУ [7—9].
Найдешевша і найпоширеніша серед рослинних олій у світі, у тому числі в Україні, це
пальмова олія (ПО), яка рекламується не лише як харчовий продукт, а й як відновлювана
сировина для промислового виробництва поліолів і ПУ [10]. ПО складається з ∼ 95 % три-
гліцеридів та інших компонентів, таких як дигліцериди, і характеризується збалансованою
насиченістю (∼50/50 % насичених/ненасичених вуглеводнів). Однак через відносно ви-
сокий рівень насичення ПО важче піддається хімічній модифікації порівняно з сильно не-
насиченими оліями, наприклад соєвою олією (СО) [11].
Часто в процесі модифікування рослинних олій утворюються побічні продукти реакції,
що вимагає додаткових енергетичних затрат на їх видалення та очищення готового продук-
ту [12]. Логічнішим є метод отримання гідроксилвмісних реакційноздатних олігомерів на
основі рослинних пальмової та соєвої олій реакцією гліцеролізу. Це дає змогу уникнути
використання шкідливих реагентів і передбачає безвідходне отримання гідроксилвмісних
реакційноздатних олігомерів.
Вміст природного компонента та гідрофільність полімеру, як було показано раніше
[13], значно впливають на його здатність до деградації за умов довкілля.
Метою дослідження було створення аніоноактивних поліуретанів (АПУ) з підвищеним
вмістом складової природного походження, що одночасно містять у складі макроланцюга
збільшену кількість рослинної олії (функціоналізованих пальмової та соєвої і немодифі-
кованої рицинової), а також ксантану (Кс), позаклітинного полісахариду бактерії Xantho-
monas campestris. Введення таких складових замість їх “нафтохімічних аналогів” за нормаль-
них умов використання поліуретанових матеріалів може спричинити як деяке зниження
їхніх експлуатаційних властивостей, так і їх підвищення, але в обох випадках сприятиме
процесу деградації ПУ-матеріалів за умов довкілля після закінчення терміну їх викорис-
тання. Все це гарантує отримання екологічно безпечних і економічно доцільних плівкот вір-
них АПУ, що здатні до деградації, у тому числі методом компостування.
Водну дисперсію іономерного ПУ з вмістом 45 % (мас.) рицинової олії (AПУ/РО45)
отримували аналогічно [13].
Ксантанвмісний іономерний поліуретан АПУ/РО45/Кс25 було синтезовано на базі
АПУ/РО45 шляхом введення Кс у вигляді сухого порошку (“Sigma”, (C35H49O29)n,
MM 2000000—50000000) у кількості 25 % сухого залишку на стадії подовження ланцюга [14].
Гідроксилвмісні реакційноздатні олії (ГРО) отримували реакцією гліцеролізу пальмо-
вої та соєвої олій за надлишку гліцерину в середовищі сухого аргону (Т = 230 °С, τ = 45 хв,
каталізатор — CaO). Продукти реакції розчиняли в діетиловому ефірі, промивали розчином
HCl і дистильованою водою. Розчини гідроксилвмісних рослинних олій (в подальшому ПО
та СО) сушили над безводним Na2SO4 до повного видалення розчинника [15]. Було отрима-
но АПУ на основі ПО та СО з вмістом 45 % (мас.) олії (АПУ/ПО45, АПУ/СО45) і АПУ на
основі цих ГРО та Кс (АПУ/ПО45/Кс25, АПУ/СО45/Кс25). Сумарний вміст природних ком-
понентів становить 70 %.
Як об’єкт порівняння синтезовано AПУ-матрицю, що не містить натуральних компо-
нентів. Властивості отриманих дисперсій та плівок наведено в табл. 1.
78 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 11
Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв
У зразках АПУ, систезованих на основі РО і модифікованих ПО та СО як компонентів
олігомерної складової, виявлено збільшення розмірів частинок (rсер) дисперсій порівняно з
АПУ-матрицею. Середній розмір частинок в АПУ/РО45 становить 587 нм, в АПУ/ПО45 —
127 нм, в АПУ/СО45 — 228 нм. Це пояснюється відмінністю стеричних розмірів молекул
олій, які розташовуються в послідовності: РО > ПО > СО, що певною мірою впливає на
розмір частинок дисперсій.
Зазначимо, що таке збільшення розміру частинок не впливає на стійкість дисперсій і,
отже, на формування плівок. Вочевидь, гідрофобні вуглеводневі ланцюжки рослинних олій
зумовлюють пухку структуру міцел, збільшуючи їх розмір, у результаті чого макромоле-
кули АПУ, розвертаючись, спричиняють підвищення ступеня дисоціації своїх іоногенних
груп, що перешкоджає агрегації частинок. Введення Кс у макромолекулярний ланцюг при-
водить до подальшого збільшення розміру частинок за рахунок великих стеричних розмірів
молекул Кс. рН дисперсій на основі модифікованих і немодифікованої рослинних олій
зсувається в лужний діапазон внаслідок участі залишків кислотних груп олій у реакціях
солеутворення з ТЕА. Після введення Кс рН дисперсій дещо знижується за рахунок наяв-
ності в Кс значної кількості кислих піровиноградних циклів.
Міцність (σ) та еластичність (ε) плівок на основі підвищеного вмісту рослинних олій
погіршується порівняно з АПУ-матрицею (див. табл. 1) внаслідок порушення системи вод-
невого асоціювання, пов’язаного з утворенням просторової полі(естер)уретанової струк-
тури, що підтверджується даними ІЧ спектроскопії [13], а саме: смуга поглинання асо-
ційованих карбонілів перевищує таку в неасоційованих і на смузі ν(С—О—С) з’являється
низькочастотне плече, що свідчить про водневе асоціювання гнучкосегментної складової
АПУ з вільними ОН-групами олії.
З введенням Кс в олієвмісні АПУ значно підвищуються міцнісні показники плівок не-
залежно від природи рослинної олії. У випадку АПУ/РО45/Кс25 міцність плівки підви-
щується в 3,7 раза, а порівняно з АПУ-матрицею — в 3,2 раза. Для АПУ/ПО45/Кс25 ці по-
казники вищі в 3,1 і 1,7 раза відповідно, а для АПУ/СО45/Кс25 — в 2,8 і 2 рази. Причина
цього полягає в підсиленні міжмолекулярних взаємодій: в ІЧ спектрах спостерігається пе-
рерозподіл інтенсивності смуг зв’язків асоційованих і неасоційованих С=О-груп за рахунок
Таблиця 1. Властивості водних дисперсій і плівок
Вміст природних сполук
в АПУ
Властивості
дисперсій
Властивості плівок
ПО, % РО, % СО, % Кс, % rсер, нм рН σ, МПа ε, % W, %
Гідроліз
КОН/НСl, %
Втрата маси
в грунті, %
— — — — 71 7,84 7,3 1470 2,6 0,10/0,22 3,0
— 45 — — 315 8,74 6,2 836 4,9 10,7/1,3 5,1
— 45 — 25 594 7,98 23,1 — 323 */6,8 93,2
45 — — — 127 8,12 4,1 493 198 16,4/2,8 10,3
45 — — 25 534 7,42 12,7 61 291 **/7,2 78,2
— — 45 — 228 8,23 5,2 270 168 14,1/1,9 9,4
— — 45 25 568 8,13 14,3 60 292 **/6,3 82,3
* Зразки плівок зруйнувалися частково. ** Повне руйнування плівок.
79ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 11
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини
їх асоціювання водневим зв’язком з ОН-групами Кс. Втрата еластичності Кс-вмісними
плівковими матеріалами зумовлена зниженням питомої ваги гнучкосегментної частини в їх
складі та стеричними перешкодами жорстких об’ємних молекул Кс. У разі значного під-
вищення вмісту Кс у полімерних системах плівки стають жорсткими і крихкими, що в ряді
випадків не дало можливості виміряти їх відносне подовження.
Водопоглинання визначається ступенем гідрофобності/гідрофільності поверхні полі-
меру та щільністю пакування його макромолекул. Водопоглинання плівок (W, за 24 год), що
містять Кс, незалежно від типу рослинної олії, значно перевищує цей показник АПУ-матриці
за рахунок наявності вільних полярних фрагментів у їх складі (карбоксильних і гідроксиль-
них), що надає зразкам підвищеної гідрофільності, а отже, і здатності до розкладання за
умов довкілля.
Результати кислотного та лужного гідролізу в модельних середовищах показали вплив
збільшеного вмісту модифікованих ПО і СО в макроланцюзі АПУ на підвищену схильність
зразків до лужного гідролізу (див. табл. 1), а наявність Кс у цих зразках обумовлює навіть
фрагментацію плівок. Втрата маси в результаті кислотного гідролізу Кс-вмісних плівок та-
кож перевищує ці показники олієвмісних плівок і значною мірою АПУ-матриці, що свід-
чить про підвищену схильність Кс-вмісних плівок до розкладання за природних умов за-
вдяки вбудовуванню Кс у структуру АПУ. Втрата маси при інкубуванні зразків у грунт на
6 міс. досягає максимального значення 93,2 % у випадку використання Кс і немодифіко-
ваної РО олії, що в 1,3 раза перевищує сумісний вміст цих природних компонентів у поліме-
рі. У зразках АПУ/ПО45/Кс25 і АПУ/СО45/Кс25 втрата маси становить 78,2 і 82,3 % від-
повідно, що також вище загального вмісту природних складових. Тобто спостерігається си-
нергічний ефект прискорення процесу деградації. Відбувається фрагментування полімеру,
до структури якого включені природні компоненти, а не вимивання незв’язаної з макролан-
цюгом речовини.
З метою оцінки впливу підвищеного вмісту поновлюваної природної сировини на тер-
мічні властивості АПУ було проведено термогравіметричні дослідження отриманих зразків
на прикладі РО та ПО шляхом динамічного термогравіметричного аналізу на деривато-
графі системи Паулік—Паулік—Ердеї в атмосфері повітря зі швидкістю зростання темпе-
ратури 10 °С/хв у інтервалі температур Ткімн — 800 °С. Наважки АПУ в керамічному тиглі
становили 100 мг. Чутливість каналів: ДТГ — 1 мкВ, ТГ — 500 мкВ. Дані наведено на ри-
сунку і в табл. 2.
Таблиця 2. Дані термоокиснювальної деструкції
Зразок
Температура та втрата маси (%)
зразком, оС Тм, °С
Втрата маси
за Тм, %
Тп, °С Тз °С
5 % 10 % 20 % 50 % 80 %
АПУ 269 306 359 411 435 415 54 245 572
АПУ/РО45 279 315 356 413 441 417 54 250 578
АПУ/ПО45 236 271 319 413 444 (319)424 (20)60 196 584
АПУ/РО45/Кс25 218 249 289 411 454 (258)418 (12)56 100 660
АПУ/ПО45/Кс25 216 247 275 414 457 (256)418 (13)53 113 700
80 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 11
Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв
Наявність РО в макроланцюзі майже не впливає на хід кривої втрати маси (ТГ) по-
рівняно з АПУ-матрицею, навіть трохи підвищує термостійкість на початковій стадій де-
струкції (див. рисунок, а, криві 1, 2). У свою чергу, за наявності в макроланцюзі ПО (див.
рисунок, б, криві 1, 2) значно знижується температура початку деструкції, а саме на 49 °C,
і прискорюється втрата маси на першій стадії в інтервалі температур 200—400 °С (див.
табл. 2). Так, зразок АПУ/ПО45 втрачає 5, 10 і 20 % маси при температурах, нижчих порів-
няно з АПУ-матрицею та АПУ/РО45 у середньому на 38, 39 і 38,5 °C відповідно. При темпе-
ратурі максимальної швидкості деструкції (Тм) зразки АПУ-матриці та АПУ/РО45 втра-
чають 54 % маси (415, 417 °C), тоді як АПУ/ПО45 — 60 % (424 °C) (див. рисунок, а, б, криві
ДТГ 1′, 2′). Також про прискорення швидкості деструкції АПУ/ПО45 свідчить поява на
кривій ДТГ додаткового піка при температурі 319 °C, який відсутній на дериватограмах
АПУ-матриці й АПУ/РО45.
За наявності Кс, незалежно від типу рослинної олії, значно знижується термостій-
кість як АПУ/РО45/Кс25, так і АПУ/ПО45/Кс25 (див. рисунок, криві 3′). При температурі
до 280 °C швидкість термоокиснювальної деструкції АПУ пропорційна швидкості дифузії
кисню до об’єму полімеру, що, в свою чергу, визначається ступенем щільності його макро-
молекул. Наявність у Кс великої кількості гідроксильних груп спричиняє зниження щіль-
ності пакування макромолекул і, відповідно, температури початку деструкції (Тп) Кс-вміс-
них полімерів порівняно з АПУ-матрицею на 145 і 132 °C, а порівняно з АПУ/РО45 і
АПУ/ПО45 — на 150 і 83 °С відповідно (див. табл. 2).
У температурному інтервалі 60—150 °С Кс-вмісні зразки інтенсивно втрачають масу за
рахунок втрати сорбційної води. З підвищенням температури процес деструкції прискорю-
ється і оліє/ксантанвмісні зразки втрачають 5, 10 та 20 % маси за умов значно нижчих тем-
ператур порівняно з АПУ-матрицею, АПУ/РО45 і АПУ/ПО45 (див. табл. 2). Про прискорен-
ня процесів деструкції на першій стадії (200—350 °С) свідчить і поява на кривих ДТГ (див.
рисунок, криві 3′) додаткових піків 258 °С (АПУ/РО45/Кс25) і 256 °С (АПУ/ПО45/Кс25).
За умов впливу цих температур зразки втрачають 12 і 13 % маси відповідно. Отже, проведе-
ні термічні дослідження підтверджують зниження термостійкості оліє/ксантанвмісних
Криві диференціального термогравіметричного аналізу ТГ (1, 2, 3) та ДТГ (1′, 2′, 3′):
а — АПУ (1), АПУ/РО45 (2), АПУ/РО45/Кс25 (3); б — АПУ(1), АПУ/ПО45 (2),
АПУ/ПО45/Кс25 (3)
81ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 11
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини
зразків, що є додатковим важелем впливу натуральних компонентів на здатність полімерів
деградувати за умов довкілля після закінчення терміну їх використання.
Проведені дослідження показали, що використання природних компонентів дає мож-
ливість регулювати властивості кінцевого полімеру. Так, наявність Кс підвищує міцнісні
характеристики плівок порівняно з АПУ-матрицею на основі традиційної нафтосировини
в 2,8 раза (АПУ/РО45/Кс25) та в 1,7 і 1,9 раза (АПУ/СО45/Кс25 і АПУ/ПО45/Кс25) відпо-
відно. Результати гідролітичних досліджень у модельних середовищах виявили, що втрата
маси в лужному середовищі олієвмісних АПУ значно вища порівняно з АПУ-матрицею.
Що стосується зразків з двома природними компонентами — рослинними оліями і Кс, то
вони взагалі зруйнувалися внаслідок лужного гідролізу.
Отже, створено аніоноактивні поліуретани з підвищеним до 70 % вмістом поновлюва-
ної сировини, а саме модифікованих пальмової та соєвої і немодифікованої рицинової
природних олій та екзополісахариду ксантану, що дає змогу, по-перше, контролювати їхні
експлуатаційні властивості залежно від призначення і, по-друге, певною мірою знизити
використання нафтосировини, що сприятиме покращенню стану довкілля за рахунок здат-
ності цих систем до розкладання під впливом факторів навколишнього середовища після
закінчення терміну їх використання.
Таким чином, регулюючи природу та вміст поновлюваної сировини, можна контро-
лювати властивості і процеси деградації екологічно безпечних і економічно доцільних біо-
деградуючих і здатних до компостування плівкотвірних іономерних ПУ.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Ionescu M. Polyester polyols for elastic polyurethanes. Chemistry and technology of polyols for polyurethanes.
Shawbury: Rapra Technology Limited, 2005. P. 263—294.
2. Philipp C., Eschi S. Waterborne polyurethane wood coatings based on rapeseed fatty acid methyl esters.
Prog. Org. Coat. 2012. 74, Iss. 4. P. 705—711. doi: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2011.09.028
3. Miao S., Wang P., Su Z., Zhang S. Vegetable-oil-based polymers as future polymeric biomaterials: a review.
Acta Biomater. 2014. 10, № 4. P. 1692—1704. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.08.040
4. Williams C.K., Hillmyer M.A. Polymers from renewable resources: a perspective for a special issue of polymer
reviews. Polym. Rev. 2008. 48, Iss. 1. P. 1—10. doi: https://doi.org/10.1080/15583720701834133
5. Petrović Z.S. Polyurethanes from vegetable oils. Polym. Rev. 2008. 48, Iss. 1. Р. 109—155. doi: https://doi.org /
10.1080/15583720701834224
6. Szycher M. Rigid polyurethane foams. Szycher’s handbook of polyurethanes. Boca Raton: CRC Press, 1999.
P. 257—308
7. Zhang C., Garrison T.F., Madbouly S.A., Kessler M.R. Recent advances in vegetable oil-based polymers and
their composites. Prog. Polym. Sci. 2017. 71. P. 91—143. doi:https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci. 2016.12.009
8. Desroches M., Escouvois M., Auvergne R., Caillol S., Boutevin B. From vegetable oils to polyurethanes:
synthetic routes to polyols and main industrial products. Polym. Rev. 2012. 52, Iss. 1. Р. 38—79. doi: https://
doi.org/10.1080/15583724.2011.640443
9. Alagi P., Choi Y.J., Hong S.C. Preparation of vegetable oil-based polyols with controlled hydroxyl
functionalities for thermoplastic polyurethane. Eur. Polym. J. 2016. 78. P. 46—60. doi: https://doi.org/
10.1016/j.eurpolymj.2016.03.003
10. Ong A.S., Goh S.H. Palm oil: a healthful and cost-effective dietary component. Food Nutr. Bull. 2002. 23, №1.
P. 11—22. doi: https://doi.org/10.1177/156482650202300102
11. Ferreira G.R., Braquehais J.R., Silva W.N., Machado F. Synthesis of soybean oil-based polymer lattices via
emulsion polymerization process. Ind. Crop. Prod. 2015. 65. P. 14—20. doi: https://doi.org/10.1016/j.
indcrop.2014.11.042
82 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 11
Т.В. Травінська, О.М. Брикова, Ю.В. Савельєв, Є.В. Лебедєв
12. Старух Г.Н., Левицкая С.И., Шистка Д.В., Брей В.В. Переэтерификация рапсового масла глицерином
на основных оксидах. Хімія, фізика та технологія поверхні. 2010. 1, № 2. С. 194—199.
13. Травінська Т.В., Брикова О.М., Савельєв Ю.В. Деградуючі іономерні поліуретани на основі рослинної
олії та полісахариду: отримання та властивості. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2016. № 12. С. 82—89. doi:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.12.082
14. Травинская Т.В., Брыкова А.Н., Бортницкий В.И., Савельев Ю.В. Получение и свойства (био)раз-
лагаемых иономерных полиуретанов на основе ксантана. Полімер. журн. 2014. 36, № 2. С. 393—400.
15. Янович И.В., Ахранович Е.Р., Марковская Л.А., Бортницкий В.И., Дмитриева Т.В., Савельев Ю.В.
Пено полиуретаны на основе природных полисахаридов: масс-спектрометрические исследования.
Полі мер. журн. 2012. 34, № 1. С. 68—74.
Надійшло до редакції 07.08.2018
REFERENCES
1. Ionescu, M. (2005). Polyester polyols for elastic polyurethanes. Chemistry and technology of polyols for
polyurethanes (pp. 263-294), Shawbury: Rapra Technology Limited.
2. Philipp, C. & Eschig, S. (2012). Waterborne polyurethane wood coatings based on rapeseed fatty acid methyl
esters. Prog. Org. Coat., 74, Iss. 4, pp. 705-711. doi: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2011.09.028
3. Miao, S., Wang, P., Su, Z. & Zhang, S. (2014). Vegetable-oil-based polymers as future polymeric biomaterials:
a review. Acta Biomater., 10, No. 4, pp. 1692-1704. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.08.040
4. Williams, C. K. & Hillmyer, M. A. (2008). Polymers from renewable resources: a perspective for a special issue
of polymer reviews. Polym. Rev., 48, Iss. 1, pp. 1-10. doi: https://doi.org/10.1080/15583720701834133
5. Petrović, Z. S. (2008). Polyurethanes from vegetable oils. Polym Rev., 48, Iss. 1, pp. 109-155. doi: https://doi.
org /10.1080/15583720701834224
6. Szycher, M. (1999). Rigid polyurethane foams. Szycher’s handbook of polyurethanes (pp. 257-308), Boca
Raton: CRC Press.
7. Zhang, C., Garriso, T. F., Madbouly, S. A. & Kesslеr, M. R. (2017). Recent advances in vegetable oil-based
polymers and their composites. Prog. Polym. Sci., 71, pp. 91-143. doi: https://doi.org/10.1016/j.
progpolymsci.2016.12.009
8. Desroches, M., Escouvois, M., Auvergne, R., Caillol, S. & Boutevin, B. (2012). From vegetable oils to
polyurethanes: synthetic routes to polyols and main industrial products. Polym. Rev., 52, Iss. 1, pp. 38-79.
doi: https://doi.org/10.1080/15583724.2011.640443
9. Alagi, P., Choi, Y. J. & Hong, S. C. (2016). Preparation of vegetable oil-based polyols with controlled hydr-
oxyl functionalities for thermoplastic polyurethane. Eur. Polym. J., 78, pp. 46-60. doi:https://doi.org/
10.1016/j.eurpolymj.2016.03.003
10. Ong, A. S. & Goh, S. H. (2002). Palm oil: a healthful and cost-effective dietary component. Food Nutr. Bull.,
23, No. 1, pp. 11-22. doi: https://doi.org/10.1177/156482650202300102
11. Ferreira, G. R., Braquehais, J. R., Silva, W. N. & Machado, F. (2015). Ind. Crop. Prod., 65, pp. 14-20. doi:
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.11.042
12. Starukh, G. N., Levytska, S. I., Shistka, D. V. & Brei, V. V. (2010). Transesterification of rapeseed oil by
glycerol over basic oxides. Khimiia, fizyka ta tekhnologiia poverkhni, 1, No. 2, pp. 194-199 (in Russian).
13. Travinskaya, Т. V., Brykova, А. N. & Savelyev, Yu. V. (2016). Degradable ionic polyurethanes based on
vegetable oil and polysaccharide: preparation and properties. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr., No. 12, pp. 82-89
(in Ukrainian). doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.12.082
14. Travinskaya, Т. V., Brykova, А. N., Bortnitsky, V. I. & Savelyev, Yu. V. (2014). Preparation and properties of
(bio)degradable ionomeric polyurethanes based on xanthan. Polim. Zhurn., 36, No. 4, pp. 393-400 (in
Russian).
15. Yanovych, I. V., Akhranovych, O. R., Markovska, L. A., Bortnitskii, V. I., Dmitrieva, T. V. & Savelyev, Yu. V.
(2012). Polyurethane foams based on natural polysaccharides: thermal mass spectrometry. Polim. Zhurn., 34,
No. 1, pp. 68-74 (in Russian).
Received 07.08.2018
83ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 11
Аніоноактивні поліуретани з підвищеним вмістом відновлюваної сировини
Т.В. Травинская, А.Н. Брыкова,
Ю.В. Савельев, Е.В. Лебедев
Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины, Киев
E-mail: travinskaya-tamara@rambler.ru
АНИОНОАКТИВНЫЕ ПОЛИУРЕТАНЫ С ПОВЫШЕННЫМ
СОДЕРЖАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ
Анионоактивные полиуретаны, разлагающиеся в условиях окружающей среды, синтезированы на основе
модифицированных реакционных олигомеров, полученных реакцией глицеролиза пальмового и соевого
масел без использования вредных реагентов, а также натурального касторового масла и экзополисахарида
ксантана. Массовая доля содержания натуральных компонентов в синтезированных полиуретанах состав-
ляет 70 %. Исследована взаимосвязь компонентного состава ксантансодержащих полиуретанов на основе
различных растительных масел и коллоидно-химических свойств дисперсий, физико-механических, тер-
мических свойств пленок и их способности к деградации.
Ключевые слова: анионоактивные полиуретаны, ксантан, растительные масла, деградация.
Т.V. Travinskaya, А.N. Brykova,
Yu.V. Savelyev, E.V. Lebedev
Institute of Macromolecular Chemistry of the NAS of Ukraine, Kiev
E-mail: travinskaya-tamara@rambler.ru
ANION-ACTIVE POLYURETHANES WITH INCREASED
CONTENT OF RENEWABLE RAW MATERIALS
Anionic polyurethanes (APU) degradable under environmental conditions have been synthesized on the basis
of modified reactive oligomers produced by the glycerolysis reaction of palm (PO) and soybean (SO) oils with-
out the use of harmful reagents, as well as natural castor oil (CO) and exopolysaccharide Xanthan (Xa). The mass
fraction of natural components in synthesized polyurethanes amounts 70 %. The relationship between the
component composition of Xa-containing polyurethanes on the basis of different vegetable oils and colloi dal-
chemical properties of dispersions, physico-mechanical and thermal properties of the films, and their ability to
the degradation have been investigated.
Keywords: anion-active polyurethanes, xanthan, vegetable oils, degradation.
|