Изоцианаты являются незаменимыми составляющими при производстве полиуретановых полимеров, применяемых в различных отраслях промышленности: от производства колес кабельных кранов и напыляемой теплоизоляции до изготовления обувных подошв и автомобильных сидений. Доля изоцианатов в полиуретановых материалах колеблется от 30 до 80%.
Производство изоцианатов
Изоцианаты – вещества, содержащие в своем составе функциональную NCO-группу. Высокая реакционная способность NCO-группы обуславливает широкое применение изоцианатов. Особенно легко протекают реакции с полиолом с образованием полиуретанов, полиаминами или водой с образованием полимочевины, мочевиной с образованием биуретов, и с уретанами с образованием аллофанатов.
В литературе описано множество методов лабораторного получения изоцианатов. И только один из них используют в промышленности - фосфогенирование соответствующих первичных аминов.
RNH2 + CОCl2 → RNCO + 2 HCl
В Дзержинске в 70-х годах был налажен выпуск полиизоцианата заводом «Корунд». Позднее были открыты производства полиизоцианатов на днепродзержинском «Азоте» и на новомосковском «Азоте».
12 тыс. тонн ежегодно производили вплоть до 1991 года для военно-промышленного комплекса. Производство остановилось с началом перестройки и больше не возобновлялось.
Сегодня в России изоцианаты не производят. Весь объем потребляемого сырья импортируется.
Мировыми производителями изоцианатов являются Wanhua Chemical Group (Китай), BASF (Германия), Bayer (Covestro, Германия), Huntsman Corporation (США), MCNS (Южная Корея), Dow (ОАЭ, США, Германия), BorsodChem Zrt (Венгрия).
Эти компании имеют в своем индустриальном кластере реактора для синтеза всей последовательной цепочки компонентов, начиная с бензола. Они сами производят нитробензол, анилин, фосген. Для производства требуется большое количество воды, поэтому все промышленные комплексы расположены вблизи больших водоемов.
Наиболее важные изоцианаты, выпускаемые в промышленном масштабе:
1) Ароматические ТДИ - 2,4 и 2,6 – толуилендиизоцианат и МДИ – 4,4 и 2,4 – дифенилметандиизоцианат (мономерный), полимерный МДИ.
2) Алифатический ГДИ – гексаметилендиизоцианат
3) Циклоалифатические ИФДИ – изофорондиизоцианат и Н12МДИ - 4,4'-диизоцианатодициклогексилметан
Диизоцианаты являются токсичными продуктами, поэтому предпочтительно превращение диизоцианатов в полиизоцианаты и преполимеры для безопасного обращения при работе и увеличения функциональности, что способствует увеличению плотности сшивки в полимере.
Сферы применения
ТДИ
Толуилендиизоцианат имеет 4 основных направления использования.
1) Основное применение – поролон для мебельной промышленности и формованные эластичные сидения, подушки, матрацы.
2) ТДИ используется в рецептурах полиуретановых покрытий для гидроизоляции кровель, окраски древесины, проволоки, а также для заводского окрашивания автомобилей в грунтовках для катодного электроосаждения. Покрытия на основе ТДИ имеют тенденцию к пожелтению под действием ультрафиолета, поэтому их применение ограничивается в финишных покрытиях особенно светлых оттенков.
3) Полиуретановые эластомеры на основе ТДИ позволяют заменить такие материалы, как резины, каучуки, пластики, цветные металлы, керамику, углеродистую сталь и др. Это позволило применять ТДИ-эластомеры для производства колес спецтехники, упругих износостойких частей машин и приборов (подшипники, упоры, демпферы, амортизаторы), виброизоляторов и элементов силовых приводов (ролики, барабаны, валы, ремни, катки).
4) Преполимеры на основе ТДИ-изоцианата и простых полиэфиров применяются в рецептурах полиуретановых герметиков чаще всего для заполнения стыков полов промышленных зданий.
МДИ
Основная область применения полиизоцианата МДИ - эластичные, полужесткие и жесткие пенополиуретаны, используемые для теплоизоляции жилых и промышленных зданий, холодильников, труб, сэндвич-панелей, в автомобильной промышленности для производства сидений, рулей и других деталей интерьера.
Из мономерного МДИ получают эластомерную полиуретановую нить (спандекс), ЛКМ, полиуретановые подошвы, эластомеры, волокна, искусственные кожи, адгезивы, воздушные фильтры автомобилей, покрытия спортивных площадок, медицинские расходные материалы.
ГДИ, ИФДИ, Н12МДИ
Алифатические и циклоалифатические изоцианаты устойчивы к действию ультрафиолета, основное их применение – ЛКМ. Из-за токсичности мономерных диизоцианатов в основном они используются в составах в виде производных – биуретов, аллофанатов, димеров, тримеров и преполимеров.
Полиизоцианаты на основе ГДИ чаще всего низковязкие, придают покрытиям эластичность. ИФДИ, Н12МДИ обеспечивают быстрое физическое высыхание, твердость покрытия, высокую стойкость к истиранию и химстойкостть, а составы на их основе высоковязкие.
Области применения алифатических изоцианатов – окраска древесины, мебели, металлов, пластмасс, бумаги и пленок, заводское окрашивание автомобилей.
