Основни химични реакции на полиуретанова пяна
Полиуретанът понякога се нарича PU, което е съкращението на полиуретан. Както подсказва името, той е кръстен на уретан, образуван от реакцията на изоцианат и хидроксилно съединение като негова характерна верижна връзка. Но всъщност има много химични реакции, участващи в полиуретана, особено полиуретанова пяна, и няма много основни реакции, които са наистина влиятелни. Повечето от химичните реакции на полиуретана са свързани с химичните свойства на изоцианат NCO в изоцианатите. NCO може не само да реагира с хидроксилни съединения, за да образува карбамати, но и да реагира с други съединения на "активен водород", за да образува различни химични връзки. По този начин се променя структурата на химическата връзка и свойствата на материала на полиуретана.
Активната група на изоцианата е изоцианат NCO. Електронната структура на NCO показва, че има силен резонансен ефект. Обичайната реакция е главно реакцията на присъединяване на двойна връзка въглерод-азот. Съединенията с активен водород първо атакуват азотния атом на NCO и други атоми, свързани с активния водород, се добавят към въглеродния атом на изоцианатната карбонилна група. Активното водородно съединение се отнася до съединение, което може да замести водороден атом с метален натрий, главно включително хидроксил-съдържащи алкохоли, амино-съдържащи амини, вода и други подобни.
Основните реакции на полиуретана могат да бъдат разделени на реакция на полимеризация, реакция на разпенване и реакция на омрежване според техните функции.
1. Полимеризация
Това е (1) реакцията на изоцианат и хидроксил
NCO на изоцианата реагира с хидроксилния OH на алкохола (обикновено полиетер, полиестер или друг полиол) за образуване на полиуретан.
2. Реакция на разпенване
реакцията на изоцианат и вода
NCO на изоцианата реагира с вода, за да образува първо нестабилна карбамова киселина, която след това се разлага на амин и въглероден диоксид.
3. Реакция на омрежване
Включително (3) алофанатна реакция и (4) биуретна реакция
Водородът върху азотния атом на уретановата група реагира с NCO на изоцианата, за да образува алофанат. Водородът върху азотния атом на карбамидната група в диуреята реагира с изоцианатната група на изоцианата, за да образува биурет.
Горните две реакции (3) и (4) са и двете реакции на омрежване. Най-общо казано, скоростта на реакцията е сравнително бавна. При липса на катализатор реакцията трябва да се проведе при 110-130 степен. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бърза е скоростта на реакцията. Освен това, тъй като алофанатните и биуретните линкери не са много стабилни, тоест (3) и (4) са обратими реакции.
За да обобщим, има три типа основни реакции на PU: реакция (1) е реакция на удължаване на веригата или реакция на полимеризация, реакция (2) е реакция на генериране на газ или реакция на разпенване, а реакции (3) и (4) са реакции на кръстосано свързване.
В процеса на разпенване на PU тези реакции се извършват едновременно при относително висока скорост и повечето от реакциите могат да бъдат завършени в рамките на няколко минути при условия на катализатор. Накрая се образува полиуретанова пяна с високо молекулно тегло и известна степен на омрежване.
Реакцията на полимеризация и реакцията на омрежване са основните реакции при образуването на скелета от полиуретанова пяна, които общо могат да бъдат наричани гел реакция; докато реакцията на разпенване е основната реакция за увеличаване на обема на полиуретана и образуването на газов източник на куха пяна структура.
Разработването и настройката на всички формулировки на полиуретанова пяна, включително много практически проблеми при производството на пяна, са неделими от баланса на реакцията на гел и реакцията на разпенване.
