Основные химические реакции пенополиуретана
Полиуретан иногда называют ПУ, что является аббревиатурой от полиуретана. Как следует из названия, он назван в честь уретана, образованного реакцией изоцианата и гидроксильного соединения в качестве характерного звена цепи. Но на самом деле с полиуретаном, особенно пенополиуретаном, связано много химических реакций, и не так много основных реакций, которые действительно оказывают влияние. Большинство химических реакций полиуретана связано с химическими свойствами изоцианата NCO в изоцианатах. NCO может не только реагировать с гидроксильными соединениями с образованием карбаматов, но также реагировать с другими соединениями «активного водорода» с образованием различных химических связей. Тем самым изменяется структура химической связи и свойства материала полиуретана.
Активной группой изоцианата является изоцианат NCO. Электронная структура NCO показывает, что он обладает сильным резонансным эффектом. Обычной реакцией является в основном реакция присоединения двойной связи углерод-азот. Соединения с активным водородом сначала атакуют атом азота NCO, а другие атомы, связанные с активным водородом, присоединяются к атому углерода карбонильной группы изоцианата. Соединение активного водорода относится к соединению, которое может замещать атом водорода металлическим натрием, в основном включая гидроксилсодержащие спирты, аминосодержащие амины, воду и т.п.
Основные реакции полиуретана можно разделить на реакцию полимеризации, реакцию вспенивания и реакцию сшивки в соответствии с их функциями.
1. Полимеризация
То есть (1) реакция изоцианата и гидроксила
NCO изоцианата реагирует с гидроксилом OH спирта (обычно простого полиэфира, сложного полиэфира или другого полиола) с образованием полиуретана.
2. Реакция пенообразования
реакция изоцианата и воды
NCO изоцианата реагирует с водой сначала с образованием нестабильной карбаминовой кислоты, которая затем разлагается на амин и диоксид углерода.
3. Реакция сшивки
Включая (3) аллофанатную реакцию и (4) биуретовую реакцию
Водород у атома азота уретановой группы реагирует с NCO изоцианата с образованием аллофаната. Водород на атоме азота группы мочевины в димочевине реагирует с изоцианатной группой изоцианата с образованием биурета.
Вышеупомянутые две реакции (3) и (4) обе представляют собой реакции сшивки. Вообще говоря, скорость реакции относительно низкая. В отсутствие катализатора реакцию следует проводить при 110-130 град. Чем выше температура, тем выше скорость реакции. Кроме того, поскольку аллофанатные и биуретовые линкеры не очень стабильны, то есть реакции (3) и (4) являются обратимыми.
Подводя итог, можно сказать, что существует три типа основных реакций ПУ: реакция (1) представляет собой реакцию удлинения цепи или реакцию полимеризации, реакцию (2) представляет собой реакцию газообразования или реакцию вспенивания, а реакции (3) и (4) являются реакции сшивания.
В процессе вспенивания ПУ эти реакции протекают одновременно с относительно высокой скоростью, и большинство реакций можно завершить в течение нескольких минут в условиях катализатора. В итоге образуется пенополиуретан с высокой молекулярной массой и определенной степенью сшивки.
Реакция полимеризации и реакция сшивания являются основными реакциями в формировании скелета пенополиуретана, которые в совокупности можно назвать реакцией геля; в то время как реакция вспенивания является основной реакцией увеличения объема полиуретана и образования источника газа полой пенопластовой структуры.
Разработка и корректировка всех рецептур пенополиуретанов, включая многие практические проблемы производства пенопластов, неотделимы от баланса гелевой реакции и реакции пенообразования.
