Βασικές χημικές αντιδράσεις αφρού πολυουρεθάνης
Η πολυουρεθάνη μερικές φορές αναφέρεται ως PU, η οποία είναι η συντομογραφία της πολυουρεθάνης. Όπως υποδηλώνει το όνομα, πήρε το όνομά του από το ουρεθάνιο που σχηματίζεται από την αντίδραση του ισοκυανικού και υδροξυλίου ως χαρακτηριστικού συνδέσμου αλυσίδας. Αλλά στην πραγματικότητα, υπάρχουν πολλές χημικές αντιδράσεις που εμπλέκονται στην πολυουρεθάνη, ειδικά ο αφρός πολυουρεθάνης, και δεν υπάρχουν πολλές κύριες αντιδράσεις που έχουν πραγματικά επιρροή. Οι περισσότερες από τις χημικές αντιδράσεις της πολυουρεθάνης σχετίζονται με τις χημικές ιδιότητες του ισοκυανικού NCO στα ισοκυανικά άλατα. Το NCO μπορεί όχι μόνο να αντιδράσει με υδροξυλικές ενώσεις για να σχηματίσει καρβαμιά, αλλά και να αντιδράσει με άλλες ενώσεις "ενεργού υδρογόνου" για να σχηματίσει διαφορετικούς χημικούς δεσμούς. Με αυτόν τον τρόπο αλλάζοντας τη δομή του χημικού δεσμού και τις υλικές ιδιότητες της πολυουρεθάνης.
Η ενεργός ομάδα του ισοκυανικού άλατος είναι το ισοκυανικό NCO. Η ηλεκτρονική δομή του NCO δείχνει ότι έχει ισχυρό αποτέλεσμα αντηχίας. Η συνήθης αντίδραση είναι κυρίως η αντίδραση προσθήκης διπλού δεσμού άνθρακα-αζώτου. Ενώσεις με ενεργό υδρογόνο επιτίθενται πρώτα στο άτομο αζώτου του NCO και άλλα άτομα που συνδέονται με το ενεργό υδρογόνο προστίθενται στο άτομο άνθρακα της ισοκυανικής ομάδας ανθρακικού άλατος. Η δραστική ένωση υδρογόνου αναφέρεται σε μια ένωση που μπορεί να αντικαταστήσει ένα άτομο υδρογόνου από μεταλλικό νάτριο, κυρίως συμπεριλαμβανομένων των οινοπνεύματος που περιέχουν υδροξυλίου, αμινο-περιέχουν αμίνες, νερό και τα παρόμοια.
Οι κύριες αντιδράσεις της πολυουρεθάνης μπορούν να χωριστούν σε αντίδραση πολυμερισμού, αφρώδη αντίδραση και διασταυρούμενη αντίδραση σύμφωνα με τις λειτουργίες τους.
1. Πολυμερισμός
Δηλαδή (1) η αντίδραση του ισοκυανικού και υδροξυλίου
Το NCO του ισοκυανικού αντιδρά με το υδροξυλικό OH της αλκοόλης (συνήθως πολυεστερικός, πολυεστέρας ή άλλη πολυόλη) για να σχηματίσει πολυουρεθάνη.
2. Αφρώδης αντίδραση
η αντίδραση του ισοκυανικού και του νερού
Το NCO του ισοκυανικού αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει πρώτα ασταθές καρβαμικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια αποσυντίθεται σε αμίνη και διοξείδιο του άνθρακα.
3. Διασταυρούμενη αντίδραση
Συμπεριλαμβανομένης (3) αλλοφανικής αντίδρασης και (4) αντίδρασης του biuret
Το υδρογόνο στο άτομο αζώτου της ομάδας ουρεθανίου αντιδρά με το NCO του ισοκυανικού για να σχηματίσει αλλοφάνιο. Το υδρογόνο στο άτομο αζώτου της ομάδας ουρίας στην διορή αντιδρά με την ισοκυανική ομάδα του ισοκυανικού για να σχηματίσει ένα biuret.
Οι δύο παραπάνω αντιδράσεις (3) και (4) είναι και οι δύο διασταυρούσεις αντιδράσεων. Σε γενικές γραμμές, ο ρυθμός αντίδρασης είναι σχετικά αργός. Ελλείψει καταλύτη, η αντίδραση πρέπει να πραγματοποιείται στους 110-130 °C. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός αντίδρασης. Επιπλέον, επειδή οι σύνδεσμοι αλλοφάνης και biuret δεν είναι πολύ σταθεροί, δηλαδή (3) και (4) είναι αναστρέψιμες αντιδράσεις.
Συνοψίζοντας, υπάρχουν τρεις τύποι βασικών αντιδράσεων του PU: η αντίδραση (1) είναι μια αντίδραση επέκτασης αλυσίδας ή αντίδραση πολυμερισμού, η αντίδραση (2) είναι αντίδραση παραγωγής αερίου ή αφρώδης αντίδραση και οι αντιδράσεις (3) και (4) είναι διασταυρούμενη αντίδραση.
Στη διαδικασία αφρισμού του PU, αυτές οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται ταυτόχρονα με σχετικά υψηλή ταχύτητα και οι περισσότερες αντιδράσεις μπορούν να ολοκληρωθούν μέσα σε λίγα λεπτά υπό συνθήκες καταλύτη. Τέλος, σχηματίζεται αφρός πολυουρεθάνης υψηλού μοριακού βάρους και ορισμένος βαθμός διασταυρούμενης σύνδεσης.
Η αντίδραση πολυμερισμού και η αντίδραση διασταυρούμενης σύνδεσης είναι οι κύριες αντιδράσεις στο σχηματισμό του σκελετού αφρού πολυουρεθάνης, ο οποίος μπορεί συλλογικά να αναφέρεται ως αντίδραση πηκτώματος. ενώ η αφρώδης αντίδραση είναι η κύρια αντίδραση για την αύξηση του όγκου του πολυουρεθάνης και το σχηματισμό της πηγής αερίου της δομής του κοίλου αφρού.
Η ανάπτυξη και η ρύθμιση όλων των σκευασμάτων αφρού πολυουρεθάνης, συμπεριλαμβανομένων πολλών πρακτικών προβλημάτων στην παραγωγή αφρού, είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ισορροπία της αντίδρασης πηκτώματος και της αφρώδους αντίδρασης.
