Osnovne kemijske reakcije poliuretanske pjene
Poliuretan se ponekad naziva PU, što je skraćenica od poliuretana. Kao što ime sugerira, ime je dobio po uretanu nastalom reakcijom izocijanata i hidroksilnog spoja kao karakterističnoj karici lanca. Ali zapravo, postoje mnoge kemijske reakcije uključene u poliuretan, posebno poliuretansku pjenu, a nema mnogo glavnih reakcija koje su stvarno utjecajne. Većina kemijskih reakcija poliuretana povezana je s kemijskim svojstvima izocijanata NCO u izocijanatima. NCO ne može samo reagirati s hidroksilnim spojevima kako bi nastao karbamate, već također može reagirati s drugim spojevima "aktivnog vodika" kako bi se stvorile različite kemijske veze. Time se mijenja struktura kemijske veze i svojstva materijala poliuretana.
Aktivna skupina izocijanata je izocijanat NCO. Elektronička struktura dočasnika pokazuje da ima snažan rezonantni učinak. Uobičajena reakcija je uglavnom reakcija adicije dvostruke veze ugljik-dušik. Spojevi s aktivnim vodikom prvo napadaju dušikov atom NCO, a drugi atomi povezani s aktivnim vodikom dodaju se ugljikovom atomu izocijanat karbonilne skupine. Aktivni vodikov spoj odnosi se na spoj koji može zamijeniti atom vodika metalnim natrijem, uglavnom uključujući alkohole koji sadrže hidroksil, amine koji sadrže amino, vodu i slično.
Glavne reakcije poliuretana mogu se podijeliti na reakciju polimerizacije, reakciju pjene i reakciju umrežavanja prema njihovim funkcijama.
1. Polimerizacija
To je (1) reakcija izocijanata i hidroksila
NCO izocijanata reagira s hidroksil OH alkohola (obično polieter, poliester ili drugi poliol) da nastane poliuretan.
2. Reakcija pjene
reakcija izocijanata i vode
NCO izocijanata reagira s vodom i najprije tvori nestabilnu karbaminsku kiselinu, koja se zatim razlaže na amin i ugljični dioksid.
3. Reakcija umrežavanja
Uključujući (3) alofanatnu reakciju i (4) biuretnu reakciju
Vodik na atomu dušika uretanske skupine reagira s NCO izocijanata da nastane alofanat. Vodik na atomu dušika uree skupine u diureji reagira s izocijanatnom skupinom izocijanata da nastane biuret.
Gornje dvije reakcije (3) i (4) su obje reakcije unakrsnog povezivanja. Općenito govoreći, brzina reakcije je relativno spora. U nedostatku katalizatora, reakciju treba provesti na 110-130 stupnju. Što je temperatura viša, brzina reakcije je brža. Osim toga, budući da alofanatni i biuretni linkeri nisu jako stabilni, to će reći (3) i (4) su reverzibilne reakcije.
Ukratko, postoje tri vrste osnovnih reakcija PU: reakcija (1) je reakcija produljenja lanca ili reakcija polimerizacije, reakcija (2) je reakcija stvaranja plina ili reakcija pjene, a reakcije (3) i (4) su reakcije umrežavanja.
U procesu pjenjenje PU, te se reakcije provode istovremeno pri relativno velikoj brzini, a većina reakcija može se završiti unutar nekoliko minuta pod uvjetima katalizatora. Konačno se formira poliuretanska pjena visoke molekularne težine i određenog stupnja umrežavanja.
Reakcija polimerizacije i reakcija umrežavanja glavne su reakcije u formiranju kostura poliuretanske pjene, koje se zajednički mogu nazvati gel reakcijom; dok je reakcija pjene glavna reakcija za povećanje volumena poliuretana i stvaranje izvora plina šuplje pjenaste strukture.
Razvoj i prilagodba svih formulacija poliuretanske pjene, uključujući mnoge praktične probleme u proizvodnji pjene, neodvojivi su od ravnoteže reakcije gela i reakcije pjene.
