Polyuretaanivaahdon kemialliset perusreaktiot
Polyuretaania kutsutaan joskus PU: ksi, joka on polyuretaanin lyhenne. Kuten nimestä voi päätellä, se on nimetty isosyanaatin ja hydroksyyliyhdisteen reaktion muodostaman uretaanin mukaan sen ominaisena ketjulinkkinä. Mutta itse asiassa polyuretaaniin, erityisesti polyuretaanivaahtoon, liittyy monia kemiallisia reaktioita, eikä ole monia tärkeimpiä reaktioita, jotka ovat todella vaikuttavia. Suurin osa polyuretaanin kemiallisista reaktioista liittyy isosyanaatin NCO: n kemiallisiin ominaisuuksiin isosyanaateissa. NCO ei voi vain reagoida hydroksyyliyhdisteiden kanssa karbamaattien muodostamiseksi, vaan myös reagoida muiden "aktiivisten vety" yhdisteiden kanssa erilaisten kemiallisten linkkien muodostamiseksi. Näin muutetaan polyuretaanin kemiallista sidosrakennetta ja materiaaliominaisuuksia.
Isosyanaatin aktiivinen ryhmä on isosyanaatti NCO. NCO: n elektroninen rakenne osoittaa, että sillä on voimakas resonanssivaikutus. Tavallinen reaktio on pääasiassa hiili-typpi-kaksoissidoksen lisäysreaktio. Yhdisteet, joissa on aktiivinen vety, hyökkäävät ensin NCO: n typpiatomiin, ja muita aktiiviseen vetyyn liittyviä atomeja lisätään isosyanaattikarbonyyliryhmän hiiliatomiin. Aktiivinen vetyyhdiste viittaa yhdisteeseen, joka voi korvata vetyatomin metallisella natriumilla, pääasiassa sisältäen hydroksyyliä sisältäviä alkoholeja, aminoa sisältäviä amiineja, vettä ja vastaavia.
Polyuretaanin tärkeimmät reaktiot voidaan jakaa polymerointireaktioon, vaahtoavaan reaktioon ja ristiinsidon reaktioon niiden toimintojen mukaan.
1. Polymerointi
Toisin sanoen (1) isosyanaatin ja hydroksyylin reaktio
Isosyanaatin NCO reagoi alkoholin hydroksyyli-OH: n (yleensä polyeetterin, polyesterin tai muun polyolin) kanssa polyuretaanin muodostamiseksi.
2. Vaahtoava reaktio
isosyanaatin ja veden reaktio
Isosyanaatin NCO reagoi veden kanssa muodostaakseen ensin epävakaan karbamiinihapon, joka sitten hajoaa amiiniksi ja hiilidioksidiksi.
3. Ristiinlinkityksen reaktio
Mukaan lukien (3) allofanaattireaktio ja (4) biureettireaktio
Uretaaniryhmän typpiatomin vety reagoi isosyanaatin NCO: n kanssa allofanaatin muodostamiseksi. Diurean urearyhmän typpiatomin vety reagoi isosyanaatin isosyanaattiryhmän kanssa biureetin muodostamiseksi.
Edellä mainitut kaksi reaktiota (3) ja (4) ovat molemmat toisiinsa liittyviä reaktioita. Yleisesti ottaen reaktionopeus on suhteellisen hidas. Jos katalyyttiä ei ole, reaktio on suoritettava 110-130 °C:ssa. Mitä korkeampi lämpötila, sitä nopeampi reaktionopeus. Lisäksi, koska allofanaatti- ja biureettilinkkerit eivät ole kovin vakaita, toisin sanoen (3) ja (4) ovat palautuvia reaktioita.
Yhteenvetona voidaan todeta, että PU: lla on kolmenlaisia perusreaktioita: reaktio (1) on ketjun laajennusreaktio tai polymerointireaktio, reaktio (2) on kaasuntuotannon reaktio tai vaahtoava reaktio, ja reaktiot (3) ja (4) ovat ristikkäisiä reaktioita.
PU: n vaahtoamisprosessissa nämä reaktiot suoritetaan samanaikaisesti suhteellisen suurella nopeudella, ja suurin osa reaktioista voidaan suorittaa muutamassa minuutissa katalyyttiolosuhteissa. Lopuksi muodostuu polyuretaanivaahto, jolla on suuri molekyylipaino ja tietty ristiinlinkitysaste.
Polymerointireaktio ja ristiinlinkitysreaktio ovat tärkeimmät reaktiot polyuretaanivaahahdon luurangon muodostumisessa, jota voidaan yhdessä kutsua geelireaktioksi; kun taas vaahtoava reaktio on tärkein reaktio polyuretaanin tilavuuden lisäämiseksi ja onton vaahtorakenteen kaasulähteen muodostumiseen.
Kaikkien polyuretaanivaahdon formulaatioiden kehittäminen ja säätäminen, mukaan lukien monet käytännön ongelmat vaahdon tuotannossa, ovat erottamattomia geelireaktion ja vaahtoavan reaktion tasapainosta.
