Osnovne kemijske reakcije poliuretanske pjene
Poliuretan se ponekad naziva PU, što je skraćenica od poliuretana. Kao što ime govori, ime je dobio po uretanu nastalom reakcijom izocijanata i hidroksilnog spoja kao njegove karakteristične karike lanca. Ali u stvari, postoje mnoge kemijske reakcije uključene u poliuretan, posebno poliuretansku pjenu, a nema mnogo glavnih reakcija koje su stvarno utjecajne. Većina hemijskih reakcija poliuretana povezana je sa hemijskim svojstvima izocijanata NCO u izocijanatima. NCO ne može samo da reaguje sa hidroksilnim jedinjenjima da bi formirao karbamate, već i da reaguje sa drugim jedinjenjima "aktivnog vodonika" da bi formirao različite hemijske veze. Time se mijenja struktura kemijske veze i svojstva materijala poliuretana.
Aktivna grupa izocijanata je izocijanat NCO. Elektronska struktura NCO pokazuje da ima snažan rezonantni efekat. Uobičajena reakcija je uglavnom reakcija adicije dvostruke veze ugljik-dušik. Jedinjenja s aktivnim vodikom prvo napadaju atom dušika NCO, a drugi atomi povezani s aktivnim vodikom dodaju se atomu ugljika izocijanat karbonilne grupe. Aktivni vodikov spoj odnosi se na spoj koji može zamijeniti atom vodika metalnim natrijumom, 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 reaguje sa hidroksil OH alkohola (obično polieter, poliester ili drugi poliol) da bi se formirao poliuretan.
2. Reakcija pjene
reakcija izocijanata i vode
NCO izocijanata reagira s vodom i prvo formira nestabilnu karbaminsku kiselinu, koja se zatim razlaže na amin i ugljični dioksid.
3. Reakcija unakrsnog povezivanja
Uključujući (3) alofanatnu reakciju i (4) biuretnu reakciju
Vodik na atomu dušika uretanske grupe reagira s NCO izocijanata kako bi se formirao alofanat. Vodik na atomu dušika uree grupe u diureji reagira sa izocijanatnom grupom izocijanata da bi se formirao biuret.
Gore navedene dvije reakcije (3) i (4) su obje reakcije unakrsnog povezivanja. Uopšteno govoreći, brzina reakcije je relativno spora. U nedostatku katalizatora, reakciju treba izvesti na 110-130 stepenu. Što je temperatura viša, brzina reakcije je veća. Osim toga, zato što alofanatni i biuret linkeri nisu baš stabilni, odnosno (3) i (4) su reverzibilne reakcije.
Da sumiramo, postoje tri tipa osnovnih reakcija PU: reakcija (1) je reakcija produžetka lanca ili reakcija polimerizacije, reakcija (2) je reakcija stvaranja plina ili reakcija pjene, a reakcije (3) i (4) su reakcije unakrsnog povezivanja.
U procesu pjene PU, ove reakcije se odvijaju istovremeno pri relativno velikoj brzini, a većina reakcija se može završiti u roku od nekoliko minuta pod uvjetima katalizatora. Konačno se formira poliuretanska pjena visoke molekularne težine i određenog stupnja umrežavanja.
Reakcija polimerizacije i reakcija umrežavanja su glavne reakcije u formiranju kostura od poliuretanske pjene, koje se zajednički mogu nazvati gel reakcijom; dok je reakcija pjene glavna reakcija za povećanje volumena poliuretana i formiranje izvora plina šuplje pjenaste strukture.
Razvoj i prilagođavanje svih formulacija poliuretanske pjene, uključujući mnoge praktične probleme u proizvodnji pjene, neodvojivi su od ravnoteže reakcije gela i reakcije pjene.
