Grundläggande kemiska reaktioner av polyuretanskum
Polyuretan kallas ibland PU, vilket är förkortningen för polyuretan. Som namnet antyder är det uppkallat efter uretan bildad genom reaktionen av isocyanat och hydroxylförening som dess karakteristiska kedjelänk. Men i själva verket finns det många kemiska reaktioner som är involverade i polyuretan, särskilt polyuretanskum, och det finns inte många huvudreaktioner som verkligen är inflytelserika. De flesta av de kemiska reaktionerna av polyuretan är relaterade till de kemiska egenskaperna hos isocyanat NCO i isocyanater. NCO kan inte bara reagera med hydroxylföreningar för att bilda karbamater, utan också reagera med andra "aktiva väte" -föreningar för att bilda olika kemiska länkar. Därigenom förändras den kemiska bindningsstrukturen och materialegenskaperna hos polyuretan.
Den aktiva gruppen av isocyanat är isocyanat NCO. NCO: s elektroniska struktur visar att den har en stark resonanseffekt. Den vanliga reaktionen är huvudsakligen tillsatsreaktionen av kol-kväve dubbelbindning. Föreningar med aktivt väte attackerar först kväveatomen i NCO, och andra atomer kopplade till det aktiva vätet tillsätts till kolatomen i isocyanatkarbonylgruppen. Den aktiva väteföreningen avser en förening som kan ersätta en väteatom med metalliskt natrium, huvudsakligen inklusive hydroxylhaltiga alkoholer, aminohaltiga aminer, vatten och liknande.
Huvudreaktionerna av polyuretan kan delas in i polymerisationsreaktion, skumningsreaktion och tvärbindningsreaktion enligt deras funktioner.
1. Polymerisation
Det är (1) reaktionen av isocyanat och hydroxyl
NCO för isocyanat reagerar med hydroxyl OH av alkohol (vanligtvis polyeter, polyester eller annan polyol) för att bilda polyuretan.
2. Skummande reaktion
reaktionen av isocyanat och vatten
NCO för isocyanat reagerar med vatten för att bilda instabil karbaminsyra först, som sedan sönderdelas i amin och koldioxid.
3. Tvärbindningsreaktion
Inklusive (3) allofanatreaktion och (4) biuretreaktion
Vätet på kväveatomen i uretangruppen reagerar med isocyanatets NCO för att bilda ett allofanat. Vätet på kväveatomen i ureagruppen i diurea reagerar med isocyanatgruppen av isocyanatet för att bilda en biuret.
Ovanstående två reaktioner (3) och (4) är båda tvärbindningsreaktioner. Generellt sett är reaktionshastigheten relativt långsam. I avsaknad av en katalysator bör reaktionen utföras vid 110-130 °C. Ju högre temperatur desto snabbare reaktionshastighet. Dessutom, eftersom allofanat- och biuretlänkarna inte är särskilt stabila, det vill säga (3) och (4) är reversibla reaktioner.
Sammanfattningsvis finns det tre typer av grundläggande reaktioner av PU: reaktion (1) är en kedjeförlängningsreaktion eller polymerisationsreaktion, reaktion (2) är en gasgenereringsreaktion eller skumningsreaktion och reaktioner (3) och (4) är tvärbindningsreaktioner.
I skumningsprocessen av PU utförs dessa reaktioner samtidigt med relativt hög hastighet, och de flesta reaktionerna kan slutföras inom några minuter under katalysatorbetingelser. Slutligen bildas ett polyuretanskum med hög molekylvikt och en viss grad av tvärbindning.
Polymerisationsreaktionen och tvärbindningsreaktionen är de viktigaste reaktionerna vid bildandet av polyuretanskumskelettet, vilket kollektivt kan kallas gelreaktionen; medan skumreaktionen är huvudreaktionen för ökningen av polyuretanens volym och bildandet av gaskällan för den ihåliga skumstrukturen.
Utvecklingen och justeringen av alla formuleringar av polyuretanskum, inklusive många praktiska problem i skumproduktionen, är oskiljaktiga från balansen mellan gelreaktion och skumreaktion.
