Poliuretāna putu galvenās ķīmiskās reakcijas
Poliuretānu dažreiz sauc par PU, kas ir poliuretāna saīsinājums. Kā norāda nosaukums, tas ir nosaukts pēc uretāna, kas veidojas izocianāta un hidroksilsavienojuma reakcijā kā tā raksturīgā ķēdes saite. Bet patiesībā poliuretānā, īpaši poliuretāna putās, ir iesaistītas daudzas ķīmiskas reakcijas, un nav daudz galveno reakciju, kas patiešām ietekmētu. Lielākā daļa poliuretāna ķīmisko reakciju ir saistītas ar izocianāta NCO ķīmiskajām īpašībām izocianātos. NCO var ne tikai reaģēt ar hidroksilsavienojumiem, veidojot karbamātus, bet arī reaģēt ar citiem "aktīvajiem ūdeņraža" savienojumiem, veidojot dažādas ķīmiskās saites. Tādējādi mainās poliuretāna ķīmiskās saites struktūra un materiāla īpašības.
Izocianāta aktīvā grupa ir izocianāts NCO. NCO elektroniskā struktūra parāda, ka tai ir spēcīga rezonanses efekts. Parastā reakcija galvenokārt ir oglekļa-slāpekļa dubultsaites pievienošanas reakcija. Savienojumi ar aktīvo ūdeņradi vispirms uzbrūk NCO slāpekļa atomam, un citi atomi, kas saistīti ar aktīvo ūdeņradi, tiek pievienoti izocianāta karbonilgrupas oglekļa atomam. Aktīvais ūdeņraža savienojums attiecas uz savienojumu, kas var aizstāt ūdeņraža atomu ar metālisku nātriju, galvenokārt ietverot hidroksilgrupu saturošus spirtus, aminogrupas saturošus amīnus, ūdeni un tamlīdzīgi.
Galvenās poliuretāna reakcijas pēc to funkcijām var iedalīt polimerizācijas reakcijā, putošanas reakcijā un šķērssavienojuma reakcijā.
1. Polimerizācija
Tas ir (1) izocianāta un hidroksila reakcija
Izocianāta NCO reaģē ar spirta hidroksil-OH (parasti poliēteri, poliesteru vai citu poliolu), veidojot poliuretānu.
2. Putošanas reakcija
izocianāta un ūdens reakcija
Izocianāta NCO reaģē ar ūdeni, vispirms veidojot nestabilu karbamīnskābi, kas pēc tam sadalās amīnā un oglekļa dioksīdā.
3. Šķērssaistīšanas reakcija
Ieskaitot (3) alofanāta reakciju un (4) biureta reakciju
Ūdeņradis uz uretāna grupas slāpekļa atoma reaģē ar izocianāta NCO, veidojot alofanātu. Ūdeņradis uz urīnvielas grupas slāpekļa atoma diurīnvielā reaģē ar izocianāta izocianāta grupu, veidojot biuretu.
Iepriekš minētās divas reakcijas (3) un (4) ir šķērssaistīšanas reakcijas. Vispārīgi runājot, reakcijas ātrums ir salīdzinoši lēns. Ja nav katalizatora, reakcija jāveic ar 110-130 grādu. Jo augstāka temperatūra, jo ātrāks reakcijas ātrums. Turklāt, tā kā alofanāta un biureta savienotāji nav ļoti stabili, tas ir, (3) un (4) ir atgriezeniskas reakcijas.
Rezumējot, ir trīs PU pamata reakciju veidi: reakcija (1) ir ķēdes pagarināšanas reakcija vai polimerizācijas reakcija, reakcija (2) ir gāzes veidošanās reakcija vai putošanas reakcija, un reakcija (3) un (4) ir šķērssaistīšanas reakcijas.
PU putošanas procesā šīs reakcijas tiek veiktas vienlaikus ar salīdzinoši lielu ātrumu, un lielāko daļu reakciju var pabeigt dažu minūšu laikā katalizatora apstākļos. Visbeidzot veidojas poliuretāna putas ar augstu molekulmasu un zināmu šķērssavienojumu.
Polimerizācijas reakcija un šķērssaistīšanas reakcija ir galvenās reakcijas putu poliuretāna karkasa veidošanā, ko kopā var saukt par gēla reakciju; savukārt putošanas reakcija ir galvenā reakcija poliuretāna tilpuma palielināšanai un dobās putu struktūras gāzes avota veidošanai.
Visu poliuretāna putu formulu izstrāde un pielāgošana, tostarp daudzas praktiskas problēmas putu ražošanā, nav atdalāmas no gēla reakcijas un putošanas reakcijas līdzsvara.
