Reaccions químiques bàsiques de l'escuma de poliuretà
El poliuretà de vegades es coneix com PU, que és l'abreviatura de poliuretà. Com el seu nom indica, rep el nom de l'uretà format per la reacció d'isocianat i compost hidroxil com a enllaç de cadena característic. Però de fet, hi ha moltes reaccions químiques implicades en el poliuretà, especialment l'escuma de poliuretà, i no hi ha moltes reaccions principals que siguin realment influents. La majoria de les reaccions químiques del poliuretà estan relacionades amb les propietats químiques de l'isocianat NCO en els isocianats. NCO no només pot reaccionar amb compostos hidroxil per formar carbamats, sinó que també reacciona amb altres compostos d'"hidrogen actiu" per formar diferents enllaços químics. Canviant així l'estructura de l'enllaç químic i les propietats del material del poliuretà.
El grup actiu dels isocianats és l'isocianat NCO. L'estructura electrònica de NCO mostra que té un fort efecte de ressonància. La reacció habitual és principalment la reacció d'addició de doble enllaç carboni-nitrogen. Els compostos amb hidrogen actiu ataquen primer l'àtom de nitrogen de NCO i altres àtoms connectats a l'hidrogen actiu s'afegeixen a l'àtom de carboni del grup carbonil isocianat. El compost d'hidrogen actiu es refereix a un compost que pot substituir un àtom d'hidrogen per sodi metàl·lic, incloent principalment alcohols que contenen hidroxil, amines que contenen amino, aigua i similars.
Les reaccions principals del poliuretà es poden dividir en reacció de polimerització, reacció d'escuma i reacció de reticulació segons les seves funcions.
1. Polimerització
És a dir (1) la reacció d'isocianat i hidroxil
El NCO de l'isocianat reacciona amb l'hidroxil OH de l'alcohol (normalment polièter, polièster o un altre poliol) per formar poliuretà.
2. Reacció d'escuma
la reacció de l'isocianat i l'aigua
El NCO de l'isocianat reacciona amb l'aigua per formar primer àcid carbàmic inestable, que després es descompon en amina i diòxid de carboni.
3. Reacció de reticulació
Inclou (3) la reacció al·lofanat i (4) la reacció del biuret
L'hidrogen de l'àtom de nitrogen del grup uretà reacciona amb el NCO de l'isocianat per formar un al·lofanat. L'hidrogen de l'àtom de nitrogen del grup urea de la diurea reacciona amb el grup isocianat de l'isocianat per formar un biuret.
Les dues reaccions anteriors (3) i (4) són totes dues reaccions de reticulació. En termes generals, la velocitat de reacció és relativament lenta. En absència d'un catalitzador, la reacció s'ha de dur a terme a 110-130 graus. Com més alta sigui la temperatura, més ràpida serà la velocitat de reacció. A més, com que els enllaços al·lofanat i biuret són poc estables, és a dir (3) i (4) són reaccions reversibles.
En resum, hi ha tres tipus de reaccions bàsiques de PU: la reacció (1) és una reacció d'extensió de cadena o reacció de polimerització, la reacció (2) és una reacció de generació de gas o reacció d'escuma, i les reaccions (3) i (4) són reaccions d'enllaç creuat.
En el procés d'escuma de PU, aquestes reaccions es duen a terme simultàniament a una velocitat relativament alta, i la majoria de les reaccions es poden completar en pocs minuts en condicions de catalitzador. Finalment, es forma una escuma de poliuretà d'alt pes molecular i un cert grau de reticulació.
La reacció de polimerització i la reacció de reticulació són les principals reaccions en la formació de l'esquelet d'escuma de poliuretà, que es pot denominar col·lectivament com la reacció del gel; mentre que la reacció d'escuma és la reacció principal per a l'augment del volum del poliuretà i la formació de la font de gas de l'estructura d'escuma buida.
El desenvolupament i l'ajust de totes les formulacions d'escuma de poliuretà, inclosos molts problemes pràctics en la producció d'escuma, són inseparables de l'equilibri de la reacció del gel i la reacció de l'escuma.
