A poliuretánhab alapvető kémiai reakciói
A poliuretánt néha PU-nak nevezik, ami a poliuretán rövidítése. Ahogy a neve is sugallja, az izocianát és a hidroxilvegyület reakciója során keletkező uretánról kapta, mint jellegzetes láncszemét. Valójában azonban sok kémiai reakció vesz részt a poliuretánban, különösen a poliuretán habban, és nincs sok olyan fő reakció, amely igazán befolyásolná. A poliuretán kémiai reakcióinak többsége az izocianátokban lévő NCO izocianát kémiai tulajdonságaihoz kapcsolódik. Az NCO nemcsak hidroxilvegyületekkel léphet reakcióba karbamátokat képezve, hanem más "aktív hidrogén" vegyületekkel is reagálhat különböző kémiai kötések kialakítására. Ezáltal megváltozik a poliuretán kémiai kötésszerkezete és anyagtulajdonságai.
Az izocianát aktív csoportja az izocianát NCO. Az NCO elektronikus szerkezete azt mutatja, hogy erős rezonanciahatása van. A szokásos reakció főleg szén-nitrogén kettős kötés addíciós reakciója. Az aktív hidrogént tartalmazó vegyületek először az NCO nitrogénatomját támadják meg, és az aktív hidrogénhez kapcsolódó további atomok az izocianát-karbonilcsoport szénatomjához adódnak. Az aktív hidrogénvegyület olyan vegyületre vonatkozik, amely egy hidrogénatomot fémes nátriummal helyettesíthet, beleértve a hidroxil-tartalmú alkoholokat, amino-tartalmú aminokat, vizet és hasonlókat.
A poliuretán főbb reakciói funkcióik szerint polimerizációs reakcióra, habosítási reakcióra és térhálósító reakcióra oszthatók.
1. Polimerizáció
Ez (1) az izocianát és a hidroxil reakciója
Az izocianát NCO-ja reagál az alkohol (általában poliéter, poliészter vagy más poliol) hidroxil-OH-jával, és poliuretánt képez.
2. Habzási reakció
izocianát és víz reakciója
Az izocianát NCO-ja vízzel reagálva először instabil karbaminsavat képez, amely azután aminra és szén-dioxidra bomlik.
3. Térhálósító reakció
Beleértve (3) allofanát reakciót és (4) biuret reakciót
Az uretáncsoport nitrogénatomján lévő hidrogén reakcióba lép az izocianát NCO-jával, és allofanátot képez. A dikarbamidban lévő karbamidcsoport nitrogénatomján lévő hidrogén reakcióba lép az izocianát izocianátcsoportjával, és biuretet képez.
A fenti két reakció (3) és (4) egyaránt térhálósító reakció. Általánosságban elmondható, hogy a reakció sebessége viszonylag lassú. Katalizátor hiányában a reakciót 110-130 fokon kell végrehajtani. Minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabb a reakciósebesség. Ezen túlmenően, mivel az allofanát és biuret linkerek nem túl stabilak, vagyis a (3) és (4) reverzibilis reakciók.
Összefoglalva, a PU-nak háromféle alapvető reakciója van: az (1) reakció lánchosszabbító reakció vagy polimerizációs reakció, a (2) reakció gázképződési reakció vagy habzási reakció, és a (3) és (4) reakció térhálósító reakciók.
A PU habosítási folyamatában ezek a reakciók egyidejűleg, viszonylag nagy sebességgel mennek végbe, és katalizátoros körülmények között a legtöbb reakció néhány percen belül lezajlik. Végül nagy molekulatömegű és bizonyos fokú térhálósodással rendelkező poliuretán hab képződik.
A polimerizációs reakció és a térhálósítási reakció a fő reakciók a poliuretánhabváz kialakulásában, amelyet együttesen gélreakciónak nevezhetünk; míg a habosítási reakció a fő reakció a poliuretán térfogatának növeléséhez és az üreges habszerkezet gázforrásának kialakulásához.
A poliuretán hab minden készítményének fejlesztése és beállítása, beleértve a habgyártás számos gyakorlati problémáját, elválaszthatatlan a gélreakció és a habosodási reakció egyensúlyától.
