Reacciones químicas básicas de la espuma de poliuretano
El poliuretano a veces se denomina PU, que es la abreviatura de poliuretano. Como sugiere su nombre, recibe su nombre del uretano formado por la reacción del isocianato y el compuesto hidroxilo como su eslabón de cadena característico. Pero, de hecho, hay muchas reacciones químicas involucradas en el poliuretano, especialmente en la espuma de poliuretano, y no hay muchas reacciones principales que sean realmente influyentes. La mayoría de las reacciones químicas del poliuretano están relacionadas con las propiedades químicas del isocianato NCO en los isocianatos. El NCO no solo puede reaccionar con compuestos de hidroxilo para formar carbamatos, sino que también puede reaccionar con otros compuestos de "hidrógeno activo" para formar diferentes enlaces químicos. Cambiando así la estructura del enlace químico y las propiedades del material del poliuretano.
El grupo activo de isocianato es isocianato NCO. La estructura electrónica de NCO muestra que tiene un fuerte efecto de resonancia. La reacción habitual es principalmente la reacción de adición del doble enlace carbono-nitrógeno. Los compuestos con hidrógeno activo atacan primero el átomo de nitrógeno de NCO, y otros átomos conectados al hidrógeno activo se agregan al átomo de carbono del grupo isocianato carbonilo. El compuesto de hidrógeno activo se refiere a un compuesto que puede reemplazar un átomo de hidrógeno por sodio metálico, incluyendo principalmente alcoholes que contienen hidroxilo, aminas que contienen amino, agua y similares.
Las principales reacciones del poliuretano se pueden dividir en reacción de polimerización, reacción de formación de espuma y reacción de reticulación según sus funciones.
1. Polimerización
Es decir (1) la reacción de isocianato e hidroxilo
El NCO del isocianato reacciona con el hidroxilo OH del alcohol (generalmente poliéter, poliéster u otro poliol) para formar poliuretano.
2. Reacción de formación de espuma
la reacción de isocianato y agua
El NCO del isocianato reacciona con el agua para formar primero ácido carbámico inestable, que luego se descompone en amina y dióxido de carbono.
3. Reacción de reticulación
Incluyendo (3) reacción de alofanato y (4) reacción de biuret
El hidrógeno del átomo de nitrógeno del grupo uretano reacciona con el NCO del isocianato para formar un alofanato. El hidrógeno en el átomo de nitrógeno del grupo urea en la diurea reacciona con el grupo isocianato del isocianato para formar un biuret.
Las dos reacciones anteriores (3) y (4) son reacciones de reticulación. En términos generales, la velocidad de reacción es relativamente lenta. En ausencia de un catalizador, la reacción debe llevarse a cabo a 110-130 grados. Cuanto más alta es la temperatura, más rápida es la velocidad de reacción. Además, debido a que los enlazadores alofanato y biuret no son muy estables, es decir (3) y (4) son reacciones reversibles.
En resumen, hay tres tipos de reacciones básicas de PU: la reacción (1) es una reacción de extensión de cadena o reacción de polimerización, la reacción (2) es una reacción de generación de gas o reacción de formación de espuma, y las reacciones (3) y (4) son reacciones de entrecruzamiento.
En el proceso de formación de espuma de PU, estas reacciones se llevan a cabo simultáneamente a una velocidad relativamente alta, y la mayoría de las reacciones se pueden completar en unos pocos minutos en condiciones de catalizador. Finalmente se forma una espuma de poliuretano de alto peso molecular y cierto grado de reticulación.
La reacción de polimerización y la reacción de reticulación son las reacciones principales en la formación del esqueleto de espuma de poliuretano, que se pueden denominar colectivamente como reacción de gel; mientras que la reacción de espumado es la reacción principal para el aumento del volumen del poliuretano y la formación de la fuente de gas de la estructura de espuma hueca.
El desarrollo y ajuste de todas las formulaciones de espuma de poliuretano, incluidos muchos problemas prácticos en la producción de espuma, son inseparables del equilibrio de la reacción de gel y la reacción de formación de espuma.
