التفاعلات الكيميائية الأساسية لرغوة البولي يوريثان
يشار أحيانًا إلى البولي يوريثين باسم PU ، وهو اختصار لمادة البولي يوريثين. كما يوحي الاسم ، تمت تسميته على اسم اليوريثان الناتج عن تفاعل مركب الإيزوسيانات والهيدروكسيل باعتباره رابط السلسلة المميز. ولكن في الواقع ، هناك العديد من التفاعلات الكيميائية التي تدخل في مادة البولي يوريثين ، وخاصة رغوة البولي يوريثان ، ولا توجد العديد من التفاعلات الرئيسية المؤثرة حقًا. ترتبط معظم التفاعلات الكيميائية للبولي يوريثين بالخصائص الكيميائية لـ isocyanate NCO في isocyanates. لا يمكن أن يتفاعل NCO فقط مع مركبات الهيدروكسيل لتكوين الكربامات ، ولكنه يتفاعل أيضًا مع مركبات "الهيدروجين النشط" الأخرى لتشكيل روابط كيميائية مختلفة. وبالتالي تغيير هيكل الرابطة الكيميائية وخصائص المواد من البولي يوريثين.
المجموعة النشطة من isocyanate هي isocyanate NCO. يوضح الهيكل الإلكتروني لـ NCO أن له تأثير صدى قوي. التفاعل المعتاد هو بشكل أساسي تفاعل إضافة الرابطة المزدوجة بين الكربون والنيتروجين. تهاجم المركبات التي تحتوي على الهيدروجين النشط أولاً ذرة النيتروجين في NCO ، وتضاف الذرات الأخرى المتصلة بالهيدروجين النشط إلى ذرة الكربون في مجموعة إيزوسيانات كربونيل. يشير مركب الهيدروجين النشط إلى مركب يمكنه استبدال ذرة الهيدروجين بالصوديوم المعدني ، بما في ذلك بشكل أساسي الكحوليات المحتوية على الهيدروكسيل ، والأمينات المحتوية على الأمينات ، والماء ، وما شابه ذلك.
يمكن تقسيم التفاعلات الرئيسية للبولي يوريثين إلى تفاعل البلمرة ، تفاعل الرغوة وتفاعل الارتباط المتبادل وفقًا لوظائفها.
1. البلمرة
هذا هو (1) تفاعل الأيزوسيانات والهيدروكسيل
يتفاعل NCO لـ isocyanate مع هيدروكسيل OH للكحول (عادة بولي إيثر ، بوليستر أو بوليول آخر) لتشكيل البولي يوريثين.
2. تفاعل الرغوة
تفاعل الأيزوسيانات والماء
يتفاعل NCO لأيزوسيانات مع الماء لتكوين حمض كارباميك غير مستقر أولاً ، والذي يتحلل بعد ذلك إلى أمين وثاني أكسيد الكربون.
3. عبر الارتباط رد الفعل
بما في ذلك (3) تفاعل ألوفانات و (4) تفاعل بيوريت
يتفاعل الهيدروجين الموجود على ذرة النيتروجين في مجموعة اليوريثان مع NCO لأيزوسيانات لتكوين مادة ألوفانات. يتفاعل الهيدروجين الموجود على ذرة النيتروجين في مجموعة اليوريا في إدرار البول مع مجموعة الأيزوسيانات في الإيزوسيانات لتكوين مادة بيوريت.
التفاعلان الموضحان أعلاه (3) و (4) كلاهما تفاعلان متقاطعان. بشكل عام ، يكون معدل التفاعل بطيئًا نسبيًا. في حالة عدم وجود محفز ، يجب إجراء التفاعل عند درجة 110-130. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كان معدل التفاعل أسرع. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن وصلات allophanate و biuret ليست مستقرة جدًا ، أي (3) و (4) هي تفاعلات عكوسة.
باختصار ، هناك ثلاثة أنواع من التفاعلات الأساسية لـ PU: التفاعل (1) هو تفاعل تمديد متسلسل أو تفاعل بلمرة ، التفاعل (2) هو تفاعل لتوليد الغاز أو تفاعل رغوي ، والتفاعلات (3) و (4) هي عبر ربط ردود الفعل.
في عملية إرغاء PU ، يتم إجراء هذه التفاعلات في وقت واحد بسرعة عالية نسبيًا ، ويمكن إكمال معظم التفاعلات في غضون بضع دقائق في ظل ظروف المحفز. أخيرًا ، يتم تكوين رغوة البولي يوريثان ذات الوزن الجزيئي العالي ودرجة معينة من التشابك.
تفاعل البلمرة وتفاعل التشابك هما التفاعلات الرئيسية في تكوين الهيكل العظمي لرغوة البولي يوريثان ، والتي يمكن أن يشار إليها مجتمعة باسم تفاعل الهلام ؛ بينما تفاعل الرغوة هو التفاعل الرئيسي لزيادة حجم البولي يوريثين وتشكيل مصدر الغاز لهيكل الرغوة المجوفة.
لا يمكن فصل تطوير وتعديل جميع تركيبات رغوة البولي يوريثان ، بما في ذلك العديد من المشاكل العملية في إنتاج الرغوة ، عن توازن تفاعل الهلام وتفاعل الرغوة.
