Phản ứng hóa học cơ bản của bọt polyurethane
Polyurethane đôi khi được gọi là PU, là viết tắt của polyurethane. Như tên cho thấy, nó được đặt tên theo urethane được hình thành bởi phản ứng của hợp chất isocyanate và hydroxyl làm liên kết chuỗi đặc trưng của nó. Nhưng trên thực tế, có rất nhiều phản ứng hóa học liên quan đến polyurethane, đặc biệt là bọt polyurethane, và không có nhiều phản ứng chính thực sự có ảnh hưởng. Hầu hết các phản ứng hóa học của polyurethane có liên quan đến các tính chất hóa học của isocyanate NCO trong isocyanates. NCO không chỉ có thể phản ứng với các hợp chất hydroxyl để tạo thành carbamates, mà còn phản ứng với các hợp chất "hydro hoạt động" khác để tạo thành các liên kết hóa học khác nhau. Do đó thay đổi cấu trúc liên kết hóa học và tính chất vật liệu của polyurethane.
Nhóm hoạt động của isocyanate là isocyanate NCO. Cấu trúc điện tử của NCO cho thấy nó có tác dụng cộng hưởng mạnh mẽ. Phản ứng thông thường chủ yếu là phản ứng bổ sung của liên kết đôi carbon-nitơ. Các hợp chất có hydro hoạt động đầu tiên tấn công nguyên tử nitơ của NCO, và các nguyên tử khác kết nối với hydro hoạt động được thêm vào nguyên tử carbon của nhóm carbonyl isocyanate. Hợp chất hydro hoạt động đề cập đến một hợp chất có thể thay thế một nguyên tử hydro bằng natri kim loại, chủ yếu bao gồm các loại rượu có chứa hydroxyl, amin chứa amin, nước và những thứ tương tự.
Các phản ứng chính của polyurethane có thể được chia thành phản ứng trùng hợp, phản ứng tạo bọt và phản ứng liên kết chéo theo chức năng của chúng.
1. Trùng hợp
Đó là (1) phản ứng của isocyanate và hydroxyl
NCO của isocyanate phản ứng với hydroxyl OH của rượu (thường là polyether, polyester hoặc polyol khác) để tạo thành polyurethane.
2. Phản ứng tạo bọt
Phản ứng của isocyanate và nước
NCO của isocyanate phản ứng với nước để tạo thành axit carbamic không ổn định trước tiên, sau đó được phân hủy thành amin và carbon dioxide.
3. Phản ứng liên kết chéo
Bao gồm (3) phản ứng allophanate và (4) phản ứng biuret
Hydro trên nguyên tử nitơ của nhóm urethane phản ứng với NCO của isocyanate để tạo thành một allophanate. Hydro trên nguyên tử nitơ của nhóm urê trong diurea phản ứng với nhóm isocyanate của isocyanate để tạo thành một biuret.
Hai phản ứng trên (3) và (4) đều là phản ứng liên kết chéo. Nói chung, tốc độ phản ứng tương đối chậm. Trong trường hợp không có chất xúc tác, phản ứng nên được thực hiện ở 110-130 °C. Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh. Ngoài ra, bởi vì các liên kết allophanate và biuret không ổn định lắm, nghĩa là (3) và (4) là những phản ứng có thể đảo ngược.
Tóm lại, có ba loại phản ứng cơ bản của PU: phản ứng (1) là phản ứng mở rộng chuỗi hoặc phản ứng trùng hợp, phản ứng (2) là phản ứng tạo khí hoặc phản ứng tạo bọt, và phản ứng (3) và (4) là phản ứng liên kết chéo.
Trong quá trình tạo bọt của PU, các phản ứng này được thực hiện đồng thời ở tốc độ tương đối cao và hầu hết các phản ứng có thể được hoàn thành trong vòng vài phút trong điều kiện xúc tác. Cuối cùng, một bọt polyurethane có trọng lượng phân tử cao và một mức độ liên kết chéo nhất định được hình thành.
Phản ứng trùng hợp và phản ứng liên kết chéo là những phản ứng chính trong sự hình thành của bộ xương bọt polyurethane, có thể được gọi chung là phản ứng gel; trong khi phản ứng tạo bọt là phản ứng chính cho sự gia tăng thể tích của polyurethane và sự hình thành nguồn khí của cấu trúc bọt rỗng.
Sự phát triển và điều chỉnh của tất cả các công thức của bọt polyurethane, bao gồm nhiều vấn đề thực tế trong sản xuất bọt, không thể tách rời khỏi sự cân bằng của phản ứng gel và phản ứng tạo bọt.
