واکنش های شیمیایی پایه فوم پلی اورتان
پلی اورتان گاهی اوقات به عنوان PU شناخته می شود که مخفف پلی اورتان است. همانطور که از نام آن پیداست، نام آن از یورتان حاصل از واکنش ایزوسیانات و ترکیب هیدروکسیل به عنوان پیوند زنجیره مشخصه آن گرفته شده است. اما در واقع واکنش های شیمیایی زیادی در پلی یورتان به خصوص فوم پلی یورتان دخیل است و واکنش های اصلی زیادی وجود ندارد که واقعا تاثیرگذار باشد. بیشتر واکنش های شیمیایی پلی یورتان به خواص شیمیایی ایزوسیانات NCO در ایزوسیانات ها مربوط می شود. NCO نه تنها می تواند با ترکیبات هیدروکسیل واکنش دهد تا کاربامات ها را تشکیل دهد، بلکه با سایر ترکیبات "هیدروژن فعال" نیز واکنش داده و پیوندهای شیمیایی مختلف را تشکیل دهد. در نتیجه ساختار پیوند شیمیایی و خواص مواد پلی یورتان تغییر می کند.
گروه فعال ایزوسیانات ایزوسیانات NCO است. ساختار الکترونیکی NCO نشان می دهد که دارای اثر رزونانس قوی است. واکنش معمول عمدتاً واکنش افزودن پیوند دوگانه کربن-نیتروژن است. ترکیبات دارای هیدروژن فعال ابتدا به اتم نیتروژن NCO حمله می کنند و سایر اتم های متصل به هیدروژن فعال به اتم کربن گروه کربونیل ایزوسیانات اضافه می شوند. ترکیب هیدروژن فعال به ترکیبی اطلاق می شود که می تواند یک اتم هیدروژن را با سدیم فلزی جایگزین کند، که عمدتاً شامل الکل های حاوی هیدروکسیل، آمین های حاوی آمینو، آب و مانند آن است.
واکنش های اصلی پلی اورتان را می توان با توجه به عملکرد آنها به واکنش پلیمریزاسیون، واکنش کف کردن و واکنش اتصال عرضی تقسیم کرد.
1. پلیمریزاسیون
یعنی (1) واکنش ایزوسیانات و هیدروکسیل
NCO ایزوسیانات با هیدروکسیل OH الکل (معمولاً پلی اتر، پلی استر یا پلی ال دیگر) واکنش داده و پلی اورتان را تشکیل می دهد.
2. واکنش کف کردن
واکنش ایزوسیانات و آب
NCO ایزوسیانات با آب واکنش می دهد و ابتدا اسید کاربامیک ناپایدار تشکیل می دهد که سپس به آمین و دی اکسید کربن تجزیه می شود.
3. واکنش پیوند متقابل
از جمله (3) واکنش آلوفانات و (4) واکنش بیورت
هیدروژن روی اتم نیتروژن گروه یورتان با NCO ایزوسیانات واکنش داده و آلوفانات تشکیل می دهد. هیدروژن روی اتم نیتروژن گروه اوره در دیوره با گروه ایزوسیانات ایزوسیانات واکنش داده و یک بیورت تشکیل می دهد.
دو واکنش فوق (3) و (4) هر دو واکنش های پیوند متقابل هستند. به طور کلی، سرعت واکنش نسبتا کند است. در صورت عدم وجود کاتالیزور، واکنش باید در درجه 110-130 انجام شود. هر چه دما بالاتر باشد سرعت واکنش سریعتر است. علاوه بر این، از آنجایی که پیوندهای آلوفانات و بیورت خیلی پایدار نیستند، به عبارتی (3) و (4) واکنشهای برگشتپذیر هستند.
به طور خلاصه، سه نوع واکنش اساسی PU وجود دارد: واکنش (1) یک واکنش گسترش زنجیره ای یا واکنش پلیمریزاسیون است، واکنش (2) یک واکنش تولید گاز یا واکنش کف کردن است، و واکنش های (3) و (4) عبارتند از. واکنش های پیوند متقابل
در فرآیند کفسازی PU، این واکنشها به طور همزمان با سرعت نسبتاً بالایی انجام میشوند و اکثر واکنشها را میتوان در عرض چند دقیقه در شرایط کاتالیزور تکمیل کرد. در نهایت، یک فوم پلی یورتان با وزن مولکولی بالا و درجه خاصی از اتصال عرضی تشکیل می شود.
واکنش پلیمریزاسیون و واکنش اتصال عرضی، واکنشهای اصلی در تشکیل اسکلت فوم پلیاورتان هستند که در مجموع میتوان از آن به عنوان واکنش ژل یاد کرد. در حالی که واکنش کف کردن واکنش اصلی برای افزایش حجم پلی یورتان و تشکیل منبع گاز ساختار فوم توخالی است.
توسعه و تنظیم تمام فرمولاسیون فوم پلی یورتان، از جمله بسیاری از مشکلات عملی در تولید فوم، از تعادل واکنش ژل و واکنش کف جدا نیست.
