Reações Químicas Básicas da Espuma de Poliuretano
O poliuretano é por vezes referido como PU, que é a abreviatura de poliuretano. Como o nome sugere, é nomeado após o uretano formado pela reação de isocianato e composto de hidroxila como seu elo de cadeia característico. Mas, na verdade, existem muitas reações químicas envolvidas no poliuretano, especialmente a espuma de poliuretano, e não há muitas reações principais que sejam realmente influentes. A maioria das reações químicas do poliuretano estão relacionadas às propriedades químicas do isocianato NCO em isocianatos. O NCO pode não apenas reagir com compostos de hidroxila para formar carbamatos, mas também reagir com outros compostos de "hidrogênio ativo" para formar diferentes ligações químicas. Mudando assim a estrutura da ligação química e as propriedades do material do poliuretano.
O grupo ativo de isocianato é isocianato NCO. A estrutura eletrônica do NCO mostra que ele tem um forte efeito de ressonância. A reação usual é principalmente a reação de adição de dupla ligação carbono-nitrogênio. Compostos com hidrogênio ativo atacam primeiro o átomo de nitrogênio do NCO, e outros átomos ligados ao hidrogênio ativo são adicionados ao átomo de carbono do grupo isocianato carbonila. O composto de hidrogênio ativo refere-se a um composto que pode substituir um átomo de hidrogênio por sódio metálico, incluindo principalmente álcoois contendo hidroxila, aminas contendo amino, água e semelhantes.
As principais reações do poliuretano podem ser divididas em reação de polimerização, reação de formação de espuma e reação de reticulação de acordo com suas funções.
1. Polimerização
Isto é (1) a reação de isocianato e hidroxila
O NCO do isocianato reage com o hidroxil OH do álcool (geralmente poliéter, poliéster ou outro poliol) para formar poliuretano.
2. Reação de espuma
a reação de isocianato e água
O NCO do isocianato reage com a água para formar primeiro ácido carbâmico instável, que é então decomposto em amina e dióxido de carbono.
3. Reação de reticulação
Incluindo (3) reação de alofanato e (4) reação de biureto
O hidrogênio no átomo de nitrogênio do grupo uretano reage com o NCO do isocianato para formar um alofanato. O hidrogênio no átomo de nitrogênio do grupo ureia na diureia reage com o grupo isocianato do isocianato para formar um biureto.
As duas reações acima (3) e (4) são ambas reações de reticulação. De um modo geral, a taxa de reação é relativamente lenta. Na ausência de um catalisador, a reação deve ser realizada a 110-130 graus . Quanto maior a temperatura, mais rápida a velocidade da reação. Além disso, porque os ligantes alofanato e biureto não são muito estáveis, ou seja, (3) e (4) são reações reversíveis.
Resumindo, existem três tipos de reações básicas do PU: a reação (1) é uma reação de extensão de cadeia ou reação de polimerização, a reação (2) é uma reação de geração de gás ou reação de formação de espuma, e as reações (3) e (4) são reações de reticulação.
No processo de formação de espuma de PU, essas reações são realizadas simultaneamente a uma velocidade relativamente alta, e a maioria das reações pode ser concluída em poucos minutos sob condições de catalisador. Finalmente, forma-se uma espuma de poliuretano de alto peso molecular e um certo grau de reticulação.
A reação de polimerização e a reação de reticulação são as principais reações na formação do esqueleto de espuma de poliuretano, que pode ser coletivamente referida como reação de gel; enquanto a reação de formação de espuma é a principal reação para o aumento do volume do poliuretano e a formação da fonte de gás da estrutura de espuma oca.
O desenvolvimento e ajuste de todas as formulações de espuma de poliuretano, incluindo muitos problemas práticos na produção de espuma, são inseparáveis do equilíbrio da reação do gel e da reação da espuma.
