Химическое строение и особенности

Состав

Композиции для производства П. содержат изоцианаты, гидроксилсодержащие олигомеры, воду, катализаторы, эмульгаторы, а в нек-рых случаях наполнители, красители и антнпирены.

В состав композиций для производства эластичных П. входят простые олигоэфиры с мол. м. 750 — 6000, синтезируемые из окисей алкиленов (этилена, пропилена), тетрагидрофурана и гликолей. Реже используют сложные олигоэфиры дикарбоновых к-т (адипиновон, себациновой, янтарной) и гликолей (напр., диэтиленгликоля). Жесткие П. получают из простых олигоэфн-ров разветвленной структуры на основе окисей алкиленов н триолов (глицерина, триметилолпропана и др.) пли сложных олигоэфиров на основе дикарбоновых к-т (адиииновой. фталевой и др.) и триолов или их смесей с диэтиленгликолем. Плотность образующихся П. зависит от соотношения изоцианатов и гидроксилсодержащих олигомеров в исходной смеси. При избытке изоцианатов П. содержат больше мочевинных групп, чем при недостатке изоцианатов, когда образуется больше уретановых групп. Поскольку полимочевины обладают более низкой плотностью (1,05—1,23 г/см³), чем полиуретаны (1,28 г/см³), в первом случае получаются П. с меньшей плотностью.

Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоционата. Сама же реакция проходит в несколько этапов. Вначале из диола и диизоцианата формируются бифункциональные молекулы изоцианата имеющие группу (—N═C═O) и гидроксильные группы (—ОН). В результате прохождения цепной реакции, на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров, которые могут быть полимеризованы с другими мономерами.

При взаимодействии изоцианатов с гидроксилсодержащими олигомерами образуются уретановые звенья:

При избытке изоцианата в реакционной среде на концах растущих макромолекул оказываются изоцианатные группы, которые могут вступать в реакцию с водой. В результате прохождения реакции воды с частью изоцианатных групп образуется углекислый газ, который и является основным фактором вспенивания, а макромолекулы соединяются через мочевинные группы:

Взаимодействие изоционатных групп с гидроксилсодержащими олигомерами и водой – конкурирующие реакции. Роль катализатора сводится регулированию скорости указанных выше реакций. При этом выделение газа и рост полимерных молекул должны происходить с такими скоростями, чтобы газ оставался в полимере и образовавшаяся пена была бы достаточно прочной и не опадала. Наиболее часто в качестве катализаторов применяют соединения олова (олеат и октоат, соли днбутилолова и др.), регулирующие реакцию образования уретановых звеньев, и третичные амины (триэтиламин, триэтаноламин, диметилбензиламин и др.), катализирующие реакции образования трехмерной структуры и выделения углекислого газа. На практике используют каталитич. смесь, состоящую из соединения олова и одного или нескольких аминов. Вспенивать полиуретановую композицию можно также легкокипящими жидкостями, обычно фреонами.

Химизм образования эластичных и жестких пеноПУ одинаков. Жесткие пены отличаются от эластичных тем, что состоят из полимеров с большим числом поперечных связей. В жестких П. средняя «молекулярная масса» структурной единицы, приходящаяся на один узел разветвления сетки, составляет 400—700, в эластичных П. — 2500—20 000. Поэтому композиции для производства эластичных П. не содержат трифункциональных гидроксилсодержащих олигомеров (или содержат их в небольшом количестве), а также содержат меньше третичных аминов.

Обязательный компонент – эмульгатор, который способствует высокой степени диспергирования компонентов в массе и выполняет роль стабилизатора пены в момент вспенивания. Для этого используют сульфоспирты, сульфокислоты, кремний-органич. жидкости и др. Нек-рые стабилизаторы (напр., парафиновые углеводороды, кремнпйорганич. жидкости) определяют характер (открытые или закрытые) и размер образующихся пор.