תגובות כימיות בסיסיות של קצף פוליאוריטן
פוליאוריתן מכונה לפעמים PU, שהוא קיצור של פוליאוריטן. כפי שהשם מרמז, הוא קרוי על שם האוריתן הנוצר מהתגובה של איזוציאנט ותרכובת הידרוקסיל כחוליית השרשרת האופיינית לו. אבל למעשה, ישנן תגובות כימיות רבות המעורבות בפוליאוריתן, במיוחד קצף פוליאוריטן, ואין הרבה תגובות עיקריות שמשפיעות באמת. רוב התגובות הכימיות של פוליאוריטן קשורות לתכונות הכימיות של NCO איזוציאנאט באיזוציאנטים. NCO יכול לא רק להגיב עם תרכובות הידרוקסיל ליצירת קרבמטים, אלא גם להגיב עם תרכובות "מימן פעיל" אחרות ליצירת קישורים כימיים שונים. ובכך לשנות את מבנה הקשר הכימי ואת תכונות החומר של פוליאוריטן.
הקבוצה הפעילה של isocyanate היא isocyanate NCO. המבנה האלקטרוני של NCO מראה שיש לו אפקט תהודה חזק. התגובה הרגילה היא בעיקר תגובת ההוספה של קשר כפול פחמן-חנקן. תרכובות עם מימן פעיל תוקפות תחילה את אטום החנקן של NCO, ואטומים אחרים המחוברים למימן הפעיל מתווספים לאטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל האיזוציאנאט. תרכובת המימן הפעיל מתייחסת לתרכובת שיכולה להחליף אטום מימן בנתרן מתכתי, כולל בעיקר אלכוהולים המכילים הידרוקסיל, אמינים המכילים אמינו, מים וכדומה.
ניתן לחלק את התגובות העיקריות של פוליאוריטן לתגובת פילמור, תגובת הקצפה ותגובת הצלבה על פי תפקידיהן.
1. פילמור
כלומר (1) התגובה של איזוציאנט והידרוקסיל
ה-NCO של איזוציאנט מגיב עם ההידרוקסיל OH של אלכוהול (בדרך כלל פוליאתר, פוליאסטר או פוליאול אחר) ליצירת פוליאוריטן.
2. תגובה מקצפת
התגובה של איזוציאנט ומים
ה-NCO של isocyanate מגיב עם מים ויוצר תחילה חומצה קרבמית לא יציבה, אשר לאחר מכן מתפרקת לאמין ולפחמן דו חמצני.
3. תגובה צולבת
כולל (3) תגובת אלופנאט ו-(4) תגובה ביורטית
המימן על אטום החנקן של קבוצת האוריתן מגיב עם ה-NCO של האיזוציאנאט ליצירת אלופנאט. המימן על אטום החנקן של קבוצת האוריאה בדיאוריאה מגיב עם קבוצת האיזוציאנאטים של האיזוציאנאט ליצירת ביורטה.
שתי התגובות שלעיל (3) ו-(4) הן שתיהן תגובות צולבות. באופן כללי, קצב התגובה איטי יחסית. בהיעדר זרז, התגובה צריכה להתבצע ב-110-130 מעלות. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך קצב התגובה מהיר יותר. בנוסף, מכיוון שהמקשרים האלופנטים והביורטים אינם יציבים במיוחד, כלומר (3) ו-(4) הן תגובות הפיכות.
לסיכום, ישנם שלושה סוגים של תגובות בסיסיות של PU: תגובה (1) היא תגובת הארכת שרשרת או תגובת פילמור, תגובה (2) היא תגובה ליצירת גז או תגובת קצף, והתגובות (3) ו-(4) הן תגובות צולבות.
בתהליך ההקצפה של PU, תגובות אלו מבוצעות בו זמנית במהירות גבוהה יחסית, וניתן להשלים את רוב התגובות תוך דקות ספורות בתנאי זרז. לבסוף, נוצר קצף פוליאוריטן בעל משקל מולקולרי גבוה ומידה מסוימת של הצלבה.
תגובת הפילמור ותגובת ההצלבה הן התגובות העיקריות ביצירת שלד קצף פוליאוריטן, אשר ניתן להתייחס אליו ביחד כריאקציית הג'ל; בעוד שתגובת ההקצפה היא התגובה העיקרית להגדלת נפח הפוליאוריתן והיווצרות מקור הגז של מבנה הקצף החלול.
הפיתוח וההתאמה של כל התכשירים של קצף פוליאוריטן, כולל בעיות מעשיות רבות בייצור קצף, אינם ניתנים להפרדה מהאיזון בין תגובת ג'ל ותגובת הקצף.
