Физико-химические основы процесса производства полиуретана

В результате взаимодействия диизоцианатов с водой выделяется двуокись углерода, которая служит вспенивающим агентом.

Вспенивание массы приводит к сильному увеличению объема полимера. В качестве порообразователя в отсутствии воды используют низкокипящие вещества - фреоны (например, трихлорфторметан), испарение которого происходит за счет тепла, выделяемого при реакции образования полиуретана.

При производстве пенопластов в композицию вводятся катализаторы (эмульгаторы), стабилизаторы пены, дополнительные вспенивающие материалы, наполнители (порошкообразный алюминий, сажа), красители и регуляторы пен. Наполнители вводят для повышения механической прочности. Катализаторы ускоряют взаимодействие основных компонентов. Эмульгаторы содействуют совместимости реагирующих компонентов и замедляют скорость отверждения вспененной массы, что облегчает улетучивание двуокиси углерода. Иногда для понижения горючести пенопласта в композицию добавляют антипирены, например трихлорэтилфосфат.

Эластичные пенополиуретаны получают на основе полиэфиров линейного строения, жесткие пенополиуретаны - на основе разветвленных полиэфиров, образующих трехмерную структуру с большим количеством сшивок.

При применении полиэфира, полученного поликонденсацией глицерина или других трех и более атомных спиртов с дикарбоновыми кислотами (адипиновой, себациновой и т. д.), получают жесткий пенополиуретан.

Кажущуюся плотность эластичного пенополиуретана регулируют количеством вводимой в реакцию воды. Чем больше вводится воды и изоцианата, тем больше выделяется вспенивающей двуокиси углерода и тем меньше становится кажущаяся плотность пенополиуретана.

В промышленности пенополиуретаны получают одно- и двухстадийным способами. По одностадийному способу все исходные продукты (диизоцианат, полиэфир, вода, катализатор и стабилизатор пены) загружаются в реактор с мешалкой и одновременно перемешиваются. При этом сразу начинает выделяться двуокись углерода и сразу начинается пенообразование. Вследствие равномерного распределения в массе двуокиси углерода пенопласт получается однородным.

При двухстадийном способе сначала смешивают полиэфир с некоторым избытком диизоцианата. На второй стадии добавляют к полученному полиэфиризоцианату воду и остальные компоненты и продолжают процесс до получения вспененного полимера.