Изоцианаты, являясь ди- или полифункциональными реагентами, соединяют макромолекулы полиола, превращая систему в полимер. Реакция уретанообразования экзотермична (теплота образования уретана 159—168 кДж/моль). Выделяющееся тепло обеспечивает испарение инертного вспенивающего агента и отверждение пены. В случае вспенивания водой изоцианат взаимодействует с водой, при этом выделяется двуокись углерода для вспенивания и образуется поликарбамид, входящий в структуру полимера. Наличие уретановых и карбамидных групп, образующихся в результате реакции изоцианатов с гидроксильными группами и водой, способствует увеличению межмолекулярного взаимодействия за счет водородных связей.
В производстве жестких и эластичных ППУ используют ароматические ди- и полиизоцианаты. Основными из них являются 2,4-и 2,6-толуилендиизоцианаты (ТДИ), 4,4'-дифенилметандиизоцианат (МДИ), технические смеси изомеров ТДИ и МДИ, а также олигомерные продукты, получаемые при взаимодействии диизоцианатов с гидроксильными группами олигодиендиолов. Наряду с упомянутыми типами ароматических диизоцианатов для придания ППУ ряда специфических свойств нашли применение также ксилилендиизоцианат, нафтилендиизоцианат, хлорированные и фосфорсодержащие изоцианаты.
Толуилендиизоцианаты (ТДИ) используются главным образом в производстве эластичных ППУ по одностадийному методу. При этом ТДИ применяются в виде смеси 2,4- и 2,6-изомеров: ТДИ 80/20 (содержание 2,4-изомера 80%, 2,6-изомера — 20%) и ТДИ 65/35. Изоцианатная группа ТДИ, расположенная в пара-положении к метильной группе, в 8—10 раз более реакционно способна (при 20 °С), чем NСО-группа в орто-положении. С повышением температуры разница в активности обеих групп уменьшается и при 100 °С они уже имеют практически одинаковую реакционную способность. Это различие в активности NСО-групп используется при получении преполимеров с концевыми изоцианатными группами и при синтезе полимеров с регулярной структурой.
Выбор ТДИ для получения эластичных ППУ обусловлен его доступностью и высокой реакционной способностью при взаимодействии с ингредиентами полиуретановой композиции. В этом случае высокая экзотермичность реакции не усложняет производство ППУ, поскольку диизоцианат берется в сравнительно малых количествах.
Иная картина наблюдается при получении жестких ППУ по одностадийному методу, когда диизоцианат вводится в значительных количествах, что обусловливает интенсивное тепловыделение и разогрев пенопласта до температур деструкции полимера -- примерно до 180 °С. Трудности отвода тепла в таких системах делают нецелесообразным применение ТДИ с высоким содержанием целевого продукта. Положительные результаты достигаются при использовании менее реакционноспособного «сырого» ТДИ, содержащего 50—85% 2,4- и 2,6-изомеров или других ароматических диизоцианатов с меньшей мольной концентрацией NСО-групп.
Из числа диизоцианатов, пригодных для получения жестких ППУ по одностадийному методу, следует упомянуть 4,4/-дифенил-метандиизоцианат (МДИ) и олигофениленметилдиизоцианаты - «полиизоцианаты» (ПИЦ), получаемые фосгенированием анили-ноформальдегидных олигомеров. В зависимости от условий синтеза ПИЦ получаются различной функциональности и средней молекулярной массы. Обычно для получения ППУ применяют ПИЦ с функциональностью (по изоцианатным группам), равной 2—3.
Возможность регулирования функциональности и молекулярной массы ПИЦ позволяет направленно влиять на свойства ППУ, получаемых на их основе. Очень низкое давление паров ПИЦ при комнатной температуре и их относительно малая токсичность упрощают технологию производства ППУ. Преимуществом ПИЦ является также то, что они получаются в виде вязких жидкостей, и такая консистенция сохраняется для некоторых из них до —20°С. В отсутствие влаги полиизоцианаты могут храниться в течение длительного времени без изменений, однако, подобно другим ароматическим полиизоцианатам, они претерпевают химические превращения при повышенной температуре. Устойчивость ПИЦ при хранении улучшается при разбавлении инертными растворителями (метиленхлорид, фреон-11).
Для производства ППУ по двухстадийному (преполимерному) методу применяются аддукты диизоцианатов с мономерными или олигомерными ди- и полиолами. Функциональность таких аддуктов по NCО-группам определяется числом реакционноспособных гидроксильных групп в исходных ди- и полиолах.
Новости