Экзотермия пенополиуретана (экзотермическая реакция ППУ, тепловой эффект реакции)
Пожалуй, ни для кого не секрет, что для протекания одних реакций в химии требуется нагрев, в то время как другие легко проходят даже при глубоко отрицательных температурах. Также широко известны реакции, сопровождаемые различными эффектами, к примеру, свечением, выделением или поглощением тепла. Хорошим примером реакций с выделением тепла и света может служить горение дров в костре. Примерами реакций с поглощением тепла являются растворение солей в воде или процесс фотосинтеза.
На научном языке, реакции, в ходе которых теплота выделяется, называют экзотермическими, а в ходе которых поглощается – эндотемическими. Эти два понятия являются противоположенными. Величину теплоты, поглощаемой или выделяемой в ходе химического превращения, называют тепловым эффектом реакции. Раздел науки, исследующей тепловые эффекты реакций, называют термохимией. Строго говоря, вообще все реакции в химии протекают с тем или иным тепловым эффектом, однако зачастую этот эффект столь незначителен, что мы его попросту не замечаем без специальных приборов и методик. Количество выделяемой или поглощаемой теплоты находится в зависимости от природы и строения взаимодействующих веществ, от их массы, от вида реакции и физических условий её протекания (температура, давление и т.д.).
Как и большинство реакций образования химических соединений из простых веществ, реакция получения пенополиуретана из полиэфира (полиола) и полиизоцианата (ПИЦ) является экзотермической. При правильно подобранной рецептуре в нормальных условиях температура реакционной массы пенополиуретана обычно не превышает 50 - 80 °С. Этот дополнительный нагрев даже способствует пенообразованию путем превращения порообразователя с низкой температурой кипения в газообразное состояние, а также путем дополнительного прогрева формующей поверхности. Так, каждый опытный производитель изделий из ППУ знает, что после первых 2-3 заливок в форму качество изделий повышается, а расход сырья снижается, потому что выделяющееся в ходе реакции образования ППУ тепло прогревает оснастку.
Экзотермическим эффектом активно пользуются и при напылении пенополиуретана. Так опытный оператор установки для напыления ППУ, как правило, сначала наносит небольшой слой пены, а через минуту-две по теплой поверхности первого слоя распыляет основную часть покрытия. Особенно часто такую методику используют при напылении ППУ в холодную погоду для снижения расхода сырья и повышении адгезии между слоями.
Однако при ошибочном подборе рецептуры и плохом отводе тепла экзотермическая реакция образования пенополиуретана может выйти из под контроля и привести к самовозгоранию реакционной массы полимера. До взрыва, конечно, не дойдет, но обугливание поверхностных слоев и деструкция внутренних являются возможными. Для снижения теплового эффекта получения пенополиуретана зачастую в рецептуру вводят специальные добавки, так называемые стабилизаторы. Стоит отметить, что самовольное добавление воды в ППУ компоненты, поставляемые производителем, может существенно повысить экзотермичность реакции. Это связанно с тем, что при введении дополнительной воды возрастает изоцианатный индекс. Помимо возникновения окислительной деструкции это может привести к такому побочному эффекту, как изменение цвета ППУ – от светлого к более темному (вплоть до бурого цвета).
Дополнительно по данной теме смотрите:
