Изоцианатный индекс в пенополиуретанах (ППУ)

Практики работы с пенополиуретаном иногда настолько привыкают к материалу, что даже забывают о том, что получение пенополиуретана - это целая череда весьма сложных химических превращений, а компоненты - это строго сбалансированные группы химических реагентов. Это, конечно, заслуга современных технологий в химии и непрерывной работы лаборантов в "тылу", позволяющих сосредоточиться на процессе переработки ППУ, а не на рецептуре и особенностях реакции. И все же, общаясь в кругу опытных коллег, можно услышать не всегда понятные химические термины. Сегодня разберем понятие изоцианатный индекс (NCO-индекс).

Изоцианатным индексом называют выраженное в процентах отношение взятого количества изоцианата к теоретически (стехиометрически) необходимому. То есть, это количество компонента Б (полиизоцианата), введенного в реакцию, деленное на эквивалентное теоретическое количество компонента Б (полиизоцианата), требуемое для взаимодействия с активными атомами водорода, содержащимися в компоненте А в гидроксильных и аминогруппах. Так при расчете NCO-индекса для реакции получения ППУ учитывается, что в одной ОН-группе имеется один химически активный атом водорода, в NH₂-группе (аминогруппа) имеется один химически активный атом водорода, и в молекуле воды имеется два таких водорода.

Формула расчета NCO-индекса:

Изоцианатный индекс = (Действительно используемое количество изоцианата / Необходимое теоретическое количество изоцианата) * 100%,

где теоретическое количество изоцианата рассчитывают через стехиометрические эквиваленты.

Говоря проще, NCO-индекс является показателем количества введенного в реакцию изоцианата. Чем выше индекс, тем большее количество изоцианата введено в реакцию.

Изоцианатный индекс влияет на свойства получаемого ППУ. Так в ряде научных работ было установлено, что повышение NCO-индекса ведет к существенному возрастанию прочностных свойств при одновременном понижении вялоупругих свойств эластичности. Упрощенно можно сказать, что чем выше индекс, тем жестче будет получаться пена при прочих равных.

К примеру, для жестких ППУ NCO-индекс, как правило, находится на уровне от 100% до 115%. С целью снижения процессов усадки ППУ в рецептуру зачастую закладывают некоторый избыток изоцианата.

Стоит отметить, что самовольное изменение рецептуры компонентов ППУ, например, путем добавления воды в компонент А, поставляемый производителем, может привести к изменению изоцианатного индекса, как следствие, свойств конечной полиуретановой пены. Как правило, такое нарушение баланса химической реакции приводит лишь к отрицательным и трудно контролируемым вне лаборатории процессам.

Материалы по теме:

В чем разница между легким и жестким пенополиуретаном, и как их применять

Сложные полиэфиры

Коэффициент теплопроводности полиуретана: почему это важно

Как ППУ сделал нашу жизнь красивой раз и навсегда