羥基化合物與異氰酸酯反應的動力學

-d(-NCO)/dt=K0×(-NCO)×(-OH)    

K1是異氰酸酯與羥基化合物生成絡合物的正向反應速率

K2是異氰酸酯與羥基化合物生成絡合物的負向反應速率

K3是絡合物與羥基化合物生成氨基甲酸酯與羥基化合物的正向反應速率。   

K0=[K1×K3×(-OH)]/[K2+K3×Arrhenius方程K=Ae^[-(Ea/RT)]

A：指數因子。

e=2.718

Ea：KJ/mol

R=8.31(J/mol.K)

脲、聚氨酯、縮二脲、脲基甲酸酯等基團生成反應熱的計算:

鍵離能(KJ/mol)：

C-N  205.1~251.2  

C-C  230.2~293.0 

C-O  293.0~314.0 

N-H  351.6~406.0   

C-H  364.9~393.5

O-H  422.8~460.5

C=C  418.6~523.3

C=O  594.1~694.9

反應式：

RNCO+rOH→RNHCOOr

RNCO+HOH→RNHCOOH+RNCO→RNHCONHR+OCO↑

RNHCOOr+RNCO→RNCONHRCOOr

RNHCONHr+RNCO→RNCONHRCONHr

     聚合體系中氣體與聚合體系總體積的體積比(Vg/Vo)對溫度的調控能力：氣體單體影響着濃度(mol/L)左右着聚合熱[Q(KJ/L)=Rp(mol/L)*(-H)]。聚合熱傳遞給氣體分散介質使氣體吸熱膨脹(PV=NR/T)。聚合體系溫度驟升後氣體脫出帶走大量的熱(與Vg/Vo近似成直線)。

     一步法制聚氨酯時，氨基酸的反應活化能約60(mol.K)，脲反應活化能爲17(mol.K)泡沫體系比溶液體系懸浮體系容易實施。分散聚合在反應開始時即出現Norrish-Tromastof效應，使鏈增長參數隨時間變化率減慢，提高產品單分散性。

     分散聚合是用氣體將聚合體系分隔成無數次細小的泡沫使聚合組份轉化爲泡沫的表面液膜和連接多個液膜的“多面邊界液胞”形成特殊分散相進行聚合的方法。

     泡沫體系以氣體爲分散介質，氣體受熱膨脹和逸出驟然冷卻效果及氣體逸出時產生負壓對體系殘存單濃縮使之進一步聚合，對水分子蒸發及小分子脫出有加速和攜帶作用。

    氣體對聚合體系的分散作用不等於對單體的真正稀釋。

非一級反應半衰期通式： T=[2^(n-1)-1]/[a×k×(n-1)×A^(n-1)]

二級反應速率常數：A+B→Q+S

Kt=[1/(CA0-CB0)]×ln[(CB0×CA)/(CA0×CB)]

CA0×Kt=[1/(1-M)]×ln{[M(1-xA)]/(M-xA)}  其中M=CB0/CA0

附：聚氨酯軟泡密度的計算舉例

通用聚醚三元醇：

Ppg：50

pop：50   

tdi-80：42.8   

hoh：3.17   

L-580：1   

a33：0.34   

sn：0.17

計算得：4.34   2.17   6.51   38.2   112%   17%   5.2   1.74  122

再計算得，28kg／立方米

聚氨酯軟泡催化劑計算舉例：

通用聚醚三元醇：

ppg：90  

pop：10  

tdi-80：35.5   

hoh：2.2   

L-580：0.84

黑色漿：6

計算得：A33：0.18   T-9：0.25    

           A33：0.14   T-9：0.24

           A33：0.13   T-9：0.35

           A33：0.12   T-9：0.30

    寬容度與拐點……

垂泡發泡流量與提升速度的計算:

配方(僅舉例用)：

PPG:100，TDI:80，HOH:6，SI:1.5，A33:***，SN:***，MC:14.8

   垂泡圓模直徑1.25，聚醚流量12千克/分鐘。

   求提升速度是多少(米/分鐘)

   求得配方密度12千克每立方。配方總重173.5公斤。配方體積14.46立方米。圓模截面積:1.23平方米。

   設損失率5%：提升速度: [14.46×12%×(1-5%)]/1.23=1.34米/分鐘。