1. Cos'è il prepolimero poliuretanico?
Il prepolimero di poliuretano, noto anche come prepolimero di poliuretano, è un prodotto semifinito polimerico formato dalla reazione proporzionale del poliisocianato con polioli (polieteri o poliesteri), in cui i gruppi funzionali reattivi rimangono gli stessi su entrambe le estremità della catena molecolare. Non è un prodotto finale, ma un intermedio che può essere ulteriormente fatto reagire con estensori di catena, reticolanti o altre sostanze attive per formare il materiale poliuretanico finale. Il metodo del prepolimero (noto anche come metodo in due-fasi) è il percorso di sintesi più diffuso nell'industria del poliuretano. La struttura molecolare e le proprietà meccaniche del metodo con prepolimeri sono più controllate rispetto a quelle del metodo a fase unica, in cui tutte le materie prime reagiscono insieme.
Riassunto: Il prepolimero poliuretanico è un intermedio attivo formato dalla reazione parziale di isocianato e poliolo. Al centro c'è il "metodo del prepolimero (due-fasi), che richiede catene estese o collegamenti incrociati-per ottenere il prodotto finale in poliuretano.
2, Materie prime principali: selezione di isocianati e polioli.
Le due materie prime fondamentali per la preparazione dei prepolimeri sono il poliisocianato e i polioli oligomerici. I poliisocianati comunemente usati includono toluene diisocianato (TDI), difenilmetano diisocianato (MDI), isoforone diisocianato (IPDI), esametilene diisocianato (HDI), ecc. TDI e MDI sono comunemente usati come prepolimeri NCO finali, mentre HDI e IPDI sono ampiamente usati nei rivestimenti-di fascia alta e nei sistemi a base di acqua-a causa della loro proprietà anti-ingiallimento. Nel caso dei polioli, i polioli polieteri (come polietilenglicole, polipropilene glicole e tetraidrofurano glicole) vengono utilizzati nei sistemi morbidi, mentre i poliesteri polioli (come il polibutilene adipato) vengono utilizzati nei sistemi duri che richiedono resistenza agli agenti atmosferici e resistenza meccanica. Il numero di ossidrile, il numero di acidità, il contenuto di umidità e il contenuto di ioni metallici delle materie prime influiscono direttamente sulla qualità del prepolimero.
Abstract: Gli isocianati determinano la durezza e la reattività dei prepolimeri, i polioli determinano le proprietà dei segmenti morbidi e gli usi finali-e la purezza e il pretrattamento delle materie prime sono il primo passo nella preparazione di prepolimeri qualificati.
3, principio di reazione: aggiungere gradualmente i gruppi isocianato e idrossile
The synthesis of polyurethane prepolymers is basically a gradual addition reaction between isocyanate groups (-NCO) and hydroxyl groups groups (-OH) to form amino ester bonds (-NHCO-). This is an exothermic reaction in which the order of reaction activity is: primary alcohol-OH>secondary alcohol-OH>phenol-OH; phenol-OH; -NCO activity on aromatic rings>- NCO activity on cycloalkanes>- Attività NCO sugli idrocarburi grassi. Possono verificarsi reazioni competitive in risposta a diversi gruppi funzionali. Pertanto, è necessario guidare la direzione della reazione controllando il rapporto tra materie prime e condizioni tecnologiche. L'aggiunta di catalizzatori, come i composti organostanici ottato e ottoato stannoso e dibutilstagno dilaurato, e triammina, come trietilendiammina e trietilammina, può accelerare notevolmente la reazione.
La reazione chimica dei prepolimeri sintetici è l'aggiunta graduale di una reazione di addizione esotermica graduale tra -NCO e -OH per formare legami amminoestere. Le differenze nell'attività del gruppo e nella selezione del catalizzatore sono fattori chiave che controllano la direzione e la velocità della reazione.
4.Preparazione del prepolimero NCO terminale (uso comune)
Il prepolimero NCO finale è il tipo più comunemente utilizzato nell'industria e la sua preparazione prevede un eccesso di isocianato per trattenere i gruppi NCO -liberi su entrambe le estremità della catena molecolare di reazione. Il processo tipico consiste nel disidratare prima sotto vuoto (solitamente 120 gradi, sotto vuoto per 2-3 ore), raffreddare, quindi gocciolare lentamente il polialcol in un eccesso di poliisocianati, agitando sotto protezione di azoto. Allo stesso tempo, rimuovere il calore dalla reazione in tempo per mantenere la temperatura tra 40 e 80 gradi. Le moli di NCO sono generalmente controllate tra 1,5:1 e 3:1, e il prodotto finale con contenuto di NCO libero è generalmente compreso tra il 3% e il 12%. Durante la reazione, è possibile aggiungere una piccola quantità di solvente (ad esempio acetone, acetato di etile, toluene) per regolare la viscosità, oppure si può aggiungere un inibitore della polimerizzazione (ad esempio benzene sulfonil cloruro) per prevenire la formazione di gel. Il punto finale della reazione è stato determinato misurando il contenuto di NCO e la reazione viene interrotta quando viene raggiunto il valore teorico.
5, Preparazione del prepolimero OH finale.
A differenza dei prepolimeri NCO terminali, i prepolimeri OH terminali consentono ai polioli in eccesso di trattenere i gruppi ossidrile (-OH) su entrambe le estremità della catena molecolare di reazione. Il metodo è simile a quello per eliminare gli NCO, tranne per il fatto che il rapporto degli ingredienti è invertito --troppi polioli, non abbastanza isocianati e per gli NCO il rapporto molare è controllato tra 0,8:1 e 1:1. Poiché la reattività del gruppo ossidrile è molto inferiore a quella dei gruppi isocianato, il prepolimero idrossilico terminale ha una buona stabilità allo stoccaggio e non è facile da autopolimerizzare. Sono comunemente usati come parte principale o morbida di un adesivo bicomponente. Nelle applicazioni pratiche, i prepolimeri OH terminali si ottengono solitamente allungando ulteriormente la catena con un leggero eccesso di glicole dietilenico a base di prepolimeri NCO terminali.