خصائص وتطور البولي إيثر المنخفض عدم التشبع

تمثل تكنولوجيا إنتاج بولي إيثر بوليول منخفض عدم التشبع وعالي الوزن الجزيئي طفرة كبيرة في تصنيع البولي إيثر. يتم الآن تطبيق هذه التقنية في منتجات الرغوة المرنة المصنوعة من مادة البولي يوريثان والمواد المطاطية.

يتم عادةً إنتاج بوليولات أكسيد البولي بروبيلين التقليدية (بوليولات بولي إيثر للأغراض العامة) باستخدام أكسيد البروبيلين كمادة خام رئيسية وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) كمحفز. لا يقوم هذا المحفز القلوي بتعزيز بلمرة أكسيد البروبيلين على جزيئات البادئ فحسب، بل يحفز أيضًا تفاعلات جانبية، مثل أيزومرة أكسيد البروبيلين إلى كحول الأليل (CH₂=CHCH₂OH) أو بروبيلين جليكول (CH₃CH=CHOH). يعمل الأخير بعد ذلك كبادئ أحادي الوظيفة، مما يؤدي إلى البروبوكسيل وينتج عنه بولي إيثرات أحادية الهيدروكسي ذات وزن جزيئي منخفض. بالإضافة إلى ذلك، أثناء البلمرة، قد يتعرض المركز الأنيوني النشط في سلسلة البوليمر إلى عدم التناسب (نقل السلسلة)، مما يؤدي إلى تكوين بولي إيثرات مع مجموعات نهائية من الأليلوكسي (أو البروبينوكسي). وبالتالي، فإن الوظيفة الفعلية للبولي إيثر أقل من قيمتها النظرية. كلما زاد محتوى المونوول، انخفضت الوظيفة (أي كلما زاد الانحراف عن الوظيفة النظرية). عندما تتفاعل الأحاديات الموجودة في بوليولات البولي إيثر مع ثنائي إيزوسيانات أو بوليمرات مسبقة منتهية بـ NCO، فإنها قد تنهي نمو السلسلة الجزيئية للبولي يوريثان، مما يؤدي إلى بوليمرات ذات أوزان جزيئية أقل وقوة ميكانيكية منخفضة وخصائص أخرى.

لتقليل التفاعلات الجانبية في الأنظمة المحفزة بـ KOH وتصنيع بوليولات بولي إيثر منخفضة عدم التشبع، طور الباحثون العديد من محفزات البلمرة ذات الفتح الحلقي، بما في ذلك مركبات الفلزات الأرضية القلوية ومجمعات البورفيرين المعدنية. ومن بين هذه المواد، ظهرت محفزات السيانيد ثنائي المعدن (DMC) كبدائل بارزة، وحظيت باهتمام كبير على الصعيدين المحلي والدولي. في وقت مبكر من 1960s، الجنرال صور & قامت شركة المطاط في الولايات المتحدة بتطوير محفزات السيانيد ثنائية المعدن. ومع ذلك، بسبب الافتقار إلى القدرة التنافسية الاقتصادية، لم يحدث التصنيع في ذلك الوقت. تم الحصول على هذه التكنولوجيا لاحقًا وتحسينها من قبل ليوندل (آركو سابقًا) في الولايات المتحدة، مما أدى إلى تسويق سلسلة من بوليولات البولي إيثر منخفضة عدم التشبع وعالية الوزن الجزيئي في أوائل التسعينيات، باستخدام مجمعات السيانيد ثنائية المعدن كمحفزات. في نفس الوقت تقريبًا، قدمت شركة Dow Chemical سلسلة HPP من بولي إيثر بوليول منخفض عدم التشبع وعالي الوزن الجزيئي والذي تم تصنيعه باستخدام مجمعات السيانيد ثنائية المعدن. كما أطلقت شركات مثل Asahi Glass وOlin وBASF منتجات مماثلة.

تستخدم بوليولات البولي إيثر منخفضة عدم التشبع بشكل عام DMC كمحفز. من خلال البلمرة الخاضعة للتحكم، يكون تفاعل إضافة أكسيد البروبيلين أسرع بكثير من تفاعل الأيزومرة. ونتيجة لذلك، فإن بوليولات البولي إيثر المنتجة بهذه الطريقة لها نسبة عدم تشبع منخفضة للغاية (أو محتوى أحادي) وتوزيع ضيق للوزن الجزيئي، مع مستويات عدم تشبع أقل من 0.02 مليمول/جم.

عندما يتم تصنيع بوليولات البولي إيثر التقليدية باستخدام KOH كعامل محفز، تصبح أيزومرة أكسيد البروبيلين مهمة مع زيادة الوزن الجزيئي للبولي إيثر، مما يؤدي إلى روابط غير مشبعة في نهايات السلسلة، مما يجعل من الصعب إنتاج بولي إيثرات عالية الوزن الجزيئي. تحتوي ثلاثيات البولي إيثر التقليدية التي يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 6200 على مستوى عدم تشبع يصل إلى حوالي 0.1 مليمول/جم. لا يتجاوز الوزن الجزيئي لثلاثيات البولي إيثر التقليدية العملية عمومًا 6000. يتيح نظام المحفز DMC الجديد إنتاج بولي إيثرات عالية الوزن الجزيئي بأوزان جزيئية نسبية تصل إلى عشرات الآلاف. بالنسبة لبوليولات البولي إيثر ذات التطبيقات العملية في رغوة البولي يوريثان، لا يتجاوز الوزن الجزيئي بشكل عام 10000. تظهر هذه البوليثرات ذات الوزن الجزيئي العالي عدم تشبع منخفض.

تُظهِر رغاوي البولي يوريثان واللدائن المستندة إلى بوليولات بولي إيثر منخفضة التشبع وعالية الوزن الجزيئي خصائص فيزيائية محسنة بشكل ملحوظ مقارنة ببوليولات البولي إيثر التقليدية، مما يسهل إنتاج منتجات الرغوة الناعمة. على سبيل المثال، في تطبيقات الرغاوي الناعمة عالية المرونة (بما في ذلك رغاوي الكتل الكبيرة والرغاوي المقولبة)، تتطلب التركيبة كمية أقل من TDI عند استخدام نفس الكمية من الماء كما هو الحال مع بوليولات البولي إيثر التقليدية، مما ينتج رغوة ذات ملمس أكثر راحة، تشبه رغوة اللاتكس.