أنواع وأنشطة محفزات الأملاح العضوية

تُظهر المركبات المعدنية العضوية المختلفة، بما في ذلك مركبات الألكيل وكربوكسيلات المعادن مثل الرصاص والقصدير والتيتانيوم والأنتيمون والزئبق والزنك والبزموت، نشاطًا تحفيزيًا في التفاعل بين مجموعات الأيزوسيانات والهيدروكسيل. ومن بين هذه المركبات، تعد مركبات القصدير العضوي، وخاصة الأوكتات القصديرية وثنائي بيوتيل القصدير، حاسمة في إنتاج رغاوي البولي يوريثان. تُستخدم مركبات القصدير العضوي عمومًا في رغاوي البولي يوريثان المرنة نظرًا لنشاطها التحفيزي العالي بشكل ملحوظ لتفاعل الجيل مقارنة بتفاعل الرغوة.

المركبات المعدنية الأرضية القلوية والقلوية

تعمل أيضًا المركبات الأساسية القوية للمعادن القلوية والفلزات الأرضية القلوية، مثل ميثوكسيد الصوديوم وإيزوأوكتانوات البوتاسيوم وأوليات البوتاسيوم، كمحفزات في تخليق البولي يوريثان. على سبيل المثال، تعتبر أسيتات البوتاسيوم وأوليات البوتاسيوم من العوامل الحفازة لإنتاج رغوة بولي إيزوسيانورات.

تصنيف مركبات القصدير العضوي

تتنوع مركبات القصدير العضوي ويمكن تصنيفها على أساس عدد ذرات الكربون المرتبطة بذرة القصدير والذرات المتغايرة المرتبطة بها. تتضمن الأمثلة ثنائي بيوتيل القصدير، أوكتات القصدير، أوليات القصدير، ثنائي -2-إيثيل هكسانوات ثنائي بيوتيل القصدير، كلوريد ثلاثي بوتيل القصدير، وثلاثي كلوريد ثلاثي بوتيل القصدير.

النشاط التحفيزي لمحفزات القصدير

يرتبط نشاط محفزات القصدير ببنيتها الجزيئية، وفقًا للترتيب:

R₂SnX₂، R₂SnO، R₂SnS > RSnX₃، RSnOOH، R₃SnX > R₄Sn

يختلف النشاط باختلاف المجموعات الوظيفية حيث R:CH₃ > C₄H₉ > C₆H₅ وX: أوه > OC₄H₉, SC₄H₉, OCOCH₃ > Cl > F.

آلية تحفيز القصدير العضوي

تعمل مركبات القصدير العضوي كأحماض لويس، حيث تتفاعل مع المراكز الأساسية للمواد المتفاعلة. تنسق مدارات الإلكترون الشاغرة لذرات القصدير مع أزواج الإلكترونات من ذرات أكسجين الهيدروكسيل في البوليولات أو ذرات أكسجين الإيزوسيانات من خلال π-الترابط. يشكل هذا التنسيق مجمعات بوليول أو إيزوسيانات، مما يعزز محبة نويات أكسجين الهيدروكسيل أو محبة ذرة الكربون في الإيزوسيانات، وبالتالي تسريع التفاعل. تظهر مجموعات البوليول هيدروكسيل، التي تتمتع بكثافة إلكترون أعلى من الماء بسبب مجموعاتها المتبرعة بالإلكترون، تنسيقًا أقوى مع ذرات القصدير. ونتيجة لذلك، تكون محفزات القصدير العضوي أكثر فعالية في تحفيز التفاعل بين الإيزوسيانات والبوليولات مقارنة بالتفاعل بين الإيزوسيانات والماء.

الآثار العملية في الإنتاج

يعد التأثير التحفيزي الأقوى لمركبات القصدير العضوي على تفاعل NCO-OH مقارنة بتفاعل NCO-H₂O ميزة حاسمة، مما يوفر فائدة في التطبيقات الصناعية. وبما أن كلا التفاعلين يتضمنان الهيدروجين النشط في الأيزوسيانات، فإن معظم المحفزات تظهر أنشطة مماثلة لهذه التفاعلات. ومع ذلك، تتطلب العمليات الصناعية في كثير من الأحيان معدلات تفاعل مختلفة، مما يستلزم المرونة في التحكم. تمثل هذه القدرة على التكيف تحديًا مع محفزات الأمين الثلاثي ولكنها ممكنة مع مركبات القصدير العضوية، مما يتيح أنظمة تحفيزية مختلطة مريحة.

الاستقرار والتدهور في رغاوي البولي يوريثان

على عكس المحفزات الأمينية، تظل محفزات القصدير في الرغوة بعد التكوين وتخضع لتغيرات كيميائية بمرور الوقت، مثل أكسدة القصدير ثنائي التكافؤ إلى قصدير رباعي التكافؤ أو التحلل المائي. يؤثر ثنائي بوتيل القصدير، على الرغم من فعاليته، على خصائص الشيخوخة الحرارية لرغاوي البولي يوريثان القائمة على البولي إيثر. وتشير الدراسات إلى أن التعرض لفترات طويلة لمثل هذه الرغاوي المحتوية على ثنائي بوتيل القصدير يتمدد في الهواء بمعدل تقريبي 140°يؤدي C إلى التدهور الحراري، مما يقلل من أداء الرغوة. ولا يحدث هذا التدهور في غياب الهواء. تحد رغاوي البولي يوريثان الصلبة، بسبب بنيتها ذات الخلايا المغلقة، من دوران الهواء والرطوبة، مما يجعل التدهور الحراري أقل أهمية مقارنة بالرغاوي المرنة. للتخفيف من هذه التأثيرات، تتم إضافة مثبتات مثل 2,6-di-tert-butyl-p-cresol (مضادات الأكسدة) عند استخدام dibutyltin dilaurate في أنظمة الرغوة.

في المقابل، فإن الأوكتات القصديري (مركب القصدير ثنائي التكافؤ) له تأثير ضئيل على خصائص الرغوة. تشير بعض الدراسات إلى أن أكسدة مركبات القصدير ثنائية التكافؤ إلى قصدير رباعي التكافؤ داخل الرغوة قد توفر فوائد مضادة للشيخوخة، مما قد يؤدي إلى إطالة عمر المنتج.