ما هي عملية تحضير البوليمرات المسبقة؟

التحكم في اللزوجة في تحضير البوليمر المسبق

تعتبر لزوجة البوليمرات المسبقة معلمة أساسية في تحضيرها. نظرًا للزوجة العالية للبوليستر نفسه، يتم عادةً تحضير البوليمرات المسبقة من نوع البوليستر باستخدام عملية من خطوة واحدة. تتم إضافة جميع مكونات البوليستر والأيزوسيانات المطلوبة في وقت واحد، مما يسمح للتفاعل بالوصول إلى لزوجة البوليمر المسبق المطلوبة.

بالنسبة للبوليمرات المسبقة من نوع البولي إيثر، يتم استخدام تخليق من خطوتين بشكل شائع:

1  في الخطوة الأولى، يتفاعل البولي إيثر مع جزء من الإيزوسيانات بنسبة مولية من NCO إلى OH تتراوح عادة من 1:1 إلى 1:5. وينتج عن هذا بوليمر مسبق عالي الوزن الجزيئي مع مجموعات إيزوسيانات طرفية.

2  في الخطوة الثانية، تتم إضافة الإيزوسيانات المتبقية لتخفيف المنتج الوسيط، وضبط محتوى الإيزوسيانات النهائي إلى حوالي 8٪–10%. بالمقارنة مع طريقة الخطوة الواحدة، ينتج هذا النهج بوليمرات مسبقة ذات توزيع أوسع للوزن الجزيئي. إن وجود مكونات ذات وزن جزيئي أعلى يزيد من لزوجة البوليمر الأولي، ويصل بشكل عام 10–سنويا50 ·قعد 25°C.

السيطرة على المتفرعة في إعداد ما قبل البوليمر

يؤثر التفرع بشكل كبير على قوة الجل أثناء الرغوة وعلى الخصائص النهائية للمنتج. يمكن أن تنشأ المتفرعة من الشروط التالية:

1  تفاعل الماء النزر في البوليولات مع الأيزوسيانات، تشكل مجموعات اليوريا التي تتفاعل لاحقًا مع الأيزوسيانات لتكوين هياكل البيوريت.

2  رد فعل الايزوسيانات الزائدة  مع مجموعات الكارباميت في ظل ظروف مثل درجات الحرارة المرتفعة أو أوقات التفاعل الطويلة، تشكل روابط ألوفانات.

3  دمج triols أو tetrols  في تركيبات البولي إيثر أو البوليستر القائمة على الديول أثناء تخليق البوليمر المسبق، مما يؤدي إلى إنشاء سلاسل متفرعة.

في الإنتاج الصناعي، يتم استخدام البوليمرات الأولية ذات ثلاثة أنواع متفرعة متميزة.

أثناء الإعداد، من الأهمية بمكان ضمان مجموعات الأيزوسيانات الطرفية، وتحقيق اللزوجة المناسبة، وتجنب الارتباط المتبادل المفرط الذي يؤدي إلى هلام. يجب التحكم بعناية في العوامل التي تؤثر على اللزوجة والجيل، مثل جودة المواد الخام، والحموضة، ونسبة NCO/OH، ومحتوى الماء، ودرجة التفرع، ودرجة حرارة التفاعل، والوقت.

العوامل الرئيسية في تحضير البوليمر المسبق

1  مراقبة المواد الخام

لضمان إمكانية تكرار نتائج، رقابة صارمة على مواصفات المواد الخام أمر ضروري. بالنسبة للبوليولات، يجب مراقبة عوامل مثل محتوى الماء، وقيمة الهيدروكسيل، ودرجة الحموضة، ومحتوى الأيونات المعدنية. كما تتطلب القيم الحمضية لبوليولات البوليستر ومحتوى المجموعة النهائية غير المشبعة في بوليولات البولي إيثر اهتمامًا أيضًا. غالبًا ما تتم إضافة مضادات الأكسدة مثل 2,6-di-tert-butyl-p-cresol إلى بوليولات البولي إيثر لمنع الأكسدة أثناء التخزين. تؤثر الحموضة الكلية للإيزوسيانات بشكل كبير على تفاعل البوليمر المسبق.

2  نسبة NCO/OH

يتأثر الوزن الجزيئي واللزوجة للبوليمر بنسبة مكافئة من مجموعات الهيدروكسيل إلى مجموعات الأيزوسيانات. الحد الأقصى النظري لكل من الوزن الجزيئي واللزوجة يحدث عند نسبة NCO/OH تبلغ 1:1.

• البوليمرات المسبقة من نوع البوليستر : بسبب اللزوجة الجوهرية العالية للبوليستر، تتم إضافة كل الأيزوسيانات في خطوة واحدة للحفاظ على لزوجة البوليمر المسبق المناسبة.
• البوليمرات المسبقة من نوع البولي إيثر : مع اللزوجة الجوهرية المنخفضة، عادةً ما يتم استخدام تخليق من خطوتين، مع نسبة NCO/OH يمكن التحكم فيها في نطاق 1.05:1 إلى 1.5:1 في الخطوة الأولى. يتم تخفيف المادة الوسيطة الناتجة باستخدام الإيزوسيانات الزائدة، مما يضمن مجموعات الإيزوسيانات الطرفية واللزوجة المناسبة للرغوة.

3  تأثير البوليولات المختلفة

يؤثر اختيار البوليولات، مثل ثنائيات البولي إيثر أو البوليستر، أو المخاليط مع ثلاثيات أو تيترولات، بشكل كبير على لزوجة البوليمر الأولي وقوة هلام الرغوة. يمكن أن يؤدي التريول أو التيترول الزائد إلى الارتباط المتقاطع والجيل.

4  درجة حرارة التفاعل والوقت

تؤثر درجة الحرارة والوقت على كل من اللزوجة والتركيب الكيميائي:

• أقل 100°C وبدون المحفزات، تهيمن روابط اليوريتان.
• عند درجات الحرارة المرتفعة، تتشكل روابط البيوريت والألوفانات، مما يؤدي إلى التفرع.
• تؤدي درجات حرارة التفاعل المنخفضة إلى رغاوي ذات قوة أعلى، في حين تؤدي درجات الحرارة الأعلى 100°ج- زيادة قوة الجل أثناء الرغوة.

5  تأثير الرقم الهيدروجيني

• الظروف الحمضية: تفضل تفاعلات تمديد السلسلة، مما ينتج بوليمرات مسبقة منخفضة اللزوجة.
• الشروط الأساسية: تعزيز التفاعلات المتفرعة، مما قد يؤدي إلى تكوين هلام.

يجب موازنة أيونات المعادن الأساسية المتبقية من تخليق البولي إيثر والمنتجات الثانوية الحمضية في الأيزوسيانات. قد تضيف العمليات الصناعية منظمات حمض، مثل كلوريد البنزويل، لضبط حموضة النظام.

6  متغيرات العملية

وتتأثر لزوجة البوليمر الأولي أيضًا بحجم المفاعل وتصميمه وكفاءة التحريك. التحريك الفعال يعزز التفاعلات المنتظمة، مما يقلل اللزوجة.