Importantes catalizadores de amina y sus aplicaciones

1. trietilendiamina

La trietilendiamina, oficialmente conocida como 1,4-diazabiciclo[2,2,2]octano, se conoce comúnmente como trietilendiamina en la industria. Su fórmula estructural es N(CH₂CH₂)₃N, lo que lo convierte en un catalizador de amina terciaria con estructura bicíclica. En su estado normal, aparece como un sólido cristalino blanco con una densidad relativa de 1,14 en 28°C. Su forma pura tiene un punto de fusión de 154°C y un punto de ebullición de 174°C. Se sublima fácilmente, es higroscópico y se disuelve en diversos disolventes. Tiene un ligero olor a amina, menos pronunciado que la mayoría de los catalizadores de amina terciaria. Su presión de vapor es 533 Pa en 50°C y 7,7 kPa a 100°C. Con un valor de pKa de 5,4, tiene alta solubilidad en agua, disolviendo 46 g en 100 g de agua a 25°C.

La trietilendiamina es uno de los catalizadores de amina terciaria más importantes, ampliamente utilizado en espumas de poliuretano flexibles, semirrígidas y rígidas. Su importancia es especialmente notable en el proceso de espumación en un solo paso, cuyo éxito está estrechamente ligado al descubrimiento y desarrollo de este catalizador. Es muy activo, requiere sólo pequeñas cantidades y cataliza eficazmente reacciones de gelificación y formación de espuma.

Su estructura química única—un compuesto en forma de jaula con dos átomos de nitrógeno conectados por tres grupos etileno—lo hace muy simétrico y denso. Los átomos de nitrógeno carecen de sustituyentes voluminosos, lo que permite un fácil acceso a sus pares de electrones solitarios. En los sistemas espumantes, reacciona con isocianatos para formar complejos activos inestables que, tras la formación de enlaces de uretano, se liberan para catalizar aún más la reacción. Aunque no es una base fuerte, exhibe una alta actividad catalítica para isocianatos y compuestos de hidrógeno activo debido a este mecanismo.

En el proceso de formación de espuma en un solo paso, su baja dosis (generalmente menos del 1%) apoya eficazmente tanto la extensión de la cadena como las reacciones de formación de espuma, promoviendo un rápido aumento de la viscosidad inicial y el crecimiento de la espuma.

2. Bis(dimetilaminoetil)éter

El bis(dimetilaminoetil)éter es otro catalizador de amina crucial, que aparece como un líquido transparente de color amarillo pálido con un punto de inflamación de 64°C y una densidad de 0,85 g/cm³ En 25°C. Es soluble en agua y exhibe alta actividad catalítica y selectividad para reacciones de formación de espuma. Inicialmente desarrollado por Union Carbide Corporation con el nombre comercial Niax A-1, luego fue producido por la división Compton's Silicone (OSI) con el mismo nombre. Está disponible como una solución al 70% en dipropilenglicol, comercializada como Dabco BL11 por Air Products. A nivel nacional, el catalizador A-1 también contiene un 70% de éter bis(dimetilaminoetil) en dipropilenglicol, con una viscosidad de 4.0–5.5 mpa·s, un índice de refracción de 1,4346 y una densidad de 0,902 g/cm³ En 25°C.

El catalizador A-1 se utiliza principalmente en la producción de espumas de poliuretano flexibles. Su fuerte efecto catalítico sobre las reacciones del agua reduce la densidad de la espuma. Aproximadamente el 80% de su efecto se dirige a las reacciones de generación de gas, mientras que el 20% favorece la gelificación. Esto lo acerca al modelo ideal de catalizador de amina. Ajustar su dosis afecta significativamente la generación de gas más que la gelificación. Dentro de la tolerancia de los catalizadores de estaño, su cantidad puede permanecer sin cambios manteniendo el equilibrio de la reacción, lo que permite la producción de espuma de alta calidad. Por lo tanto, Niax A-1 mejora la tolerancia de producción, evitando problemas de calidad debidos a errores operativos o de medición.

3. Dimetilciclohexilamina y dimetiletanolamina

(1) Dimetilciclohexilamina

Este catalizador de amina de baja viscosidad y actividad media tiene una densidad de 0,85 g/cm3.³ En 25°C, un punto de inflamación de 48°C y una viscosidad de 2 mPa.·se sentó 25°C. Es insoluble en agua y se utiliza principalmente en espumas rígidas de poliuretano, proporcionando un rendimiento catalítico equilibrado para la formación de espuma y gelificación. Sin embargo, tiene un olor fuerte.

(2) Dimetiletanolamina

Comúnmente utilizada en la producción de espuma rígida, la dimetiletanolamina contiene un grupo hidroxilo que reacciona con isocianatos, incorporándolo a la estructura del polímero, a diferencia de la trietilamina volátil. Es un líquido con una densidad de 0,85 g/cm³ En 25°C, un punto de inflamación de 44°C, una viscosidad de 6 mPa·s, y un valor de hidroxilo de 638 mg KOH/g. A pesar de su baja actividad catalítica para el aumento de espuma y la gelificación, su fuerte alcalinidad neutraliza los trazas de ácidos en el sistema, particularmente los ácidos derivados de isocianato, protegiendo otras aminas orgánicas. Su baja actividad similar a un tampón y su fuerte neutralización son particularmente beneficiosas cuando se combinan con trietilendiamina, lo que permite dosis más bajas de esta última para lograr las velocidades de reacción deseadas. Las mezclas de proporciones altas (por ejemplo, 80% de dimetiletanolamina y 20% de trietilendiamina) son económicamente ventajosas, pero solo son adecuadas para espumas rígidas debido a su efecto catalítico limitado en reacciones de etapas posteriores.

4. N-etilmorfolina

La N-etilmorfolina es un catalizador de amina terciaria de resistencia media, ideal para espumas de poliuretano flexibles a base de poliéster. Estas espumas se utilizan ampliamente en ropa, laminados de telas, calzado y acolchados de vehículos resistentes a disolventes. Debido a la alta reactividad y viscosidad de los poliesterpolioles, se prefieren catalizadores de baja actividad como N-etilmorfolina o N-metilmorfolina. Catalizan fuertemente la gelificación después del aumento de la espuma, maximizando la expansión celular sin alterar significativamente las velocidades de reacción en diferentes concentraciones. Sin embargo, estos catalizadores tienen un olor fuerte.

5. Catalizadores de trimerización de aminas

Algunos catalizadores de amina también son excelentes catalizadores de trimerización para isocianatos, utilizados para producir espumas de isocianurato. Estas espumas ofrecen un retardo de llama superior y una baja generación de humo durante la combustión, lo que las hace ideales para materiales de construcción. Las espumas modificadas con isocianurato son una solución eficaz para mejorar la resistencia a las llamas.

Varios catalizadores de amina incluyen pentametildietilentriamina, un catalizador espumante fuerte, y tetrametiletilendiamina, un catalizador de actividad media adecuado para espumas flexibles y semirrígidas. N,N’-dietilpiperazina y N,N'-dietil-2-metilpiperazina se utilizan en espumas flexibles y moldeadas.