Isocianatos orgánicos importantes: diisocianato de metileno difenilo polimérico (PAPI)

El diisocianato de metileno difenilo polimérico, abreviado como PAPI, también conocido como MDI crudo o MDI polimérico, se utiliza ampliamente en la fabricación de espumas rígidas de poliuretano y poliisocianurato. También se utiliza parcialmente en espumas de poliuretano semirrígidas y espumas flexibles moldeadas.

PAPI es esencialmente una mezcla que contiene diversas funcionalidades de diisocianatos de metilendifenilo. Normalmente, el MDI representa aproximadamente el 50% de la mezcla total. El resto está formado por isocianatos oligoméricos con tres o más funcionalidades.

En la industria nacional de espuma de poliuretano, especialmente en el sector de la espuma de poliuretano rígida, algunos se refieren a PAPI simplemente como MDI en la compra y producción de materiales, lo cual los recién llegados deben tener en cuenta.

El método de producción de PAPI (MDI crudo) es el mismo que el de MDI, con una proporción molar ligeramente menor de anilina a ácido clorhídrico. La síntesis de PAPI, al igual que MDI, se realiza en dos pasos. Primero, la solución de anilina y formaldehído (formalina) se condensa bajo la acción del ácido de Lewis para formar una mezcla de poliaminas que contiene una cierta cantidad de diaminas. Este compuesto de poliamina se fosgena luego para obtener PAPI. Durante la síntesis de poliaminas, el contenido de diamina debe controlarse en torno al 50%. Esto generalmente se logra ajustando las cantidades de entrada de anilina y formaldehído para mantener una relación molar específica. Experimentalmente, cuando la relación molar de anilina a formaldehído es 1,75, el compuesto de poliamina resultante contiene aproximadamente un 50% de diaminas. Por lo tanto, la relación molar de anilina a formaldehído generalmente varía dentro del intervalo de 1,6-2,0. Las otras condiciones operativas para sintetizar poliaminas son similares a las de MDA.

Para el proceso de producción de MDI y PAPI mediante el método de coproducción, las poliaminas requeridas deben contener entre un 60% y un 75% de diaminas. Esto también se logra cambiando la proporción molar de anilina a formaldehído. Cuando la relación molar de anilina a formaldehído es 4/1,4, las poliaminas sintetizadas contienen aproximadamente un 75% de diaminas. Las condiciones del proceso de fosgenación para las poliaminas son similares a las del MDA, por lo que no se detallan aquí.

Normalmente, se adopta el proceso de coproducción de MDI y PAPI. Actualmente, la producción mundial de isocianatos avanza hacia procesos a gran escala, continuos y automatizados. Las plantas extranjeras de coproducción de MDI y PAPI han alcanzado capacidades de producción de hasta 90.000 toneladas por año.

PAPI contiene entre un 40% y un 50% de MDI puro, siendo el resto poliisocianatos con funcionalidades que varían de tres a seis y una pequeña cantidad de poliisocianatos de alto peso molecular.

Según las diferencias en la viscosidad del producto y la funcionalidad promedio de los grupos NCO, el PAPI se puede dividir en varios grados. Las diferencias entre los distintos productos PAPI residen principalmente en las proporciones de 4,4'-MDI, 2,4’-MDI, y diferentes funcionalidades de poliisocianatos de metilendifenilo, lo que da como resultado funcionalidades y reactividades promedio variables. Según la viscosidad, el PAPI se puede clasificar en PAPI de alta viscosidad, grado estándar y baja viscosidad. El MDI polimérico de grado estándar y de baja viscosidad se usa solo en espumas flexibles, mientras que el PAPI de alta viscosidad y de grado ordinario se usa en espumas rígidas. La funcionalidad promedio del PAPI de grado estándar es de aproximadamente 2,7, con una viscosidad de 100-300 mPa.·s, y una fracción en masa de NCO de aproximadamente 31%-32%, que contiene aproximadamente 50% de MDI en masa, la mayor parte del cual es 4,4’-MDI. Este tipo de MDI polimérico se utiliza ampliamente en espumas flexibles y espumas semirrígidas que no se expulsan con agua, así como en espumas de alta resiliencia curadas en frío cuando se mezclan con TDI y MDI líquido. Una menor viscosidad implica una menor funcionalidad, por ejemplo, la funcionalidad promedio del PAPI de baja viscosidad generalmente está entre 2,5 y 2,6, y se utiliza principalmente en espumas flexibles de alta densidad y espumas auto-desolladoras.

Los productos de la serie MDI incluyen PAPI y MDI modificado, con presiones de vapor mucho más bajas que el TDI, lo que hace que el uso del MDI sea más seguro que el TDI. Además, el MDI tiene una reactividad general más alta que el TDI, lo que se refleja en el rendimiento del proceso de espuma como un curado más rápido, temperaturas de moldeo más bajas, tiempos de desmolde más cortos y mejores propiedades de la espuma. Las espumas flexibles a base de MDI se caracterizan por su alta dureza y buenas propiedades de carga. Por lo tanto, PAPI y MDI modificado se utilizan ampliamente en productos de moldeo por inyección de reacción rápida (RIM) y cojines automotrices de alta carga. En el extranjero existe una tendencia a utilizar sistemas MDI en lugar de sistemas TDI en espumas flexibles moldeadas.