Peso molecular y funcionalidad del poliuretano (Parte 1)

El peso molecular de un polímero es el promedio de los diversos pesos moleculares de sus moléculas. Incluye el peso molecular promedio numérico (MN), que se promedia en función del número de moléculas y el peso molecular promedio de peso (MW), que se promedia en función de la masa de las moléculas. En los laboratorios, el peso molecular se mide típicamente usando análisis del grupo final o osmometría de presión de vapor, ambos produciendo el peso molecular promedio numérico.

La fórmula general para MN es:

Mn = & suma; nimi / & suma; ni  (11-18)

Si se conoce el valor equivalente (e) y la funcionalidad (f) de un polímero, entonces:

Mn = E × F (11-19)

Para los poliéter o poliéster poliols con valor hidroxilo conocido (OH) y funcionalidad (F), la fórmula (11-19) puede reescribirse como:

Mn = (1000 × 56.1 × F) / OH (11-20)

Ejemplo:

Para un triol poliéter con un valor hidroxilo de 55.8 mgkoh/g:

Mn = (1000 × 56.1 × 3) / 55.8 = 3016.1

En la producción de poliuretano, los poliéter de poliéter mezclados a menudo se usan para lograr un rendimiento óptimo del producto. Por lo tanto, el cálculo preciso del peso molecular promedio de las mezclas de poliol es crucial.

La forma general para el peso molecular promedio numérico de una mezcla:

Mnm = (njmj + nkmk) / (nj + nk) (11-21)

Si se conocen los pesos moleculares y las fracciones de masa de cada componente:

Mnm = (MNJ × Mnk) / (mnk × A + MNJ × (1 - A)) (11-22)

Ejemplo: para elastómeros microcelulares de PU (por ejemplo, suelas de zapatos), usando el 80% de poliéter poliol (MN = 3000) y el 20% de poliéster poliol (MN = 1000):

Mnm = (3000 × 1000) / (1000 × 0.8 + 3000 × 0.2) = 2142.8

Si se conocen los valores de hidroxilo, las funcionalidades y las fracciones de masa de dos polioles, el peso molecular promedio numérico de su mezcla se calcula utilizando:

Mnm = (1000 × 56.1 × FJ × Fk) / (ohj × Fk × A + ohk × FJ × (1 - A)) (11-23)

Dónde:

FJ – Funcionalidad del compuesto j

Fk – Funcionalidad del compuesto k

OhJ – Valor hidroxilo del compuesto j

Ohk – Valor hidroxilo del compuesto k

A – Fracción de masa del compuesto j

1 – A – Fracción de masa del compuesto k

En la industria de poliuretano, los informes de análisis de poliol generalmente incluyen valores y funcionalidades hidroxilo, lo que hace que la fórmula (11-23) sea más práctica que la fórmula (11-22).

Ejemplo:

Para una síntesis de prepolímero usando 70% de poliéter diol (OH = 100) y 30% de poliéster diol (OH = 56):

FJ = 2; Fk = 2; A = 0.7; 1 - a = 0.3

Mnm = (1000 × 56.1 × 2 × 2) / (100 × 2 × 0.7 + 56 × 2 × 0.3) = 1292.6

La fórmula general para el peso molecular promedio de peso (MW) es:

MW = & suma; iwimi / & suma; iwi (11-24)

Donde wi – Masa de componente I; Mi – Peso molecular del componente i.

Alternativamente, usando el número de moléculas:

MW = & suma; inimi² / & suma; inimi (11-25)

Para una mezcla de poliol, el peso molecular promedio de peso es más simple de calcular:

MWM = MWJ × A + MWK × (1 - A) (11-26)

Nota: En la fórmula (11-26), se debe usar MW. Los valores de MN o OH no son sustitutos válidos.