Polioles de productos naturales: polioles de éster de colofonia

Los polioles de éster de colofonia, derivados de resina de colofonia natural procedente de productos forestales, pueden servir como materia prima para la espuma de poliuretano rígida. El rendimiento de estas espumas es comparable al de las fabricadas con poliéter polioles y también es competitivo en cuanto a costos, encontrando alguna aplicación en la producción de espumas rígidas.

La colofonia es una mezcla compleja de compuestos naturales policíclicos fusionados. La mayoría de las moléculas de colofonia contienen un grupo de ácido carboxílico. Sólo una pequeña cantidad de ácido levopimárico puede reaccionar con anhídrido maleico a temperatura ambiente, formando ácido maleopimárico. A temperaturas superiores 100°C, las colofonias de tipo abiético (incluidos el ácido abiético, el ácido palustrico y el ácido neoabiético) sufren isomerización, produciendo ácido levopimárico.

El ácido levopimárico resultante reacciona con anhídrido maleico mediante una adición de Diels-Alder, produciendo colofonia modificada con anhídrido maleico (rosina maleopimárica). La molécula de ácido maleopimárico contiene tres grupos funcionales carboxilo, que reaccionan con el exceso de dioles para producir polioles de éster de colofonia, a veces denominados "polioles de poliéster de colofonia".

Cuando la relación molar de colofonia a anhídrido maleico es 1:(0,75-1), y la reacción se produce a 180°C durante 3 horas, se alcanza el equilibrio. La esterificación de colofonia maleopimárica y polioles se lleva a cabo bajo protección con nitrógeno. La reacción se detiene cuando el índice de acidez cae a 5 mg de KOH/g. Ajustando la proporción de colofonia maleopimárica a polioles y la composición de polioles, se pueden obtener polioles de éster de colofonia maleopimárica con diferentes valores de hidroxilo.

Las reacciones de la colofonia con anhídrido maleico y la esterificación posterior se pueden realizar de forma continua. Por ejemplo, la colofonia fundida se hace reaccionar con una cantidad específica de anhídrido maleico bajo protección de nitrógeno a 160–200°C. Al finalizar, se añaden un exceso de dietilenglicol y un catalizador, y la reacción avanza a aproximadamente 200°C. Una vez que el índice de acidez cae por debajo de 2, el exceso de dietilenglicol se recupera a presión reducida, produciendo polioles de éster de dietilenglicol de colofonia maleopimárica. El producto final es una mezcla compleja, que comprende principalmente polioles de éster de dietilenglicol de colofonia maleopimárica, con pequeñas cantidades de ésteres de monoácidos diterpénicos tricíclicos y sustancias neutras.

Debido a su estructura policíclica fusionada, el poliol de éster de colofonia maleopimárico exhibe una excelente resistencia al calor y mantiene la estabilidad del peso a 200°C.

Las espumas rígidas de poliuretano y las espumas de poliisocianurato (PIR) fabricadas a partir de este poliol, ya sea solo o mezclado con polioles de poliéter de sacarosa 635 convencionales, muestran una resistencia al calor superior. Los polioles de éster de colofonia maleopimárico mejoran la resistencia al calor de las espumas rígidas derivadas de poliéter polioles. Los estudios muestran que cuanto menor sea el peso molecular del diol utilizado en la síntesis de polioles de éster de colofonia maleopimárico, mejor será la resistencia al calor de los poliésteres y espumas de poliuretano resultantes.

Se preparó una serie de espumas rígidas de poliisocianurato (PIR, índice PAPI 3) haciendo reaccionar polioles derivados del ácido maleopimárico (a base de etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol y poliéter N210) con PAPI.

Las espumas rígidas hechas de polioles de éster de etilenglicol del ácido maleopimárico exhibieron la mejor estabilidad térmica. Por el contrario, las espumas derivadas de polioles de poliéter éster N210 del ácido maleopimárico mostraron la peor estabilidad térmica debido al mayor contenido de enlaces éter térmicamente inestables en su estructura molecular.