Introducción de materias primas de poliéter polioles: catalizadores de polimerización con apertura de anillo

Los catalizadores de polimerización con apertura de anillo para compuestos epoxi incluyen hidróxidos de metales alcalinos, ácidos de Lewis, alcóxidos metálicos, combinaciones de alcóxidos metálicos + haluro metálico, alquilos metálicos, alúmina activada, silicato de aluminio + alquilos metálicos, carbonatos de metales alcalinos y ésteres de fluoroborato. Los catalizadores comúnmente utilizados para la polimerización con apertura de anillo de oxiranos, como el óxido de propileno y el óxido de etileno, se pueden clasificar en tres tipos principales: catalizadores aniónicos, catalizadores catiónicos y catalizadores de complejos metálicos.

En la producción de oligómeros de poliéter utilizados para poliuretano, los catalizadores primarios son hidróxidos de metales alcalinos, que son catalizadores aniónicos, y ácidos de Lewis, que son catalizadores catiónicos. El primero se utiliza principalmente para preparar poliéter polioles regulares con pesos moleculares más bajos, mientras que el segundo se utiliza para la producción de poliéter polioles de alto peso molecular y poliéter polioles especiales a partir de la copolimerización de tetrahidrofurano. Los catalizadores de complejos metálicos se utilizan principalmente para preparar polioles de poliéter isotácticos de peso molecular ultraalto, aunque actualmente solo se utilizan en pequeñas cantidades en la síntesis de polioles de poliéter para aplicaciones de poliuretano.

1. Catalizadores de polimerización aniónica  

   Los catalizadores aniónicos incluyen hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, alcoholato de potasio y alcoholato de sodio. Los hidróxidos son los catalizadores básicos más comúnmente utilizados y producen poliéter polioles con pesos moleculares relativamente bajos. Los hidróxidos de metales alcalinos más utilizados son el hidróxido de potasio y el hidróxido de sodio, siendo el hidróxido de potasio el más popular debido a su menor cantidad requerida. Los grupos terminales de las cadenas resultantes son principalmente grupos hidroxilo, con algunas sales metálicas de alcóxido. Cuando se produce el intercambio de protones entre estos grupos terminales, la carga iónica se transfiere preferentemente a la cadena más corta, lo que da como resultado una distribución de peso molecular relativamente estrecha para los poliéterpolioles resultantes. Por supuesto, la amplitud de la distribución del peso molecular de los poliéterpolioles también está influenciada por el tipo de iniciador, monómero y las condiciones del proceso de síntesis. Industrialmente, casi todos los catalizadores para reacciones de polimerización son bases fuertes, utilizadas en cantidades del 0,1% al 1,0% de la alimentación total, con temperaturas de reacción que oscilan entre 100 y 1,0%. 120°C. Además, una pequeña cantidad de aminas especiales, como la dimetilamina, también pueden utilizarse como catalizadores en la síntesis de poliéteres.

2. Catalizadores de polimerización catiónicos  

   Los catalizadores catiónicos comunes incluyen ácidos de Lewis como FeCl3, AlCl3, SnCl4, complejo BF3-éter, ácido clorosulfónico y ácido fluorosulfónico. El inconveniente de los catalizadores ácidos es que pueden provocar fácilmente reacciones secundarias durante la síntesis de poliéter polioles, dando lugar a la formación de dioxano y dioxolano, y existe la posibilidad de que los grupos hidroxilo sean sustituidos por aniones ácidos. Estas reacciones de polimerización se llevan a cabo a bajas temperaturas que oscilan entre 0 y 20°C. Industrialmente, estos catalizadores ácidos se utilizan en la polimerización de tetrahidrofurano para producir politetrametilen éter glicol.

3. Catalizadores complejos metálicos

   Muchos complejos de iones metálicos se pueden utilizar como catalizadores para la polimerización de óxido de propileno, siendo los más activos los catalizadores de cianuro bimetálico (DMC). El sistema catalizador más exitoso es la serie compleja de cianuro de zinc y cobalto, que se utiliza en cantidades de sólo unas pocas partes por millón del poliéter. Los complejos de cianuro de doble metal, tales como hexacianocobaltato de zinc, son generalmente adecuados para preparar poliéterpolioles isotácticos de alto peso molecular. En los últimos años, ha habido un interés creciente en poliéteres de baja insaturación y alto peso molecular debido a su baja insaturación, alta funcionalidad promedio y estrecha distribución de peso molecular. Las espumas de poliuretano blandas y los elastómeros resultantes presentan un mejor rendimiento.