Polioles de poliéter especiales - Polioles de poliurea

Las partículas de poliurea se dispersan en poliéter mediante la reacción de diaminas o hidrazina con diisocianatos en poliéter polioles, formando poliurea polioles (también denominados "dispersiones PHD" en alemán). Estos polioles de poliurea son un tipo de poliol modificado con polímeros que se utiliza para mejorar la capacidad de carga de los materiales de espuma. Durante la formación de la poliurea, algunos grupos isocianato terminales de las cadenas de urea reaccionan con los grupos hidroxilo del poliéter, creando copolímeros de urea-uretano. Por tanto, los polioles modificados con poliurea contienen tres componentes estructurales: poliéter no modificado, dispersiones de poliurea y polímeros de urea-uretano.

El proceso para preparar poliurea polioles in situ mediante polimerización gradual de hidrazina y TDI en poliéter polioles implica calentar polioles con alto contenido de hidroxilo primario, mezclarlos con una solución acuosa de hidrazina en un reactor agitado, agregar TDI en una cantidad estequiométricamente equivalente a hidrazina, dejar que la mezcla de reacción refluya bajo el calor de reacción, enfriar el reactor y usar vacío para eliminar el exceso de agua. El contenido sólido de los polioles de poliurea (proporción de TDI e hidrazina en el poliol) es típicamente del 20%.

Los poliéter polioles más comúnmente utilizados como base para sintetizar poliurea polioles son poliéter polioles altamente activos con una funcionalidad de 3, un valor de hidroxilo alrededor de 34 mgKOH/g y una fracción molar de hidroxilo primario superior al 70%. En la bibliografía también se han descrito poliésteres como polioles base. Se pueden utilizar etilendiamina, hexametilendiamina, p-fenilendiamina, hidrazina, N,N'-dimetilhidracina y sus hidratos para sintetizar poliurea polioles, aunque la producción industrial suele utilizar hidrato de hidrazina. Para evitar la sedimentación durante el almacenamiento debido a la mayor densidad de las partículas de poliurea en comparación con el poliéter, se puede usar un ligero exceso de isocianato con respecto a los grupos amino para generar copolímeros de urea-uretano adicionales, que estabilizan la dispersión.

Los polioles de poliurea se pueden preparar mediante métodos discontinuos o continuos. En el método discontinuo, primero se dispersa diamina en poliéter polioles y luego se añade lentamente isocianato con agitación vigorosa. Este método requiere mucho tiempo, es difícil de controlar y da como resultado una mayor viscosidad, pero es más fácil de implementar para la producción. En el método continuo, los isocianatos, poliaminas y polioles se bombean en una proporción fija a una cámara de mezcla para una mezcla rápida. La clave para garantizar la calidad del producto es la dispersión completa de las diaminas en el poliéter y el control preciso sobre el grado de reacción del uretano. Se debe controlar estrictamente el tiempo de contacto entre isocianatos y poliéter antes de mezclarlos con la dispersión de diamina. La producción industrial extranjera de polioles de poliurea utiliza principalmente el método continuo, aunque requiere una mayor inversión en equipos.

Los polioles de poliurea son adecuados para espumas blandas de alta resiliencia, espumas semirrígidas, espumas flexibles y espumas rígidas. Cuando se utilizan en plásticos de espuma de alta resiliencia, brindan beneficios similares a los polioles poliméricos, incluida una mayor estabilidad del sistema de espuma, formación de células abiertas y una mayor capacidad de carga de la espuma. También aumentan la velocidad de gelificación inicial de la espuma, reduciendo la cantidad requerida de catalizador y otorgan a la espuma propiedades retardantes de llama, lo que permite que el producto final alcance una resistencia a las llamas autoextinguible incluso sin retardantes de llama añadidos.

Sin embargo, el alto costo de producción de los polioles de poliurea ha limitado su aplicación, lo que resulta en un volumen de producción relativamente bajo.

Otro tipo de poliéter poliol modificado, llamado PIPA, se crea haciendo reaccionar poliéter polioles con trietanolamina (TEA) en 20°C, luego se agrega rápidamente TDI para formar poliéter polioles modificados con poliuretano. La reacción, catalizada por dilaurato de dibutilestaño, se completa en 3–5 minutos. La cantidad de isocianato añadida es generalmente inferior a la necesaria para reaccionar con los grupos hidroxilo de TEA, con una relación típica de TEA/TDI de aproximadamente 1:1.