Tipos y actividades de catalizadores de sales organometálicas

Varios compuestos organometálicos, incluidos compuestos de alquilo y carboxilatos de metales como plomo, estaño, titanio, antimonio, mercurio, zinc y bismuto, exhiben actividad catalítica en la reacción entre isocianatos y grupos hidroxilo. Entre ellos, los compuestos organoestaño, en particular el octoato estannoso y el dilaurato de dibutilestaño, son cruciales en la producción de espumas de poliuretano. Los compuestos organoestaño se utilizan generalmente para espumas de poliuretano flexibles debido a su actividad catalítica significativamente mayor para la reacción de gelificación en comparación con la reacción de formación de espuma.

Compuestos de metales alcalinos y alcalinotérreos

Los compuestos fuertemente básicos de metales alcalinos y alcalinotérreos, como el metóxido de sodio, el isooctanoato de potasio y el oleato de potasio, también sirven como catalizadores en la síntesis de poliuretano. Por ejemplo, el acetato de potasio y el oleato de potasio son catalizadores para la producción de espuma de poliisocianurato.

Clasificación de compuestos organoestánnicos

Los compuestos organoestaño son diversos y se pueden clasificar según el número de átomos de carbono unidos al átomo de estaño y los heteroátomos unidos a él. Los ejemplos incluyen dilaurato de dibutilestaño, octoato estannoso, oleato estannoso, di-2-etilhexanoato de dibutilestaño, cloruro de tributilestaño y tricloruro de tributilestaño.

Actividad catalítica de los catalizadores de estaño

La actividad de los catalizadores de estaño se correlaciona con su estructura molecular, siguiendo el orden:

R₂SnX₂, R₂SnO, R₂SnS > RSnX₃, RSnOOH, R₃SnX > R₄Sn

La actividad varía con diferentes grupos funcionales, donde R: CH₃ > C₄H₉ > C₆H₅ y X: OH > OC₄H₉, SC₄H₉, OCOCH₃ > cl > F.

Mecanismo de catálisis de organoestaño

Los compuestos organoestánnicos actúan como ácidos de Lewis, interactuando con los centros básicos de los reactivos. Los orbitales electrónicos vacantes de los átomos de estaño se coordinan con los pares de electrones de los átomos de oxígeno del hidroxilo en los polioles o con los átomos de oxígeno del isocianato a través de π-vinculación. Esta coordinación forma complejos de poliol o isocianato, lo que mejora la nucleofilicidad del oxígeno hidroxilo o la electrofilicidad del átomo de carbono del isocianato, acelerando así la reacción. Los grupos hidroxilo del poliol, que debido a sus grupos donadores de electrones tienen una mayor densidad electrónica que el agua, presentan una coordinación más fuerte con los átomos de estaño. En consecuencia, los catalizadores de organoestaño son más eficaces para catalizar la reacción entre isocianatos y polioles que entre isocianatos y agua.

Implicaciones prácticas en la producción

El efecto catalítico más fuerte de los compuestos organoestaño en la reacción NCO-OH en comparación con la reacción NCO-H₂O es una característica crucial que ofrece utilidad en aplicaciones industriales. Dado que ambas reacciones involucran hidrógeno activo en isocianatos, la mayoría de los catalizadores exhiben actividades comparables para estas reacciones. Sin embargo, los procesos industriales suelen exigir diferentes velocidades de reacción, lo que requiere flexibilidad en el control. Esta adaptabilidad es un desafío con los catalizadores de amina terciaria, pero es factible con compuestos organoestaño, lo que permite sistemas catalíticos mixtos convenientes.

Estabilidad y degradación en espumas de poliuretano.

A diferencia de los catalizadores de amina, los catalizadores de estaño permanecen en la postformación de la espuma y sufren cambios químicos con el tiempo, como la oxidación del estaño divalente a estaño tetravalente o la hidrólisis. El dilaurato de dibutilestaño, si bien es eficaz, afecta las propiedades de envejecimiento térmico de las espumas de poliuretano a base de poliéter. Los estudios indican que la exposición prolongada al aire de dichas espumas que contienen dilaurato de dibutilestaño a aproximadamente 140°C produce degradación térmica, lo que reduce el rendimiento de la espuma. Esta degradación no se produce en ausencia de aire. Las espumas rígidas de poliuretano, debido a su estructura de células cerradas, limitan la circulación del aire y la humedad, lo que hace que la degradación térmica sea menos significativa en comparación con las espumas flexibles. Para mitigar estos efectos, se añaden estabilizadores como el 2,6-di-terc-butil-p-cresol (antioxidantes) cuando se utiliza dilaurato de dibutilestaño en sistemas de espuma.

Por el contrario, el octoato estannoso (un compuesto de estaño divalente) tiene un impacto mínimo en las propiedades de la espuma. Algunos estudios sugieren que la oxidación de compuestos de estaño divalente a estaño tetravalente dentro de la espuma puede proporcionar beneficios antienvejecimiento, extendiendo potencialmente la vida útil del producto.