¿Cuál es el proceso de preparación de prepolímeros?

Control de viscosidad en la preparación de prepolímeros

La viscosidad de los prepolímeros es un parámetro clave en su preparación. Debido a la alta viscosidad del propio poliéster, los prepolímeros de tipo poliéster normalmente se preparan mediante un proceso de un solo paso. Todos los componentes de poliéster e isocianato necesarios se añaden simultáneamente, permitiendo que la reacción alcance la viscosidad del prepolímero deseada.

Para los prepolímeros de tipo poliéter, comúnmente se usa una síntesis de dos pasos.:

1  En el primer paso, el poliéter reacciona con parte del isocianato en una relación molar de NCO a OH que normalmente oscila entre 1:1 y 1:5. Esto da como resultado un prepolímero de alto peso molecular con grupos isocianato terminales.

2  En el segundo paso, se agrega el isocianato restante para diluir el producto intermedio, ajustando el contenido de isocianato final a aproximadamente 8%.–10%. En comparación con el método de un solo paso, este enfoque produce prepolímeros con una distribución de pesos moleculares más amplia. La presencia de componentes de mayor peso molecular aumenta la viscosidad del prepolímero, alcanzando generalmente 10–50 Pensilvania·se sentó 25°C.

Control de ramificación en la preparación de prepolímeros

La ramificación afecta significativamente la resistencia del gel durante la formación de espuma y las propiedades finales del producto. La ramificación puede surgir de las siguientes condiciones:

1  Reacción de trazas de agua en polioles. con isocianato, formando grupos urea que posteriormente reaccionan con isocianato para crear estructuras de biuret.

2  Reacción del exceso de isocianato  con grupos carbamato en condiciones como temperaturas elevadas o tiempos de reacción prolongados, formando enlaces alofanato.

3  Incorporación de trioles o tetroles  en formulaciones de poliéter o poliéster a base de diol durante la síntesis de prepolímeros, creando cadenas ramificadas.

En la producción industrial se utilizan prepolímeros con tres tipos distintos de ramificación.

Durante la preparación, es crucial asegurar los grupos isocianato terminales, lograr la viscosidad adecuada y evitar una reticulación excesiva que conduzca a la gelificación. Los factores que afectan la viscosidad y la gelificación, como la calidad de la materia prima, la acidez, la relación NCO/OH, el contenido de agua, el grado de ramificación, la temperatura de reacción y el tiempo, deben controlarse cuidadosamente.

Factores clave en la preparación de prepolímeros

1  Control de Materias Primas

Para garantizar la reproducibilidad, es esencial un control estricto de las especificaciones de la materia prima. Para los polioles, se deben controlar factores como el contenido de agua, el valor de hidroxilo, el pH y el contenido de iones metálicos. También requieren atención los valores de acidez de los poliéster polioles y el contenido de grupos terminales insaturados en los poliéter polioles. A menudo se añaden antioxidantes como el 2,6-di-terc-butil-p-cresol a los poliéter polioles para evitar la oxidación durante el almacenamiento. La acidez total de los isocianatos afecta significativamente la reacción del prepolímero.

2  Relación NCO/OH

El peso molecular y la viscosidad del polímero están influenciados por la relación equivalente de grupos hidroxilo a isocianato. Los máximos teóricos tanto para el peso molecular como para la viscosidad se producen en una relación NCO/OH de 1:1.

• Prepolímeros tipo poliéster : Debido a la alta viscosidad intrínseca del poliéster, todo el isocianato se agrega en un solo paso para mantener la viscosidad adecuada del prepolímero.
• Prepolímeros tipo poliéter : Con una viscosidad intrínseca más baja, normalmente se utiliza una síntesis de dos pasos, con una relación NCO/OH controlada en el rango de 1,05:1 a 1,5:1 en el primer paso. El intermedio resultante se diluye con un exceso de isocianato, asegurando grupos isocianato terminales y una viscosidad adecuada para la formación de espuma.

3  Efecto de diferentes polioles

La elección de polioles, como poliéter o poliéster dioles, o mezclas con trioles o tetroles, afecta significativamente la viscosidad del prepolímero y la resistencia del gel de espuma. El exceso de triol o tetrol puede provocar reticulación y gelificación.

4  Temperatura y tiempo de reacción

La temperatura y el tiempo afectan tanto la viscosidad como la estructura química.:

• Abajo 100°C y sin catalizadores, dominan los enlaces de uretano.
• A temperaturas más altas, se forman enlaces biuret y alofanato, lo que lleva a la ramificación.
• Las temperaturas de reacción más bajas dan como resultado espumas con mayor resistencia, mientras que las temperaturas superiores 100°C aumenta la fuerza del gel durante la formación de espuma.

5  Impacto del pH

• Condiciones ácidas: Favorecen las reacciones de extensión de cadena, produciendo prepolímeros de menor viscosidad.
• Condiciones básicas: Promueve reacciones de ramificación, que potencialmente conducen a la gelificación.

Es necesario equilibrar los iones metálicos básicos residuales de la síntesis de poliéter y los subproductos ácidos de los isocianatos. Los procesos industriales pueden agregar reguladores de ácido, como el cloruro de benzoilo, para ajustar la acidez del sistema.

6  Variables del proceso

La viscosidad del prepolímero también está influenciada por el tamaño, el diseño y la eficiencia de agitación del reactor. La agitación eficiente promueve reacciones uniformes y reduce la viscosidad.