Introduction aux matières premières des polyéther polyols : initiateurs

Dans la production de polyéthers, les initiateurs sont des composés contenant des atomes d'hydrogène actif. Contrairement aux initiateurs de la polymérisation radicalaire, les initiateurs de la production de polyéthers servent de point de départ aux segments de chaîne de polyéther, où les époxydes comme l'oxyde de propylène subissent une croissance de chaîne.

Les initiateurs utilisés pour la synthèse des polyéther polyols sont divers et nombreux. Ils peuvent être globalement classés en deux catégories principales en fonction de la nature de leurs groupes actifs : les composés contenant des hydroxyles et les composés contenant des amines. Ces initiateurs sont généralement de petites molécules comportant de multiples sites réactifs, notamment des polyols, des polyamines ou des polyol-amines. Les initiateurs couramment utilisés comprennent le propylène glycol, le triméthylolpropane, le glycérol, le mannitol, le sorbitol, le pentaérythritol, le saccharose, le xylitol, l'éthylènediamine, la triéthanolamine et la toluènediamine. Parfois, des initiateurs mixtes sont utilisés pour obtenir des polyéther polyols dotés de fonctionnalités et de viscosités spécifiques.

Les initiateurs jouent un rôle crucial dans la détermination de la fonctionnalité et du poids moléculaire des polyéther polyols:

Contrôle du poids moléculaire : Les polyols polyéthers sont composés d'initiateurs et d'époxydes. Si la quantité totale d'époxydes reste constante, l'augmentation de la quantité d'initiateur conduit à des polyétherpolyols de poids moléculaire inférieur, tandis que la réduction de la quantité d'initiateur conduit à des polyétherpolyols de poids moléculaire plus élevé.

Contrôle de la fonctionnalité : La fonctionnalité des polyéther polyols peut être ajustée en faisant varier le nombre d'atomes d'hydrogène actif dans l'initiateur. Par exemple, les initiateurs d'alcool difonctionnels typiques comprennent l'éthylène glycol, le diéthylène glycol et le propylène glycol. Le glycérol et le triméthylolpropane sont les principaux initiateurs utilisés industriellement pour produire des polyéthers trifonctionnels à structures ramifiées. Pour atteindre des degrés de ramification plus élevés, des initiateurs comme le pentaérythritol, le sorbitol, le mannitol, les glycosides et les dextrines peuvent être utilisés. Les produits de décomposition de l'amidon et de la cellulose peuvent également servir d'initiateurs.

Le xylitol, souvent dérivé de sous-produits agricoles comme les épis de maïs par hydrolyse, hydrogénation et cristallisation, est abondant et peu coûteux.

L'eau, en tant qu'initiateur, fournit deux groupes fonctionnels. Il réagit avec les époxydes pour former des diols, qui agissent comme initiateurs. Par conséquent, il est crucial d’éliminer l’eau de l’initiateur pour éviter qu’elle n’affecte la fonctionnalité finale du polyéther polyol.

Les initiateurs amines peuvent produire des polyéthers d'amines tertiaires basiques hautement réactifs. Les initiateurs aminés courants comprennent les alkylamines (par exemple, l'éthylènediamine), les alcanolamines (par exemple, la triéthanolamine) et les amines aromatiques (par exemple, la toluènediamine). Chaque atome d'hydrogène directement lié à l'azote dans les initiateurs polyamines peut agir comme un site initiateur, déterminant la fonctionnalité du polyéther. Par exemple, les polyéther polyols synthétisés à partir d’éthylènediamine ont une fonctionnalité de quatre, tandis que ceux de diéthylène triamine ont une fonctionnalité de cinq. Ces polyétherpolyols contenant des amines tertiaires, appelés « éthers d'amines », ont des propriétés catalytiques et sont souvent utilisés dans des formulations pour les applications de pulvérisation de mousse rigide de polyuréthane.

En plus d'utiliser des composés d'alcool alkylique ou d'amine classiques comme initiateurs, des initiateurs contenant d'autres éléments ou structures peuvent conférer des propriétés spéciales aux polyols polyéthers résultants. Par exemple, la réaction de l'oxychlorure de phosphore avec du glycérol produit un ester de diglycérol contenant du phosphore avec une fonctionnalité de trois. Cet initiateur donne des polyols de polyéther contenant du phosphore, qui peuvent conférer des propriétés ignifuges aux matériaux polyuréthanes.

Les phénols et les acides polycarboxyliques peuvent également servir d'initiateurs. L'utilisation de polyols ou de polyamines aromatiques ou hétérocycliques comme initiateurs dans la synthèse des polyéthers introduit des cycles aromatiques ou des structures hétérocycliques dans le polyol polyéther. Cette caractéristique peut améliorer la stabilité dimensionnelle, la résistance à la chaleur et le caractère ignifuge des matériaux polyuréthanes obtenus. Les initiateurs courants dans cette catégorie comprennent le bisphénol A, le bisphénol S, la toluènediamine, l'isocyanurate de tris(2-hydroxyéthyle) et les condensats phénol-formaldéhyde ou aniline-formaldéhyde.