Polycaprolactone Polyol

En plus des polyester polyols à base d'acide adipique, le polyuréthane microcellulaire haute performance et la mousse flexible de polyuréthane utilisent également des polycaprolactone polyols (PCL). Le PCL est synthétisé par polymérisation catalytique par ouverture de cycle de ε-caprolactone en présence d'initiateurs diol (polyol). Sa fonctionnalité dépend de la fonctionnalité de l'initiateur polyol utilisé.

Semblable à la préparation de polyéther polyols, le poids moléculaire et la fonctionnalité du PCL peuvent être adaptés en ajustant le type et la quantité d'initiateurs, permettant la synthèse de PCL adapté aux mousses de polyuréthane flexibles, semi-rigides et rigides. Par exemple, du PCL de poids moléculaire moyen dérivé de l'éthylène glycol, du glycérol ou du triméthylolpropane est utilisé pour les élastomères et les mousses flexibles. Le triol de polycaprolactone d'un poids moléculaire d'environ 3 000 peut être utilisé dans la synthèse de mousses de polyuréthane flexibles.

Par exemple, en faisant réagir 169 parties de diméthyle ε-caprolactone, 4,8 parties d'éthylène glycol et 0,09 partie de catalyseur d'oxyde de dibutylétain sous azote à 170°C pendant 4,5 heures donne un liquide visqueux incolore PCL avec un indice d'hydroxyle de 48 mgKOH/g et un indice d'acide de 2,1 mgKOH/g. Les produits en polyuréthane synthétisés à partir de PCL présentent la résistance mécanique élevée, l'excellente résistance à l'usure et la résistance à l'huile des polyuréthanes traditionnels à base de polyester, tout en possédant également la résistance supérieure à l'hydrolyse et la flexibilité à basse température des polyuréthanes à base de polyéther.

La viscosité des polycaprolactone diols est nettement inférieure à celle des polyesters à base d'acide adipique, ce qui les rend plus faciles à utiliser et améliore la résistance aux basses températures, la résistance à l'hydrolyse et la stabilité dimensionnelle des mousses. Cependant, le PCL est relativement coûteux et est désormais rarement utilisé seul pour la production de mousses de polyuréthane. Il est principalement utilisé pour les mousses flexibles de polyuréthane et les élastomères de polyuréthane microcellulaires ayant des exigences particulières. Il peut également être mélangé avec des polyesters à base d'acide adipique ou utilisé pour modifier ces derniers avec de la caprolactone pour conférer au polyester une bonne résistance aux basses températures et à l'hydrolyse.

Un exemple de synthèse de polyester mixte modifié consiste à chauffer 730 parties d'acide adipique, 570 parties de ε-caprolactone, et 357 parties d'éthylène glycol sous atmosphère d'azote pour 160°C tout en éliminant progressivement l'eau de condensation. Lorsque la température monte à 180–190°C, la réaction est poursuivie sous pression réduite pendant une période pour produire un polyester visqueux brun clair avec un indice d'hydroxyle de 40 mg de KOH/g et un indice d'acide de 1,4 mg de KOH/g.

Des polycaprolactone polyols à faible valeur hydroxyle et à haute fonctionnalité synthétisés en utilisant du pentaérythritol ou du sorbitol comme initiateurs peuvent être utilisés pour préparer des mousses de polyuréthane rigides. Étant donné que la plupart de ces initiateurs polyhydroxylés sont des solides, la polymérisation est difficile et nécessite l’ajout de solvants. Par exemple, en mélangeant 1 160 parts de pentaérythritol, 2 580 parts de ε-caprolactone, et 200 parties de benzène sous azote et en agitant en chauffant, puis en ajoutant 2 parties de chlorure de benzoyle et en maintenant la température à environ 190°C jusqu'à ce que l'indice d'acide soit inférieur à 2 mgKOH/g, donne des polyols PCL après élimination du solvant et n'a pas réagi ε-caprolactone sous pression réduite.

Les mousses de polyuréthane rigides à base de PCL présentent une excellente stabilité thermique. Par exemple, la mousse de polyuréthane synthétisée à partir de PCL en utilisant du TMP comme initiateur et du PAPI comme isocyanate ne présente qu'une perte de poids de 3 % après 24 heures à 204°C et 17% après 312 heures. Sa résistance à la compression est de 1,49 MPa à 149°C et 0,63 MPa à 204°C.