Préparation de polyéther à faible insaturation - Polyol d'oxyde de polypropylène

La préparation des polyéther polyols peut être divisée en plusieurs étapes, notamment le chauffage et la déshydratation, l'activation du catalyseur et la polymérisation.

1. Processus de chauffage et de déshydratation

   Le DMC (cyanure métallique double) et l'initiateur (soit un polyol à petites molécules, soit un polyéther polyol de faible poids moléculaire avec un poids moléculaire d'environ 500) sont ajoutés au réacteur. Après plusieurs purges à l'azote, le mélange est chauffé à 105–120°C, et les traces d'eau sont éliminées sous pression réduite.

2. Processus d'activation (induction) du catalyseur

   Ajouter 1/10 à 2/10 de la masse d'initiateur en PO (oxyde de propylène) au mélange déshydraté DMC et initiateur. La pression dans le réacteur augmente rapidement. Après une période de temps à 105–150°C, le DMC commence à s'activer, provoquant une chute rapide de la pression de vapeur du PO. Lorsque la température augmente, cela indique que l’induction est terminée et que PO commence à polymériser.

3. Processus de réaction de polymérisation

   Le PO restant est ajouté au réacteur pour poursuivre la réaction de polymérisation, la pression interne étant maintenue à 0–0,6 MPa. En raison de la forte activité catalytique du DMC, le PO peut même être introduit à une pression proche de zéro. La température de réaction est maintenue entre 105–150°C. Lorsque la pression du PO dans le réacteur se stabilise, cela signifie que le PO a complètement réagi et que le réacteur est refroidi pour évacuer le produit. Les premières formulations de DMC avaient une faible activité et ne nécessitaient qu'une quantité infime, ce qui entraînait des périodes d'induction plus longues et des ions métalliques plus élevés dans le polyéther brut, ce qui nécessitait une purification plus poussée par des méthodes conventionnelles de production de polyéther.

L'augmentation de la pression de réaction initiale pendant la synthèse du polyéther polyol peut raccourcir la période d'induction mais peut avoir un impact négatif sur les propriétés physiques du polyéther polyol résultant. Une méthode d'introduction progressive de PO à basse pression pendant l'induction profite à la qualité du produit final. De plus, en augmentant la température d'induction de manière appropriée et en ajoutant lentement du PO à basse pression, on obtient un polyéther polyol doté de propriétés plus souhaitables.

Le temps d'induction diminue considérablement à mesure que la quantité de catalyseur augmente, avec un impact minimal sur les propriétés du polyéther. Les expériences montrent qu'avec une concentration de catalyseur de 70*10⁻⁶, une petite quantité de gel se forme dans le polyéther polyol, car la vitesse de réaction augmente trop rapidement sous une pression initiale élevée, provoquant une croissance rapide de la chaîne moléculaire sans transfert de chaîne suffisant. La réduction du taux d’ajout de PO améliore le résultat.

Les expériences montrent que la réalisation de la réaction d'induction à une température plus basse entraîne une période d'induction plus longue, une viscosité du polyéther légèrement plus élevée et une distribution de poids moléculaire plus large. A même pression, une température plus basse (inférieure 105°C) conduit à davantage de PO en phase liquide, ce qui peut provoquer une surchauffe locale une fois la réaction initiée. À une pression initiale plus élevée (par exemple 0,25 MPa), la réaction se déroule très rapidement, ce qui la rend difficile à contrôler en pratique. Par conséquent, en production, la température initiale est contrôlée entre 130–145°C, et la pression initiale est maintenue aussi basse que possible.

L'augmentation de la pression initiale de PO raccourcit la période d'induction mais réduit légèrement la qualité du polyéther. Lorsque la pression initiale dépasse 0,4 MPa, des impuretés de poids moléculaire ultra élevé apparaissent souvent dans le polyéther polyol. En effet, les sites catalytiques actifs dépendent de l'activation du PO lors de la synthèse du polyéther polyol. Plus la pression ou la concentration de PO dans le réacteur est élevée, plus la période d'induction est courte ; cependant, lors de l'induction, les sites catalytiques actifs n'ont pas encore atteint des niveaux maximaux, ce qui fait que des concentrations plus élevées de PO sont la source d'impuretés moléculaires ultra-élevées.