Introduction de matières premières de polyéther polyols : catalyseurs de polymérisation à ouverture de cycle

Les catalyseurs de polymérisation par ouverture de cycle pour les composés époxy comprennent les hydroxydes de métaux alcalins, les acides de Lewis, les alcoolates métalliques, les combinaisons alcoolate métallique + halogénure métallique, les alkyles métalliques, l'alumine activée, le silicate d'aluminium + les alkyles métalliques, les carbonates de métaux alcalins et les esters de fluoroborate. Les catalyseurs couramment utilisés pour la polymérisation par ouverture de cycle des oxiranes, tels que l'oxyde de propylène et l'oxyde d'éthylène, peuvent être classés en trois types principaux : les catalyseurs anioniques, les catalyseurs cationiques et les catalyseurs complexes métalliques.

Dans la production d'oligomères de polyéther utilisés pour le polyuréthane, les principaux catalyseurs sont les hydroxydes de métaux alcalins, qui sont des catalyseurs anioniques, et les acides de Lewis, qui sont des catalyseurs cationiques. Le premier est principalement utilisé pour préparer des polyétherpolyols ordinaires avec des poids moléculaires inférieurs, tandis que le second est utilisé pour la production de polyétherpolyols de haut poids moléculaire et de polyétherpolyols spéciaux issus de la copolymérisation du tétrahydrofuranne. Les catalyseurs complexes métalliques sont principalement utilisés pour préparer des polyéther-polyols isotactiques de poids moléculaire ultra élevé, bien qu'ils ne soient actuellement utilisés qu'en petites quantités dans la synthèse de polyéther-polyols pour les applications de polyuréthane.

1. Catalyseurs de polymérisation anionique  

   Les catalyseurs anioniques comprennent l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, l'alcoolate de potassium et l'alcoolate de sodium. Les hydroxydes sont les catalyseurs basiques les plus couramment utilisés, produisant des polyéther polyols de poids moléculaires relativement faibles. Les hydroxydes de métaux alcalins les plus couramment utilisés sont l'hydroxyde de potassium et l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium étant le plus populaire en raison de sa quantité requise inférieure. Les groupes terminaux des chaînes résultantes sont principalement des groupes hydroxyle, avec quelques sels métalliques alcoolates. Lorsqu'un échange de protons se produit entre ces groupes terminaux, la charge ionique est préférentiellement transférée vers la chaîne la plus courte, ce qui entraîne une distribution de poids moléculaire relativement étroite pour les polyéther polyols résultants. Bien entendu, la largeur de la distribution du poids moléculaire des polyéther polyols est également influencée par le type d'initiateur, le monomère et les conditions du procédé de synthèse. Industriellement, presque tous les catalyseurs des réactions de polymérisation sont des bases fortes, utilisées en quantités de 0,1 % à 1,0 % de la charge totale, avec des températures de réaction allant de 100 à 1,0 % de la charge totale. 120°C. De plus, une petite quantité d’amines spéciales, telles que la diméthylamine, peut également être utilisée comme catalyseurs dans la synthèse des polyéthers.

2. Catalyseurs de polymérisation cationique  

   Les catalyseurs cationiques courants comprennent les acides de Lewis tels que FeCl3, AlCl3, SnCl4, le complexe BF3-éther, l'acide chlorosulfonique et l'acide fluorosulfonique. L'inconvénient des catalyseurs acides est qu'ils peuvent facilement provoquer des réactions secondaires lors de la synthèse des polyéther polyols, conduisant à la formation de dioxane et de dioxolane, et il existe une possibilité de remplacement des groupes hydroxyles par des anions acides. Ces réactions de polymérisation sont réalisées à basses températures allant de 0 à 20°C. Industriellement, ces catalyseurs acides sont utilisés dans la polymérisation du tétrahydrofuranne pour produire du polytétraméthylène éther glycol.

3. Catalyseurs complexes métalliques

   De nombreux complexes d'ions métalliques peuvent être utilisés comme catalyseurs pour la polymérisation de l'oxyde de propylène, les plus actifs étant les catalyseurs à double cyanure métallique (DMC). Le système catalytique le plus efficace est la série complexe de cyanure de zinc et de cobalt, qui est utilisée en quantités de seulement quelques parties par million de polyéther. Les complexes de cyanure double métallique, tels que l'hexacyanocobaltate de zinc, conviennent généralement à la préparation de polyétherpolyols isotactiques de haut poids moléculaire. Ces dernières années, les polyéthers à faible insaturation et à poids moléculaire élevé ont suscité un intérêt croissant en raison de leur faible insaturation, de leur fonctionnalité moyenne élevée et de leur distribution étroite de poids moléculaire. Les mousses de polyuréthane souples et les élastomères qui en résultent présentent de meilleures performances.