Quel est le processus de préparation des prépolymères ?

Contrôle de la viscosité dans la préparation des prépolymères

La viscosité des prépolymères est un paramètre clé dans leur préparation. En raison de la viscosité élevée du polyester lui-même, les prépolymères de type polyester sont généralement préparés en une seule étape. Tous les composants polyester et isocyanate requis sont ajoutés simultanément, permettant à la réaction d'atteindre la viscosité souhaitée du prépolymère.

Pour les prépolymères de type polyéther, une synthèse en deux étapes est couramment utilisée:

1  Dans la première étape, le polyéther réagit avec une partie de l'isocyanate selon un rapport molaire NCO sur OH allant généralement de 1:1 à 1:5. Il en résulte un prépolymère de poids moléculaire élevé avec des groupes isocyanate terminaux.

2  Dans la deuxième étape, l'isocyanate restant est ajouté pour diluer le produit intermédiaire, en ajustant la teneur finale en isocyanate à environ 8 %–10%. Par rapport à la méthode en une étape, cette approche produit des prépolymères avec une distribution de poids moléculaire plus large. La présence de composants de poids moléculaire plus élevé augmente la viscosité du prépolymère, atteignant généralement 10–50 Pennsylvanie·assis 25°C.

Contrôle de la ramification dans la préparation des prépolymères

La ramification a un impact significatif sur la résistance du gel lors du moussage et sur les propriétés finales du produit. Le branchement peut résulter des conditions suivantes:

1  Réaction des traces d'eau dans les polyols avec l'isocyanate, formant des groupes urée qui réagissent ensuite avec l'isocyanate pour créer des structures biuret.

2  Réaction d'un excès d'isocyanate  avec des groupes carbamate dans des conditions telles que des températures élevées ou des temps de réaction prolongés, formant des liaisons allophanate.

3  Incorporation de triols ou tétrols  dans des formulations de polyéther ou de polyester à base de diol lors de la synthèse du prépolymère, créant ainsi des chaînes ramifiées.

Dans la production industrielle, des prépolymères présentant trois types de ramifications distincts sont utilisés.

Lors de la préparation, il est crucial de garantir les groupes isocyanates terminaux, d'atteindre une viscosité appropriée et d'éviter une réticulation excessive conduisant à une gélification. Les facteurs affectant la viscosité et la gélification, tels que la qualité des matières premières, l'acidité, le rapport NCO/OH, la teneur en eau, le degré de ramification, la température et le temps de réaction, doivent être soigneusement contrôlés.

Facteurs clés dans la préparation des prépolymères

1  Contrôle des matières premières

Pour garantir la reproductibilité, un contrôle strict des spécifications des matières premières est essentiel. Pour les polyols, des facteurs tels que la teneur en eau, l’indice d’hydroxyle, le pH et la teneur en ions métalliques doivent être surveillés. Les valeurs d'acide des polyester-polyols et la teneur en groupes terminaux insaturés des polyéther-polyols nécessitent également une attention particulière. Des antioxydants comme le 2,6-di-tert-butyl-p-crésol sont souvent ajoutés aux polyéther polyols pour empêcher l'oxydation pendant le stockage. L'acidité totale des isocyanates a un impact significatif sur la réaction du prépolymère.

2  Rapport NCO/OH

Le poids moléculaire et la viscosité du polymère sont influencés par le rapport équivalent des groupes hydroxyle aux groupes isocyanate. Les maxima théoriques pour le poids moléculaire et la viscosité se produisent à un rapport NCO/OH de 1:1.

• Prépolymères de type polyester : En raison de la viscosité intrinsèque élevée du polyester, tous les isocyanates sont ajoutés en une seule étape pour maintenir une viscosité appropriée du prépolymère.
• Prépolymères de type polyéther : Avec une viscosité intrinsèque plus faible, une synthèse en deux étapes est généralement utilisée, avec un rapport NCO/OH contrôlé compris entre 1,05 : 1 et 1,5 : 1 dans la première étape. L'intermédiaire résultant est dilué avec un excès d'isocyanate, garantissant des groupes isocyanate terminaux et une viscosité appropriée pour le moussage.

3  Effet de différents polyols

Le choix des polyols, tels que les polyéthers ou les polyesterdiols, ou des mélanges avec des triols ou des tétrols, a un impact significatif sur la viscosité du prépolymère et la résistance du gel moussant. Un excès de triol ou de tétrol peut entraîner une réticulation et une gélification.

4  Température et temps de réaction

La température et le temps affectent à la fois la viscosité et la structure chimique:

• Ci-dessous 100°C et sans catalyseurs, les liaisons uréthane dominent.
• À des températures plus élevées, des liaisons biuret et allophanate se forment, conduisant à des ramifications.
• Des températures de réaction plus basses donnent des mousses plus résistantes, tandis que des températures supérieures 100°C augmenter la force du gel pendant le moussage.

5  Impact sur le pH

• Conditions acides : Favorisent les réactions d’extension de chaîne, produisant des prépolymères à faible viscosité.
• Conditions de base : Favoriser des réactions de ramification, conduisant potentiellement à une gélification.

Les ions métalliques basiques résiduels issus de la synthèse des polyéthers et les sous-produits acides dans les isocyanates doivent être équilibrés. Les processus industriels peuvent ajouter des régulateurs d'acide, tels que le chlorure de benzoyle, pour ajuster l'acidité du système.

6  Variables de processus

La viscosité du prépolymère est également influencée par la taille du réacteur, sa conception et l'efficacité de l'agitation. Une agitation efficace favorise des réactions uniformes, réduisant ainsi la viscosité.