Características e Desenvolvimento de Poliéter de Baixa Insaturação

A tecnologia de produção de polióis poliéteres de baixa insaturação e alto peso molecular representa um avanço significativo na fabricação de poliéteres. Esta tecnologia está agora sendo aplicada em produtos especializados de espuma flexível de poliuretano e materiais elastômeros.

Os polióis de óxido de polipropileno convencionais (poliéter polióis de uso geral) são normalmente produzidos usando óxido de propileno como principal matéria-prima e hidróxido de potássio (KOH) como catalisador. Este catalisador alcalino não apenas promove a polimerização do óxido de propileno nas moléculas iniciadoras, mas também induz reações colaterais, como a isomerização do óxido de propileno em álcool alílico (CH₂=CHCH₂OH) ou propilenoglicol (CH₃CH=CHOH). Este último atua então como um iniciador monofuncional, levando à propoxilação e resultando em poliéteres mono-hidroxi de baixo peso molecular. Além disso, durante a polimerização, o centro aniônico ativo na cadeia polimérica pode sofrer desproporção (transferência de cadeia), formando poliéteres com grupos terminais aliloxi (ou propenoxi). Consequentemente, a funcionalidade real do poliéter é inferior ao seu valor teórico. Quanto maior o teor de monool, menor a funcionalidade (isto é, maior o desvio da funcionalidade teórica). Quando os monoóis em poliéter polióis reagem com diisocianatos ou pré-polímeros terminados em NCO, eles podem encerrar o crescimento da cadeia molecular do poliuretano, levando a polímeros com pesos moleculares mais baixos e resistência mecânica reduzida e outras propriedades.

Para minimizar reações colaterais em sistemas catalisados ​​por KOH e fabricar polióis poliéteres de baixa insaturação, os pesquisadores desenvolveram vários catalisadores de polimerização de abertura de anel, incluindo compostos de metais alcalino-terrosos e complexos de metaloporfirina. Entre estes, os catalisadores de cianeto bimetálico (DMC) surgiram como alternativas proeminentes, recebendo atenção significativa tanto a nível nacional como internacional. Já na década de 1960, a General Tire & A Rubber Company nos Estados Unidos desenvolveu catalisadores de cianeto bimetálicos. Porém, devido à falta de competitividade económica, a industrialização não ocorreu naquela época. A tecnologia foi posteriormente adquirida e aprimorada pela Lyondell (anteriormente Arco) nos Estados Unidos, levando à comercialização de uma série de polióis poliéteres de baixo insaturação e alto peso molecular no início da década de 1990, usando complexos de cianeto bimetálicos como catalisadores. Na mesma época, a Dow Chemical introduziu a série HPP de polióis poliéteres de baixo insaturação e alto peso molecular, sintetizados usando complexos de cianeto bimetálicos. Empresas como Asahi Glass, Olin e BASF também lançaram produtos correspondentes.

Os poliéter polióis de baixa insaturação geralmente usam DMC como catalisador. Através da polimerização controlada, a reação de adição de óxido de propileno é significativamente mais rápida que a reação de isomerização. Como resultado, os poliéter polióis produzidos por este método têm insaturação (ou teor de monool) extremamente baixa e uma distribuição estreita de peso molecular, com níveis de insaturação abaixo de 0,02 mmol/g.

Quando polióis poliéteres convencionais são sintetizados usando KOH como catalisador, a isomerização do óxido de propileno torna-se significativa à medida que o peso molecular do poliéter aumenta, resultando em ligações insaturadas nas extremidades da cadeia, tornando um desafio a produção de poliéteres de alto peso molecular. Os poliéter trióis convencionais com um peso molecular de aproximadamente 6.200 têm um nível de insaturação tão alto quanto cerca de 0,1 mmol/g. O peso molecular dos poliéter trióis práticos e convencionais geralmente não excede 6.000. O novo sistema catalisador DMC permite a produção de poliéteres de alto peso molecular com pesos moleculares relativos na casa das dezenas de milhares. Para polióis poliéteres com aplicações práticas em espuma de poliuretano, o peso molecular geralmente não excede 10.000. Esses poliéteres de alto peso molecular apresentam baixa insaturação.

Espumas de poliuretano e elastômeros baseados em polióis de poliéter de baixo insaturação e alto peso molecular apresentam propriedades físicas significativamente melhoradas em comparação com polióis de poliéter convencionais, o que facilita a produção de produtos de espuma macia. Por exemplo, em aplicações de espuma macia de alta resiliência (incluindo espumas de blocos grandes e espumas moldadas), a formulação requer menos TDI ao usar a mesma quantidade de água que com poliéter polióis convencionais, produzindo uma espuma com uma sensação mais confortável, semelhante à espuma de látex.