Catalisadores de amina importantes e suas aplicações

1. Trietilenodiamina

A trietilenodiamina, oficialmente conhecida como 1,4-diazabiciclo[2,2,2]octano, é comumente referida como trietilenodiamina na indústria. Sua fórmula estrutural é N(CH₂CH₂)₃N, tornando-o um catalisador de amina terciária com estrutura bicíclica. Em seu estado normal, aparece como um sólido cristalino branco com densidade relativa de 1,14 em 28°C. Sua forma pura tem ponto de fusão de 154°C e um ponto de ebulição de 174°C. Sublima facilmente, é higroscópico e se dissolve em vários solventes. Possui um leve odor de amina, menos pronunciado do que a maioria dos catalisadores de amina terciária. Sua pressão de vapor é 533 Pa em 50°C e 7,7 kPa em 100°C. Com valor de pKa de 5,4, possui alta solubilidade em água, dissolvendo 46g em 100g de água a 25°C.

A trietilenodiamina é um dos catalisadores de amina terciária mais significativos, amplamente utilizado em espumas de poliuretano flexíveis, semirrígidas e rígidas. A sua importância é particularmente notável no processo de espumação de uma etapa, cujo sucesso está intimamente ligado à descoberta e desenvolvimento deste catalisador. É altamente ativo, exigindo apenas pequenas quantidades, e catalisa efetivamente as reações de gelificação e formação de espuma.

Sua estrutura química única—um composto semelhante a uma gaiola com dois átomos de nitrogênio conectados por três grupos etileno—torna-o altamente simétrico e denso. Os átomos de nitrogênio não possuem substituintes volumosos, permitindo fácil acesso aos seus pares de elétrons isolados. Em sistemas espumantes, reage com isocianatos para formar complexos ativos instáveis, que, após a formação da ligação de uretano, são liberados para catalisar ainda mais a reação. Embora não seja uma base forte, apresenta alta atividade catalítica para compostos de isocianato e hidrogênio ativo devido a este mecanismo.

No processo de formação de espuma em uma etapa, sua baixa dosagem (geralmente inferior a 1%) suporta efetivamente tanto a extensão da cadeia quanto as reações de formação de espuma, promovendo rápido aumento inicial da viscosidade e crescimento da espuma.

2. Éter bis(dimetilaminoetílico)

O éter bis(dimetilaminoetílico) é outro catalisador de amina crucial, aparecendo como um líquido transparente amarelo claro com um ponto de fulgor de 64°C e uma densidade de 0,85 g/cm³ Em 25°C. É solúvel em água e apresenta alta atividade catalítica e seletividade para reações de formação de espuma. Inicialmente desenvolvido pela Union Carbide Corporation sob o nome comercial Niax A-1, foi posteriormente produzido pela divisão Compton's Silicone (OSI) sob o mesmo nome. Está disponível como solução a 70% em dipropilenoglicol, comercializado como Dabco BL11 pela Air Products. Internamente, o catalisador A-1 também contém 70% de bis (dimetilaminoetil) éter em dipropilenoglicol, com viscosidade de 4.0–5.5 mpa·s, um índice de refração de 1,4346 e uma densidade de 0,902 g/cm³ Em 25°C.

O catalisador A-1 é usado principalmente na produção de espumas flexíveis de poliuretano. Seu forte efeito catalítico nas reações da água reduz a densidade da espuma. Aproximadamente 80% do seu efeito visa reações de geração de gás, enquanto 20% apoia a gelificação. Isto o torna próximo do modelo ideal de catalisador de amina. Ajustar sua dosagem impacta significativamente mais a geração de gás do que a gelificação. Dentro da tolerância dos catalisadores de estanho, a sua quantidade pode permanecer inalterada, mantendo o equilíbrio da reação, permitindo a produção de espuma de alta qualidade. Assim, o Niax A-1 melhora a tolerância da produção, evitando problemas de qualidade decorrentes de erros operacionais ou de medição.

3. Dimetilciclohexilamina e Dimetiletanolamina

(1) Dimetilciclohexilamina

Este catalisador de amina de baixa viscosidade e atividade média tem uma densidade de 0,85 g/cm³ Em 25°C, um ponto de inflamação de 48°C, e uma viscosidade de 2 mPa·sentado 25°C. É insolúvel em água e utilizado principalmente em espumas rígidas de poliuretano, proporcionando desempenho catalítico equilibrado para formação de espuma e gelificação. No entanto, tem um odor forte.

(2) Dimetiletanolamina

Comumente utilizada na produção de espumas rígidas, a dimetiletanolamina contém um grupo hidroxila que reage com os isocianatos, incorporando-o à estrutura do polímero, ao contrário da trietilamina volátil. É um líquido com densidade de 0,85 g/cm³ Em 25°C, um ponto de inflamação de 44°C, uma viscosidade de 6 mPa·s, e um valor de hidroxila de 638 mg KOH/g. Apesar de sua baixa atividade catalítica para formação de espuma e gelificação, sua forte alcalinidade neutraliza vestígios de ácidos no sistema, particularmente ácidos derivados de isocianato, protegendo outras aminas orgânicas. Sua baixa atividade semelhante a um tampão e forte neutralização são particularmente benéficas quando combinadas com trietilenodiamina, permitindo dosagens mais baixas desta última para atingir as taxas de reação desejadas. Misturas de alta proporção (por exemplo, 80% de dimetiletanolamina e 20% de trietilenodiamina) são economicamente vantajosas, mas são adequadas apenas para espumas rígidas devido ao seu efeito catalítico limitado nas reações de estágio posterior.

4. N-Etilmorfolina

N-Etilmorfolina é um catalisador de amina terciária de média resistência, ideal para espumas flexíveis de poliuretano à base de poliéster. Essas espumas são amplamente utilizadas em roupas, laminados de tecidos, calçados e estofamento de veículos resistentes a solventes. Devido à alta reatividade e viscosidade dos poliéster polióis, são preferidos catalisadores de baixa atividade como N-etilmorfolina ou N-metilmorfolina. Eles catalisam fortemente a gelificação após o aumento da espuma, maximizando a expansão celular sem alterar significativamente as taxas de reação em diferentes concentrações. No entanto, estes catalisadores têm um odor forte.

5. Catalisadores de Trimerização de Amina

Alguns catalisadores de amina também são excelentes catalisadores de trimerização para isocianatos, usados ​​para produzir espumas de isocianurato. Estas espumas oferecem retardamento de chama superior e baixa geração de fumaça durante a combustão, tornando-as ideais para materiais de construção. As espumas modificadas com isocianurato são uma solução eficaz para melhorar a resistência à chama.

Vários catalisadores de amina incluem pentametildietilenotriamina, um catalisador de formação de espuma forte, e tetrametiletilenodiamina, um catalisador de atividade média adequado para espumas flexíveis e semirrígidas. N,N’-dietilpiperazina e N,N'-dietil-2-metilpiperazina são utilizadas em espumas flexíveis e moldadas.