Policaprolactona Poliol

Além dos polióis de poliéster à base de ácido adípico, o poliuretano microcelular de alto desempenho e a espuma flexível de poliuretano também usam polióis de policaprolactona (PCL). PCL é sintetizado através da polimerização catalítica de abertura de anel de ε-caprolactona na presença de iniciadores diol (poliol). Sua funcionalidade depende da funcionalidade do iniciador poliol utilizado.

Semelhante à preparação de poliéter polióis, o peso molecular e a funcionalidade do PCL podem ser adaptados ajustando o tipo e a quantidade de iniciadores, permitindo a síntese de PCL adequado para espumas de poliuretano flexíveis, semirrígidas e rígidas. Por exemplo, PCL de peso molecular médio derivado de etilenoglicol, glicerol ou trimetilolpropano é usado para elastômeros e espumas flexíveis. O triol de policaprolactona com peso molecular de aproximadamente 3.000 pode ser empregado na síntese de espumas flexíveis de poliuretano.

Por exemplo, reagindo 169 partes de dimetil ε-caprolactona, 4,8 partes de etilenoglicol e 0,09 partes de catalisador de óxido de dibutilestanho sob nitrogênio em 170°C por 4,5 horas produz um PCL líquido viscoso incolor com um valor de hidroxila de 48 mgKOH/g e um valor de acidez de 2,1 mgKOH/g. Os produtos de poliuretano sintetizados a partir de PCL exibem alta resistência mecânica, excelente resistência ao desgaste e resistência ao óleo dos poliuretanos tradicionais à base de poliéster, ao mesmo tempo que possuem resistência superior à hidrólise e flexibilidade a baixas temperaturas dos poliuretanos à base de poliéter.

A viscosidade dos dióis de policaprolactona é significativamente menor do que a dos poliésteres à base de ácido adípico, tornando-os mais fáceis de usar e melhorando a resistência a baixas temperaturas, a resistência à hidrólise e a estabilidade dimensional das espumas. No entanto, o PCL é relativamente caro e raramente é usado sozinho para a produção de espumas de poliuretano. É usado principalmente para espumas flexíveis de poliuretano e elastômeros microcelulares de poliuretano com requisitos especiais. Também pode ser misturado com poliésteres à base de ácido adípico ou usado para modificar este último com caprolactona para conferir boa resistência a baixas temperaturas e à hidrólise ao poliéster.

Um exemplo de síntese mista de poliéster modificada envolve o aquecimento de 730 partes de ácido adípico, 570 partes de ε-caprolactona e 357 partes de etilenoglicol sob atmosfera de nitrogênio para 160°C enquanto remove gradualmente a água de condensação. Quando a temperatura sobe para 180–190°C, a reação continua sob pressão reduzida por um período para produzir um poliéster viscoso marrom claro com um valor de hidroxila de 40 mgKOH/g e um valor de acidez de 1,4 mgKOH/g.

Polióis de policaprolactona de baixo valor hidroxila e alta funcionalidade sintetizados usando pentaeritritol ou sorbitol como iniciadores podem ser usados ​​para preparar espumas rígidas de poliuretano. Uma vez que a maioria destes iniciadores poli-hidroxi são sólidos, a polimerização é um desafio e requer a adição de solventes. Por exemplo, misturando 1.160 partes de pentaeritritol, 2.580 partes de ε-caprolactona e 200 partes de benzeno sob nitrogênio e agitação enquanto aquece, seguido pela adição de 2 partes de cloreto de benzoíla e manutenção da temperatura em cerca de 190°C até que o valor ácido seja inferior a 2 mgKOH/g, produz polióis PCL após a remoção do solvente e não reagiu ε-caprolactona sob pressão reduzida.

As espumas rígidas de poliuretano feitas de PCL apresentam excelente estabilidade térmica. Por exemplo, a espuma de poliuretano sintetizada a partir de PCL usando TMP como iniciador e PAPI como isocianato exibe apenas 3% de perda de peso após 24 horas a 204°C e 17% após 312 horas. Sua resistência à compressão é de 1,49 MPa em 149°C e 0,63 MPa em 204°C.