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Qual é o processo de preparação de pré-polímeros?

Controle de viscosidade na preparação de pré-polímero

A viscosidade dos pré-polímeros é um parâmetro chave na sua preparação. Devido à alta viscosidade do próprio poliéster, os pré-polímeros do tipo poliéster são normalmente preparados utilizando um processo de uma única etapa. Todos os componentes de poliéster e isocianato necessários são adicionados simultaneamente, permitindo que a reação atinja a viscosidade desejada do pré-polímero.

 

Para pré-polímeros do tipo poliéter, uma síntese em duas etapas é comumente usada:

 

Na primeira etapa, o poliéter reage com parte do isocianato numa proporção molar de NCO para OH normalmente variando de 1:1 a 1:5. Isto resulta num pré-polímero de alto peso molecular com grupos terminais de isocianato.

Na segunda etapa, o isocianato restante é adicionado para diluir o produto intermediário, ajustando o teor final de isocianato para aproximadamente 8%–10%. Em comparação com o método de uma etapa, esta abordagem produz pré-polímeros com uma distribuição de peso molecular mais ampla. A presença de componentes de maior peso molecular aumenta a viscosidade do pré-polímero, geralmente atingindo 10–50 pai·sentado 25°C.

Controle de ramificação na preparação de pré-polímero

A ramificação impacta significativamente a resistência do gel durante a formação de espuma e as propriedades finais do produto. A ramificação pode surgir das seguintes condições:

 

Reação de vestígios de água em polióis com isocianato, formando grupos ureia que posteriormente reagem com isocianato para criar estruturas de biureto.

Reação do excesso de isocianato  com grupos carbamato sob condições como temperaturas elevadas ou tempos de reação prolongados, formando ligações alofanato.

Incorporação de trióis ou tetrols  em formulações de poliéter ou poliéster à base de diol durante a síntese de pré-polímero, criando cadeias ramificadas.

 

Na produção industrial, são utilizados pré-polímeros com três tipos distintos de ramificação.

 

Durante a preparação, é crucial garantir grupos terminais de isocianato, atingir a viscosidade adequada e evitar reticulação excessiva que leva à gelificação. Fatores que afetam a viscosidade e a gelificação, como qualidade da matéria-prima, acidez, relação NCO/OH, teor de água, grau de ramificação, temperatura de reação e tempo, devem ser cuidadosamente controlados.

 

Fatores-chave na preparação de pré-polímeros

Controle de Matéria Prima

Para garantir a reprodutibilidade, é essencial um controle rigoroso das especificações das matérias-primas. Para polióis, fatores como teor de água, valor de hidroxila, pH e teor de íons metálicos devem ser monitorados. Os valores de acidez para poliéster polióis e o conteúdo de grupos terminais insaturados em poliéter polióis também requerem atenção. Antioxidantes como 2,6-di-terc-butil-p-cresol são frequentemente adicionados aos poliéter polióis para evitar a oxidação durante o armazenamento. A acidez total dos isocianatos impacta significativamente a reação do pré-polímero.

 

Razão NCO/OH

O peso molecular e a viscosidade do polímero são influenciados pela proporção equivalente de grupos hidroxila para grupos isocianato. Os máximos teóricos tanto para o peso molecular quanto para a viscosidade ocorrem em uma proporção NCO/OH de 1:1.

 

  • Pré-polímeros do tipo poliéster : Devido à alta viscosidade intrínseca do poliéster, todo o isocianato é adicionado em uma única etapa para manter a viscosidade adequada do pré-polímero.
  • Pré-polímeros do tipo poliéter : Com viscosidade intrínseca mais baixa, normalmente é utilizada uma síntese em duas etapas, com uma relação NCO/OH controlada na faixa de 1,05:1 a 1,5:1 na primeira etapa. O intermediário resultante é diluído com excesso de isocianato, garantindo grupos terminais de isocianato e viscosidade adequada para formação de espuma.

 

Efeito de diferentes polióis

A escolha de polióis, tais como dióis de poliéter ou poliéster, ou misturas com trióis ou tetrois, impacta significativamente a viscosidade do pré-polímero e a resistência do gel de espuma. O excesso de triol ou tetrol pode levar à reticulação e à gelificação.

 

Temperatura e tempo de reação

A temperatura e o tempo afetam a viscosidade e a estrutura química:

 

  • Abaixo 100°C e sem catalisadores, as ligações uretano dominam.
  • Em temperaturas mais altas, formam-se ligações de biureto e alofanato, levando à ramificação.
  • Temperaturas de reação mais baixas resultam em espumas com maior resistência, enquanto temperaturas acima 100°C aumenta a resistência do gel durante a formação de espuma.

 

Impacto do pH

 

  • Condições Ácidas: Favorecem reações de extensão de cadeia, produzindo pré-polímeros de menor viscosidade.
  • Condições Básicas: Promovem reações ramificadas, potencialmente levando à gelificação.

 

Os íons metálicos básicos residuais da síntese de poliéter e os subprodutos ácidos em isocianatos devem ser equilibrados. Os processos industriais podem adicionar reguladores de ácido, como o cloreto de benzoíla, para ajustar a acidez do sistema.

 

Variáveis ​​de Processo

A viscosidade do pré-polímero também é influenciada pelo tamanho do reator, projeto e eficiência de agitação. A agitação eficiente promove reações uniformes, reduzindo a viscosidade.

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