2. L'eficàcia d'1,4-Butanediol com a extensor de cadena
Per entendre la popularitat de l'1,4-butanediol com a extensor de cadena, és important reconèixer un efecte parell imparell en els intermedis de poliuretà.
El primer criteri per a un intermedi diol uretà efectiu és la linealitat; el segon criteri és que idealment conté un nombre parell d'àtoms de carboni (és a dir, el nombre de grups CH2 a la cadena repetida).
L'embalatge de la cadena a nivell molecular dels segments individuals durs i tous dels poliuretans beneficia les propietats generals de rendiment dels elastòmers resultants. Per als poliols de polièster i els extensors de la cadena de diols, s'ha observat un efecte de nombre de carboni parell i senar.
Per exemple, en poliols de polièster adipat basats en diols amb un nombre parell d'àtoms de carboni (EG-2, BDO-4 i HDO{-6), els punts de fusió, les temperatures de transició vítrea i Les propietats generals de rendiment són superiors a les dels sistemes comparables basats en diols amb un nombre imparell d'àtoms de carboni (PrDO-3 i PeDO-5).
Particularment destacable és l'alt grau de cristalinitat i entalpia de fusió (és a dir, la calor necessària per fondre el segment dur cristal·lí) en els segments durs MDI-BDO d'un poliuretà. Si us plau, consulteu el gràfic següent per veure un exemple.
Entalpia de fusió per a segments MDI/diol en poliuretans a base de polièster polièster BDO/adipat | ||
Diol en bloc dur | ΔH(J/g)-TM | TM°C |
EX | 0.9 | 175 |
1,3-DOP | 0.4 | 145 |
BDO | 2.8 | 148 |
1,5-DOP | 0.14 | 167 |
1,{1}HDO | 0.69 | 156 |
(Font)
L'efecte parell s'atribueix a l'empaquetament de cristalls del segment dur i als enllaços d'hidrogen entre les molècules d'uretà veïnes.
Per als extensors de cadenes de nombre parell, el modelatge ha demostrat que les cadenes moleculars s'alineen millor i que l'enllaç d'hidrogen entre cadenes es facilita amb extensors de cadenes com BDO. Això impulsa la separació de fases beneficiosa entre els segments polimèrics durs i tous. De fet, molts estudis han demostrat que les propietats d'un poliuretà depenen molt de l'extensió i la perfecció d'aquesta separació de fases.
Tot i que l'etilenglicol (EG) també és un extensor de cadena de diol de nombre parell de carboni, no és una bona alternativa al BDO.
Hi ha dos desavantatges observats amb l'EG: una mala miscibilitat amb molts poliols que comporta desavantatges de processament i rendiment i la naturalesa polar de l'EG que condueix a una reducció de la resistència a la hidròlisi.
En cas contrari, EG és un bon extensor de cadena i un intermedi de polièster, que ofereix poliuretans amb bones propietats mecàniques.
3. Les condicions de processament d'1,4-extensors de cadena de butanediol
Com a diol líquid, el 1,4-butandiol es pot utilitzar com a extensor de cadena a temperatura ambient en sistemes MDI i diisocianats alifàtics.
La temperatura de processament i els nivells de càrrega del catalitzador afecten la vida útil dels sistemes de diol/MDI. Si bé els sistemes no catalitzats poden tenir una vida útil de 10 a 20 minuts a 70 °C, el processament a temperatures més altes o l'ús de catalitzadors reduirà significativament la vida útil. Els catalitzadors d'estany i titanat s'utilitzen habitualment per augmentar la velocitat de reacció del diol amb l'isocianat.
A més, el BDO es congela a 20 °C (68 °F). Per tant, és important mantenir el BDO per sobre del punt de congelació per evitar la cristal·lització a les línies d'equip i la separació de fases en una formulació de cara B.
El BDO també és higroscòpic i requereix manteniment en un entorn inert per evitar l'absorció d'humitat. Amb el seu baix contingut d'humitat, el grau d'uretà BDO permet als processadors un bon control de l'estequiometria evitant la reacció de H2O amb isocianats i l'alliberament concomitant de bombolles de gas CO2.