Poliole można klasyfikować na wiele sposobów w zależności od obszaru ich zastosowania. Zasadniczo dzielą się one na dwie główne grupy: poliole zakończone grupami hydroksylowymi oraz poliole zakończone grupami aminowymi. Właściwości wyrobów poliuretanowych są w dużym stopniu uzależnione od rodzaju zastosowanych polioli. Wiele właściwości chemicznych, fizycznych i mechanicznych poliuretanów jest bezpośrednio związanych z budową chemiczną polioli wykorzystanych do ich produkcji. Więcej o samym materiale przeczytasz w artykule Co to jest poliuretan (PU)?
Czym jest poliol?
Poliol to reaktywny surowiec zawierający co najmniej dwie grupy funkcyjne, które reagują z grupami izocyjanianowymi (NCO), tworząc strukturę poliuretanu.
Poliole stosowane do produkcji poliuretanów charakteryzuje się na wiele sposobów. Ocenia się je między innymi na podstawie liczby hydroksylowej, funkcjonalności, masy cząsteczkowej i jej rozkładu, masy równoważnikowej, zawartości wody, reaktywności, lepkości, gęstości, barwy oraz liczby kwasowej. Biorąc pod uwagę udział ilościowy w formulacjach poliuretanowych, najczęściej stosowane są poliole polieterowe oraz poliole poliestrowe. Oprócz nich wykorzystuje się również poliole polieterowe zakończone grupami aminowymi, a w znacznie mniejszym stopniu także poliole poliwęglanowe. Budowę chemiczną wszystkich wymienionych typów polioli przedstawiono poniżej.
Obszary zastosowań polioli
Poliole to jedna z dwóch głównych składowych systemów poliuretanowych. Struktury poliuretanowe tworzą się poprzez reakcję co najmniej dwóch grup hydroksylowych w strukturach poliolowych z grupami izocyjanianowymi. Poliuretany są używane w wielu dziedzinach przemysłu, zwłaszcza w sektorach obejmujących obuwie, budownictwo, meble, motoryzację, ogrzewanie i chłodnictwo. Najważniejszymi partnerami reakcji izocyjanianów są poliole. Związki poliolowe są charakteryzowane na podstawie ich liczby hydroksylowej (OH, mgKOH/g). Liczba hydroksylowa maleje w miarę wzrostu mas cząsteczkowych polioli. Poliole są przede wszystkim dzielone na dwie grupy: polieterowe i poliestrowe. Od 80 do 90% stosowanych dzisiaj polioli to poliole polieterowe. Poniżej podano ogólny zapis chemiczny reakcji poliuretanowej.
Poliole poliestrowe
Poliole poliestrowe są wytwarzane w reakcji kondensacji kwasów dikarboksylowych i glikoli.
Poliole poliestrowe otrzymuje się przez poliestryfikację glikoli i kwasów dikarboksylowych lub ich pochodnych. W zależności od kwasów dikarboksylowych użytych do ich wytworzenia dzieli się je na trzy grupy: poliestry alifatyczne, poliestry aromatyczne i poliestry na bazie kaprolaktonu. Jako kwas dikarboksylowy w poliestrach alifatycznych preferuje się kwas adypinowy, kwas bursztynowy, kwas ftalowy i bezwodniki kwasowe. W poliestrach alifatycznych stosuje się glikol etylenowy, glikol dietylenowy, glikol propylenowy, 1,4-butanodiol i 1,6-heksanodiol. W poliestrach aromatycznych używa się kwasów zawierających struktury cykliczne, takich jak kwas tereftalowy i kwas izoftalowy. Masa molowa poliestrów aromatycznych jest niższa niż masa molowa poliestrów alifatycznych. Według innego podziału wyróżnia się cztery grupy poliestrów: alifatyczne, aromatyczne, nasycone i nienasycone.
Różne kombinacje monomerów i masa cząsteczkowa poliolu poliestrowego decydują o właściwościach uzyskanego materiału poliuretanowego. Silnie rozgałęzione poliole poliestrowe pozwalają otrzymać sztywną piankę poliuretanową o wysokiej odporności termicznej i chemicznej, natomiast z mniej rozgałęzionych otrzymuje się piankę elastyczną. Podobnie sztywną piankę poliuretanową uzyskuje się z niskocząsteczkowych polioli poliestrowych, a elastyczną – z wysokocząsteczkowych.
Poliole poliestrowe i otrzymywane z nich poliuretany wyróżniają się bardzo dobrymi właściwościami. Zapewniają lepszą strukturę krystaliczną w obrębie struktur uretanowych i silniejsze oddziaływania między łańcuchami poliestrowymi, a co za tym idzie – większą odporność na ciepło i ogień niż poliole polieterowe. Ponadto poliuretany na bazie polioli poliestrowych mają lepszą odporność na rozpuszczalniki niż poliuretany na bazie polioli polieterowych. Wadą polioli poliestrowych jest podatność na hydrolizę w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury.
Poliole polieterowe
Poliole polieterowe to polimery o budowie łańcuchowej lub usieciowanej, w których monomery są połączone wiązaniami eterowymi. Są to oligomery z hydroksylowymi grupami funkcyjnymi, powszechnie stosowane w produkcji poliuretanów. Wytwarza się je przez polimeryzację tlenków alkilenowych, czyli cyklicznych eterów, prowadzoną jako etoksylacja lub propoksylacja w obecności katalizatorów. W praktyce poliole polieterowe otrzymuje się w reakcji addycji tlenku propylenu i tlenku etylenu.
Rodzaje polioli – porównanie polioli polieterowych i poliestrowych
Poliole polieterowe i poliestrowe to dwa podstawowe rodzaje polioli stosowanych w produkcji poliuretanów; na poliole polieterowe przypada od 80 do 90% wszystkich stosowanych dziś polioli. Obie grupy reagują z izocyjanianami, ale różnią się sposobem otrzymywania, właściwościami i typowymi zastosowaniami:
- Otrzymywanie: poliole polieterowe powstają w wyniku polimeryzacji tlenków alkilenowych (tlenku propylenu i tlenku etylenu), a poliole poliestrowe – w reakcji kondensacji kwasów dikarboksylowych z glikolami.
- Właściwości: poliuretany na bazie polioli poliestrowych mają większą odporność na ciepło, ogień i rozpuszczalniki oraz wysoką wytrzymałość na rozciąganie i rozdarcie; ich wadą jest podatność na hydrolizę w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury.
- Zastosowania: poliole polieterowe stosuje się w piankach elastycznych i twardych, w zastosowaniach CASE oraz do produkcji prepolimerów izocyjanianowych, a poliole poliestrowe m.in. w obuwiu, piankach twardych i miękkich oraz w zastosowaniach CASE (powłoki, kleje, uszczelniacze i elastomery).
- Dobór: w obu grupach o przydatności poliolu do danego zastosowania decydują m.in. liczba hydroksylowa, masa cząsteczkowa, lepkość i funkcyjność.
W ofercie Kimpur dostępne są obie grupy surowców. Poliole bazowe KIMraw® to poliole polieterowe o różnej liczbie hydroksylowej, masie cząsteczkowej, lepkości i funkcyjności, dostępne z magazynu. Kimpur produkuje także poliole poliestrowe KIMpol® do obuwia, pianek twardych i miękkich oraz zastosowań CASE – również na zamówienie, zgodnie z właściwościami wymaganymi przez klienta.
