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. 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
Polyole 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.
Poliesterowe Poliole
Poliesterowe poliole są wytwarzane poprzez reakcję kondensacji kwasów dikarboksylowych i glikoli.
Poliesterowe poliole są wytwarzane przez poliestryfikację glikoli i kwasów dikarboksylowych lub ich pochodnych. Poliesterowe poliole są podzielone na trzy grupy w zależności od kwasów dikarboksylowych używanych do ich przygotowania: poliestry alifatyczne, poliestry aromatyczne i poliestry oparte na kaprolaktonie. Jako kwas dikarboksylowy w poliestrach alifatycznych preferuje się kwas adipinowy, kwas bursztynowy, kwas ftalowy i anhydrydy kwasów. W poliestrach alifatycznych używane są glikole etylenowy, glikole dietylenowy, glikole propylenowy, 1,4-butanodiol i 1,6-heksanodiol. W poliestrach aromatycznych używane są kwasy zawierające grupy cykliczne, takie jak kwas tereftalowy, kwas izoftalowy. Masa molowa poliestrów aromatycznych jest niższa niż masa molowa poliestrów alifatycznych.
Różne kombinacje monomerów i masa cząsteczkowa poliestrowego poliolu determinują właściwości uzyskanego materiału poliuretanowego. Wysoce rozgałęzione poliestrowe poliole umożliwiają uzyskanie sztywnego pianki poliuretanowej o dużej temperaturze i odporności chemicznej, podczas gdy mniej rozgałęzione poliestrowe poliole dostarczają elastycznej pianki poliuretanowej o dużej elastyczności. Podobnie, sztywna pianka poliuretanowa uzyskuje się z niskocząsteczkowymi poliestrowymi poliolami, podczas gdy elastyczna pianka poliuretanowa uzyskuje się z wysokocząsteczkowymi poliestrowymi poliolami.
Poliestrowe poliole i poliuretany charakteryzują się doskonałymi właściwościami charakterystycznymi. Zapewniają lepszą strukturę krystaliczną w obrębie struktur mocznikowych, wyższe siły wtórne między łańcuchami poliestrowymi, a więc odporność na ciepło i ogień w porównaniu do polioli polieterowych. Ponadto poliuretany na bazie poliestrowych polioli charakteryzują się lepszą odpornością na rozpuszczalniki w porównaniu do polioli polieterowych. Wadą poliestrowych polioli jest ich podatność na hydrolizę w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury.
Polieterowe Poliole
Polieterowe poliole to struktury polimerowe w postaci łańcucha lub sieci polimeryzowanej w taki sposób, że między monomerami ustanowione są wiązania eterowe. Polieterowe poliole to hydroksylowe oligomery funkcyjne, które są powszechnie stosowane w produkcji poliuretanów. Są wytwarzane przez polimeryzację tlenku alkilenowego. Są generowane poprzez polimeryzację cyklicznych struktur eterycznych. Są strukturami polimerowymi produkowanymi poprzez etoksydację/propoksydację cyklicznych eterów w obecności katalizatorów. Polieterowe poliole uzyskuje się poprzez reakcję dodawania tlenku propylenu i tlenku etylenu.
