2. De effectiviteit van 1,4-butaandiol als ketenverlenger
Om de populariteit van 1,4-butaandiol als ketenverlenger te begrijpen, is het belangrijk om een oneven-even effect in polyurethaantussenproducten te herkennen.
Het eerste criterium voor een effectief diolurethaantussenproduct is lineariteit; het tweede criterium is dat het idealiter een even aantal koolstofatomen bevat (dwz het aantal CH2-groepen in de zich herhalende keten).
Ketenpakking op moleculair niveau van de individuele harde en zachte segmenten van polyurethaan komt de algehele prestatie-eigenschappen van de resulterende elastomeren ten goede. Voor polyesterpolyolen en diolketenverlengers is een oneven-even koolstofgetaleffect waargenomen.
In adipaatpolyesterpolyolen op basis van diolen met een even aantal koolstofatomen (EG-2, BDO-4 en HDO-6) zijn bijvoorbeeld de smeltpunten, glasovergangstemperaturen en de algehele prestatie-eigenschappen zijn hoger dan vergelijkbare systemen op basis van diolen met een oneven aantal koolstofatomen (PrDO-3 en PeDO-5).
Bijzonder opvallend is de hoge mate van kristalliniteit en smeltenthalpie (dwz de warmte die nodig is om het kristallijne harde segment te smelten) in MDI-BDO harde segmenten van een polyurethaan. Zie het onderstaande diagram voor een voorbeeld.
Smeltenthalpie voor MDI/diol-segmenten in op BDO/adipaatpolyesterpolyol gebaseerde polyurethanen | ||
Diol in hard blok | ΔH(J/g)-TM | TM°C |
Bijv | 0.9 | 175 |
1,3-BOB | 0.4 | 145 |
BDO | 2.8 | 148 |
1,5-BOB | 0.14 | 167 |
1,6-HDO | 0.69 | 156 |
(Bron)
Het oneven-even effect wordt toegeschreven aan de kristalpakking van het harde segment en de waterstofbinding tussen aangrenzende urethaanmoleculen.
Voor ketenverlengers met een even aantal heeft modellering aangetoond dat de moleculaire ketens beter op één lijn liggen, en dat waterstofbinding tussen de ketens wordt vergemakkelijkt met ketenverlengers zoals BDO. Dit zorgt voor de gunstige fasescheiding tussen de harde en zachte polymere segmenten. Veel onderzoeken hebben zelfs aangetoond dat de eigenschappen van een polyurethaan sterk afhankelijk zijn van de mate en perfectie van deze fasescheiding.
Hoewel ethyleenglycol (EG) ook een diolketenverlenger met een even koolstofgetal is, is het geen goed alternatief voor BDO.
Er zijn twee nadelen waargenomen bij EG: slechte mengbaarheid met veel polyolen, wat leidt tot verwerkings- en prestatienadelen, en de polaire aard van EG, wat leidt tot een vermindering van de hydrolyseweerstand.
Voor het overige is EG een goede ketenverlenger en polyestertussenproduct, waardoor polyurethaan met goede mechanische eigenschappen wordt verkregen.
3. De verwerkingsvoorwaarden voor 1,4-butaandiolketenverlengers
Als vloeibare diol kan 1,{1}}butaandiol worden gebruikt als ketenverlenger bij kamertemperatuur in MDI- en alifatische diisocyanaatsystemen.
De verwerkingstemperatuur en de katalysatorbeladingsniveaus zijn van invloed op de verwerkingstijd van diol/MDI-systemen. Hoewel niet-gekatalyseerde systemen een verwerkingstijd van 10-20 minuten bij 70°C kunnen hebben, zal verwerking bij hogere temperaturen of het gebruik van katalysatoren de verwerkingstijd aanzienlijk verkorten. Tin- en titanaatkatalysatoren worden gewoonlijk gebruikt om de reactiesnelheid van het diol met het isocyanaat te verhogen.
Bovendien bevriest BDO bij 20°C (68°F). Daarom is het belangrijk om BDO boven het vriespunt te houden om kristallisatie in de apparatuurlijnen en fasescheiding in een B-Side-formulering te voorkomen.
BDO is bovendien hygroscopisch en vereist onderhoud in een inerte omgeving om vochtopname te voorkomen. Dankzij het lage vochtgehalte maakt BDO van urethaankwaliteit verwerkers een goede controle van de stoichiometrie mogelijk door de reactie van H2O met isocyanaten en de daarmee gepaard gaande uitstoot van CO2-gasbellen te vermijden.