Sintesi e caratterizzazione di poliuretani nanostrutturati

L'uso commerciale di poliisocianati richiede non solo reagenti adeguati ma anche che la pronta disponibilità a prezzi ragionevoli. Questi requisiti sono stati soddisfatti quasi completamente dai polioli poliesterei e polieterei idrogenati, specialmente ad alto peso molecolare. Come per tutti i prodotti polimerici i polioli non sono omogenei e definibili, ma miscele di omologhi con vari gradi di polimerizzazione.

Il peso molecolare è determinato dalla distribuzione statistica delle dimensioni delle molecole e il tipo di funzione di distribuzione è teoricamente determinato dal meccanismo di crescita della reazione di sintesi. I polioli usati nella produzione del poliuretano hanno in genere un peso medio compreso tra i 200 e i 10000 in base all'applicazione.

Durante la produzione esistono numerosi accorgimenti atti alla variazione dei tipi, dei rapporti di materiali grezzi usati e del grado di polimerizzazione. Per scopi limitati, esteri di polietere o eteri di poliestere hanno dato prova di utili applicazioni.

Come coreagenti con gli isocianati si possono utilizzare altri composti ad alto peso molecolare, in particolare materiali naturali, tra cui l'olio di ricino idrogenato di origine vegetale. Esso infatti contiene pochi gruppi acidi, poca acqua ed è di colore chiaro, dunque utile nella produzione dei poliuretani.

Le applicazioni dell'olio di ricino idrogenato sono localizzate principalmente nell'area dei rivestimenti e degli adesivi. Il ruolo dei polioli insaturi è molto importante. Copolimeri idrosso-terminati sono infatti usati, per esempio, nella produzione di poliuretani elastomerici e come leganti in forma si polveri solide.

Polieteri
Le molteplici variazioni nella chimica dei poliuretani commerciali sono dovute a causa di una larga scelta di materiali commerciali iniziali provenienti dai polieteri e dalle loro modificazioni strutturali. I polieteri in questo ambito sono intesi come polieteri polioli, anche chiamati polialchilenglicoli.

Essi sono creati dalla reazione di epossidi con idrogeno attivo contenuto negli appositi iniziatori. Il principale materiale di partenza per la sintesi dei polieteri è l'1,2-ossido di propilene. Secondo per importanza è l'ossido di etilene, spesso usato insieme al precedente per generare copolimeri a blocchi. A causa del loro carattere idrofilico, tuttavia, i glicoli di polietilene puri sono raramente usati, e la funzionalità dei polieteri finali prodotti dipende dalla funzionalità del particolare composto iniziale usato.

I polieteri sono impiegati industrialmente soprattutto nella produzione di poliuretani espansi ed elastomeri, ed attualmente anche di poliuretani non schiumati. I polieteri polioli si sintetizzano a partire da una reazione di poliaddizione di unità strutturali in accordo con un meccanismo di tipo anionico.

Il primo passo nella produzione commerciale dei polieteri è normalmente la formazione di anioni a partire da un alcol, grazie all'impiego di una base forte. In seguito, gli epossidi monomerici si addizionano rapidamente alle molecole di iniziatore anionico, perché l'anello degli epossidi può rompersi facilmente a causa della grande tensione dei legami e del suo carattere polare. Il prolungamento della catena avviene tramite il passaggio di carica anionica, che poi verrà neutralizzata a poliaddizione completa, grazie a scambi di protoni provenienti da composti quali acqua o acidi forti.