7/22/2019 -7- Poliuretano espanso

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Nome: Luca Anno Accademico del corso: 2011/2012

Cognome: Marletta Corso: Chimica industriale II

Docente: Placido Mineo

ESPERIENZA DI LABORATORIO: Preparazione ed ottenimento del poliuretano espanso

OBIETTIVO

Si vuole realizzare in laboratorio la sintesi del poliuretano espanso tramite poliaddizione a stadi, usando come agente

despansione, lacqua distillata.

PRINCIPIO TEORICO DEL METODO

I poliuretani sono usati in ambito domestico come coibentanti termici, ad esempio, le schiume poliuretaniche rigide,

o anche come materassi e imbottiture varie.

Sovente ,i poliuretani vengono aggiunti come componenti di vernici, nonch di alcuni tipi di adesivi.

I poliuretani prendono il nome dallomonimo legame che si forma dalla reazione di un alcol con un isocianato come

mostrato dalla seguente reazione, in fig.2 :

O C N R N C O + OH R' OH

H O R'

O C N R N C O

OH

O C N R NH C O R' OH

O

fig.1

Da notare lunit -NH(CO)O- che troveremo ripetuta nella sequenza polimerica dei poliuretani

In genere i poliuretani vengono preparati a partire da un di-isocianato (aromatico o alifatico) e un poliolo (si usanoanche poliesteri o polieteri) seguendo una cinetica di poliaddizione a stadi, catalizzata generalmente da Sali di stagno

di acidi acidi grassi che polarizzano il carbonile e lo rendono pi disponibile ad un attacco nucleofilo, Fig.2 :

Elettrofilo Nucleofilo

Fig.2Poliuretano o estere formale dellacido carbammico

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Per eseguire lespansione del poliuretano,con formazione di una schiuma pi o meno reticolata,si usa lidrolisi con

lacqua del carbammato, il quale fornisce unammina, un alcol e biossido di carbonio secondo questa reazione ,fig.3:

R-NH(CO)O-R' + H2O R-NH2 + R'-OH + CO2 (Fig.3)

Nella sessione di laboratorio come poli-alcol useremo il Glicerolo e come di-isocianato,il toluendiisocianato (TDI) ,i

quali saranno i reattivi principali che porteranno alla formazione del poliuretano. La reazione viene catalizzata dal 2-

etilesanoato stannoso che avr la funzione di polarizzazione del carbonile.

La reazione che porta alla formazione del poliuretano, a partire dai reattivi da noi utilizzati in laboratorio, la

seguente espressa in fig.4 :

O

N

CH3N

O

+

OH

OH

OH

P

CH3

NHC

O

NH C

O

CH CH2CH2

O

O Ocat.

H2O

fig.4

Poi verr aggiunta acqua per far espandere il polimero e formare la schiuma, la cui reticolazione viene controllata da

un co-reagente, e cio lolio di ricino.

Lolio di ricino contiene il trigliceride dellacido grasso ricinoleico che il co-reagente del glicerolo.

Infatti questultimo possedendo un basso peso molecolare e pi di due gruppi ossidrili disponibili, porterebbe ad una

polimerizzazione di un poliuretano troppo reticolato, il quale formerebbe una schiuma troppo dura e difficile da

espandersi .

In Fig.5 presente la struttura dellacido ricinoleico :

Fig.5

Per favorire lespansione si pu aggiungere alla miscela una piccola quantit di olio siliconico che funger da

lubrificante sulle pareti del bicchiere. La Fig.6 riporta la struttura del TDI (isomero 2,4) :

fig.6

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REAGENTI E APPARECCHIATURE

1 ml di toluendiisocianato ( isomero 2,4)

Miscela A :

10 g Olio di ricino

2,86 g Glicerolo

4 gocce di 2-etilesanoato stannoso

4 gocce dacqua distillata

1,4 gocce di olio siliconico

VETRERIA :

Beuta con tappo ml. 150

Bicchiere di carta cerata

Bacchetta di vetro

Phon

MODALITA OPERATIVA ESEGUITA

PREPARAZIONE MISCELA A :

Sono stati posti in una beuta da 150ml con tappo smeriglio, 10 g di olio di ricino,2,86 g di glicerolo,1,4 gocce di olio

siliconico, 4 gocce di dacqua distillata e infine 4 gocce di 2-etilesanoato stannoso. Gli oli e il glicerolo sono stati pesati

con bilancia analitica, mentre le gocce sono state aggiunte con la pipetta di Pasteur.

A questo punto si omogeneizza la ma miscela A aiutandosi con una bacchetta di vetro e leggero calore generato da

un phon.

PREPARAZIONE SCHIUMA POLIURETANICA:

Preparata la miscela A ne vengono versati 1,7 ml in un bicchiere di carta cerata (previamente lubrificato con olio

siliconico) e si aggiunge nel contenitore 1 ml di toluendiisocianato, agitando rapidamente fino ad ottenere una

consistenza cremosa.

A questo punto si scalda la miscela con il phon indirizzando il flusso di calore verso la base del bicchiere.

Si vedr circa dopo 1 minuto la formazione di bolle di CO2 favorendo lespansione della massa polimerica, fino ad

ottenere una schiuma, la quale tende a surriscaldarsi molto, consigliando di non toccare il contenitore caldo durante

questa fase.

Loperazione importante ad essere eseguita sotto cappa perch i vapori di TDI possono provocare risposte

respiratorie allergiche, nonch irritazioni alla pelle e agli occhi.