Cosa sono le poliuree?
Le poliuree sono polimeri con gruppi ureilenici, NHCONH, nella loro catena polimerica. Le poliuree lineari sono prodotti di policondensazione termoplastica, caratterizzati da strutture aromatiche (R = arilene) o alifatiche (R = alchilene).
Le poliuree alifatiche presentano una differenza di 50–100 °C tra l’inizio della decomposizione e il punto di rammollimento. Sono adatte all’uso come stampaggi.
Le poliuree aromatiche possiedono punti di rammollimento vicini alle loro temperature di decomposizione e sono solubili in solventi organici, in particolare in solventi dipolari aprotici come DMF, N-metilpirrolidinone (NMP) e DMSO.
Sono impiegate nella produzione di lacche, vernici e rivestimenti.
Sommario
1. Produzione di poliuree
La produzione di poliuree comporta reazioni tra poliammine, prevalentemente diammine, caratterizzate da strutture alifatiche, aromatiche o eterocicliche, e varie sostanze come anidride carbonica, solfuro di carbonile, esteri carbonici, fosgene, urea, uretano e isocianati.
Le uniche reazioni tecnicamente significative includono quelle tra poliammine e poliisocianati, nonché tra isocianati e acqua.
1.1. Produzione di poliuree da diisocianati e diammine
Le poliuree sono prodotte direttamente da una reazione di poliaddizione tra diisocianati e diammine.
I gruppi isocianato legati a un anello aromatico mostrano una maggiore reattività rispetto a quelli legati a una catena alifatica.
Numerose ammine alifatiche mostrano un’elevata reattività verso gli isocianati, anche a basse temperature. Le ammine secondarie alifatiche e aromatiche primarie mostrano una reattività simile, mentre le ammine aromatiche secondarie mostrano una reattività inferiore.
Nella reazione di ammine-isocianati, viene impiegato un catalizzatore come un’ammina, un’urea o un acido carbossilico, che funziona come accettore/donatore di protoni.
Le reazioni tra isocianati e ammine sono generalmente autocatalitiche, ma possono essere catalizzate da vari altri catalizzatori, ammine o acidi. Di solito vengono condotte tramite poliaddizione interfacciale o in soluzione.
1.2. Produzione di poliuree da diisocianati e acqua
Questa reazione viene utilizzata nella fabbricazione di schiume, in cui l’anidride carbonica prodotta funge da agente schiumogeno.
Diverse ammine o complessi amminici di sali metallici possono essere utilizzati come catalizzatori.
2. Proprietà chimiche delle poliuree
2.1. Stabilità termica
Le poliuree possiedono una maggiore stabilità termica rispetto ai poliuretani, ma una minore stabilità termica rispetto alle poliammidi. La stabilità termica del gruppo ureico è una questione multiforme.
Ad esempio, la poliesametilenurea (punto di fusione = 300 °C) può essere riscaldata a 260 °C senza subire decomposizione, mentre la polidecametilenurea (punto di fusione = 230 °C) si decompone rapidamente a 260 °C allo stato fuso.
Il meccanismo alla base di questa decomposizione termica comporta il trasferimento di idrogeno che porta alla produzione di isocianati e ammine.
2.2. Stabilità idrolitica
Le poliuree possiedono un’eccellente stabilità all’idrolisi in condizioni acide e alcaline.
3. Utilizzi delle poliuree
Le poliuree hanno una vasta gamma di applicazioni, incluso il loro utilizzo come schiume.
La produzione di poliuree tramite stampaggio a iniezione a reazione (RIM) è un processo consolidato che offre diversi vantaggi per la produzione di grandi volumi di parti di grandi dimensioni.
Questi vantaggi includono bassa pressione (< 343 kPa), basse temperature (54–60 °C) e l’uso di intermedi liquidi reattivi.
Formulando diversi polimeri con polioli, isocianati ed estensori, è possibile ottenere un’ampia gamma di proprietà, dagli elastomeri flessibili alle plastiche rigide. Il prodotto finale può essere solido, microcellulare o modificato con schiuma con vari riempitivi.
Il RIM rinforzato con fibra di vetro (RRIM) fornisce stabilità dimensionale e un’elevata resistenza agli urti.
Per ridurre il peso delle automobili, sono stati sviluppati materiali RIM e RRIM ad alto modulo adatti per pannelli della carrozzeria esterni da elastomeri di poliurea, che sono resistenti alla corrosione e agli urti.
I progressi nella tecnologia RIM includono lo sviluppo di nuovi sistemi di poliurea per la produzione di pannelli di carrozzeria per automobili.
Nei pannelli di carrozzeria per automobili, i materiali RIM in poliurea offrono una maggiore resistenza all’impatto con un rinforzo equivalente in scaglie di vetro, un miglioramento della stabilità termica per una minore distorsione durante i cicli di polimerizzazione della vernice e un minore assorbimento d’acqua per una migliore resistenza ambientale.
Gli elastomeri RIM in poliurea presentano diversi vantaggi, tra cui la reazione autocatalitica più rapida dell’isocianato con l’ammina, che si traduce in polimeri ad alto modulo per applicazioni automobilistiche, l’eliminazione della necessità di catalizzatori e la possibilità di automazione. Il prodotto finale non si decompone né ingiallisce e la loro maggiore termostabilità ne estende l’utilità pratica.
I materiali di rivestimento possono anche essere realizzati con poliuree in soluzione o emulsione.
Le poliuree applicate a spruzzo mostrano un’eccellente adesione a una varietà di substrati, tra cui acciaio, alluminio e calcestruzzo sabbiati o primerizzati.
I prodotti includono elastomeri di poliurea spruzzati bicomponenti, preparati da resine polieteree e poliisocianati con terminazione amminica. I sistemi di elastomeri spray di poliurea non richiedono catalizzatori e hanno una reattività e una polimerizzazione estremamente elevate.
In altre applicazioni, le dispersioni acquose di poliurea possono essere utilizzate per rivestimenti con durezza e resistenza ai solventi migliorate.
Riferimento
- Polyureas; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.d21_d01.pub2
