Efecto del contenido y tipo de amina en diferentes propiedades de Poliuretanos de tipo no isocianato a base de aceite de linaza

Abstract

Los poliuretanos pertenecen a una clase de polímeros versátiles, los cuáles son usados en diversas aplicaciones como recubrimientos en diferentes tipos de sustratos, como adhesivos, espumas, elastómeros, aislantes, entre otros. Los poliuretanos son polímeros que presentan el grupo uretano en la cadena principal. La vía más común de obtención de los poliuretanos, es resultado de la reacción entre un poliol, un diisocianato y extendedores de cadena. Sin embargo, el uso de poliuretanos convencionales presenta inconvenientes mayores relacionados con los efectos negativos al medio ambiente y a la salud debido a la presencia de materias primas tóxicas, como lo son los isocianatos, tanto en el proceso síntesis de los materiales como de sus predecesores (fósgeno, principalmente). Los isocianatos son materiales clasificados como carcinógenos, corrosivos, sensibilizantes y tóxicos; así como el fósgeno que se trata de un gas altamente irritante y venenoso.

Esto ha llevado a desarrollar métodos alternos de síntesis PU que no involucren el uso de isocianatos, como es el caso de los Poliuretanos de tipo No-Isocianato (PUNI). La ruta de síntesis más prometedora y ecológica para obtener PUNI, es la poliadición escalonada de carbonatos cíclicos de 5 miembros con diaminas, los cuales además pueden ser obtenidos a partir de fuentes renovables con la incorporación de dióxido de carbono a la reacción. En términos de química verde y desarrollo sustentable, un producto de gran interés en la industria de polímeros es la formación de PUNI a partir de Aceites Vegetales, como lo es el Aceite de Linaza debido a su alto grado de insaturaciones. La metodología que se plantea en este trabajo, se divide en 3 etapas: a) Formación de Aceite de Linaza Epóxidado; b) Obtención de Aceite de Linaza Carbonatado, mediante la reacción de carbonatación entre el Aceite Epoxidado y CO2; c) Finalmente, la formación de los PUNI a través de la reacción del Aceite Carbonatado con diferentes diaminas.

La epoxidación de los aceites vegetales se realizó mediante la transformación de las insaturaciones presentes en las cadenas de triglicéridos en grupos epóxidos. Esto a través del uso de perácidos orgánicos generados in situ por la reacción del ácido acético con peróxido de hidrógeno. Fue posible caracterizar estructuralmente, así como dar seguimiento a la reacción de epoxidación mediante Espectroscopia Infrarrojo (FTIR). Además, usando Resonancia Magnética Nuclear de Hidrógeno (RMN 1H) se determinó un incremento en el peso molecular de ALE de 918 a 1010 g/mol, 92 % de conversión, 86% Epoxidación y 93% selectividad

La formación de Aceite de Linaza Carbonatado se obtuvo al introducir CO2 en la estructura del aceite epoxidado, empleando una sal cuaternaria de amonio como catalizador, sin necesidad de usar disolventes como medio de reacción. Esta reacción a temperaturas altas puede generar reacciones secundarias. Por esta razón fue necesario estudiar el impacto del tiempo, temperatura, presión de CO2 y concentración de catalizador no solo en la conversión, sino también en la selectividad de la reacción de formación de Aceite de Linaza Carbonatado. La reacción se corroboró mediante Espectroscopia Infrarroja de Transformada de Fourier (FT-IR) y se cuantificó mediante Resonancia Magnética Nuclear de Hidrógeno (RMN 1H) la señal de los hidrógenos pertenecientes al carbonato cíclico (ppm), observando que a 90°C y 92 h de reacción se logran valores muy altos de conversión (96%), carbonatación (96%) y selectividad (99%).

Finalmente, se realizó la síntesis de PUNI a partir de Aceite Carbonatado y diferentes diaminas como alternativa a los poliuretanos convencionales. Se determinaron los parámetros cinéticos de la reacción de curado entre Aceite de linaza Carbonatado y Propanodiamina, mediante la técnica de Espectroscopia Infrarroja de Transformada de Fourier. Los Poliuretano tipo No-Isocianato se caracterizaron por DSC y FT-IR. Se obtuvieron los parámetros cinéticos de la polimerización de ALC y PDA con un buen ajuste, a partir de la ecuación de Arrhenius y del modelo de orden n, siendo la espectroscopía infrarroja una técnica viable para monitorear in situ las reacciones de formación de PUNI a partir de aceites carbonatados y diaminas.