Патент США № 11,993,675 B2 на катализаторы на основе кислоты Льюиса для прецизионной полимеризации простых полиэфиров

Патент US 11,993,675 B2, выданный 28 мая 2024 года, описывает революционный каталитический подход, разработанный совместно Северо-Западным университетом и Dow Global Technologies LLC для синтеза полиэфирных полиолов - фундаментального сырья для полиуретановой промышленности.

Технологический контекст и проблема:

Традиционный синтез полиолов осуществляется методом анионной полимеризации с раскрытием цикла (ROP) алкиленоксидов (пропиленоксида, этиленоксида) под действием щелочных катализаторов типа гидроксида калия (KOH). Основной недостаток этого метода - резкий рост скорости побочной реакции передачи цепи на мономер (изомеризация пропиленоксида в аллиловый спирт) при попытке синтеза высокомолекулярных полиолов. Это приводит к образованию монофункциональных примесей ("монолов"), действующих как обрыватели цепи при последующем синтезе полиуретанов, что ухудшает механические свойства конечных продуктов.

Сущность изобретения:

Изобретение предлагает использование особого класса катализаторов на основе кислот Льюиса общей формулы M(R¹)(R²)(R³), где:

• M - металл или металлоид (преимущественно бор, алюминий, индий)
• R - специально сконструированные объемные органические группы

Химическая архитектура катализатора:

Центральным элементом новизны является лигандное окружение. Патент детально описывает использование фторированных арильных групп, таких как:

• Перфторфенил (-C₆F₅)
• 3,5-бис(трифторметил)фенил

Введение сильных электроноакцепторных заместителей (фтор, CF₃) в фенильное кольцо значительно повышает кислотность Льюиса центрального атома бора или алюминия. Это делает катализатор исключительно активным в отношении координации и раскрытия напряженного оксиранового цикла эпоксидов.

Для предотвращения побочных реакций и обеспечения стериконтроля, лиганды должны быть стерически затрудненными (объемными). Это создает "карман" вокруг активного центра, который пропускает мономер, но блокирует нежелательные бимолекулярные взаимодействия.

Механизм действия:

Процесс протекает по механизму катионной полимеризации или активированного мономера. Кислота Льюиса координируется с кислородом эпоксидного кольца, поляризуя связь C-O и делая её уязвимой для нуклеофильной атаки со стороны гидроксильной группы инициатора или растущей полимерной цепи.

В отличие от традиционных кислот Льюиса (типа BF₃), которые часто вызывают неконтролируемую катионную полимеризацию с образованием циклических олигомеров, предложенные структуры обеспечивают "живой" характер полимеризации. Это позволяет получать полимеры с:

• Узким молекулярно-массовым распределением (PDI близким к 1.0)
• Строго заданной функциональностью

Процессные преимущества:

Патент подчеркивает возможность проведения процесса в "бесфинишном" (non-finishing) режиме. Новые катализаторы обладают настолько высокой активностью, что их остаточные количества в полимере ничтожно малы (ppm уровень) и не требуют удаления, так как не влияют на последующую реакцию с изоцианатами. Это устраняет необходимость в:

• Стадии нейтрализации кислотой
• Фильтрации солей

Снижает капитальные (CAPEX) и операционные расходы (OPEX)

Источник

Источник

Теги

• #Полиуретаны
• #КислотыЛьюиса
• #DowChemical
• #Полимеризация
• #Полиолы