مناقشة حول تطوير رغوة البولي يوريثان المرنة

عادة ما تخضع رغوة البولي يوريثان المرنة، والمعروفة أيضًا باسم الإسفنج، لعملية التحول من السائل إلى الصلب خلال دقيقتين. بالمقارنة مع مجالات أخرى من البولي يوريثين، فإن وقت التفاعل القصير والمكثف للرغوة المرنة يزيد من صعوبة تحقيق بنية الخلية الدقيقة والمنظم، وكذلك الترتيب الجزيئي.

البحث والتطوير (ر&د) تنطوي على إدخال مواد جديدة لإعطاء المنتجات خصائص جديدة. يمكن تصنيف المواد الجديدة إلى نوعين بناءً على خصائص تفاعلها: النوع الأول يتكون من مواد خام تتوافق مع التفاعلات الكيميائية للبولي يوريثان، مثل البولي إيثر، والأيزوسيانات، وزيت السيليكون، والمواد الحفازة ذات الخصائص والأنشطة المختلفة. هذه المواد لا تعطل بشكل أساسي عملية التفاعل الكيميائي. أما النوع الآخر فيشمل المواد الخام (الحشوات) التي لا تتوافق مع التفاعلات الكيميائية للبولي يوريثان، مثل إضافة مواد غير رغوية مثل مساحيق المعادن الخاصة، والمساحيق غير العضوية أو العضوية المصممة خصيصًا ذات الخصائص الفريدة، والمساحيق غير العضوية متناهية الصغر (بدرجة نعومة أكثر من 5000 شبكة)، عوامل خاصة مضادة للجراثيم، إلخ. أحيانًا تعطل هذه المواد عملية التفاعل تمامًا، مما يؤدي إلى أنماط تفاعل جديدة. تتسبب بعض مواد الحشو في انهيار التركيبة الأصلية تمامًا، بينما يتسبب البعض الآخر في حدوث تغيير كبير في كثافة المنتج النهائي بنسبة 30% إلى 50%. تعمل بعض مواد الحشو على تغيير وقت صعود التفاعل في الصيغة بشكل جذري، كما تسبب بعض مواد الحشو أضرارًا جسيمة لبنية الرغوة بعد إضافتها.

R&يحتفظ D عادةً بمواد خام معينة في متناول اليد للتعامل مع المشكلات الشائعة التي تتم مواجهتها أثناء العملية. تتطلب هذه المواد الخام عادةً مجموعة واسعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية. على سبيل المثال، الأمينات مثل A33، وA-1، وA-210، وA-230، وA-260، و33-LV، وCS-90، و9717، و9727 تُستخدم بشكل شائع في الإنتاج ولكن قد لا يتم الاحتفاظ بها جميعها في متناول اليد لفترة زمنية معينة. ر&د الأغراض لأن تفاعلها ليس له فرق جوهري. في نطاق واسع ر&د- يمكن تصنيف الأمينات المذكورة أعلاه كمواد من نفس الفئة. على سبيل المثال، إذا تسببت إضافة مادة معينة في انهيار كبير عند استخدام A33 للرغوة، فقد تعتبر الأنواع الثمانية المتبقية من الأمينات غير فعالة.

إحدى المشكلات الشائعة التي تمت مواجهتها في R&D هو انهيار الرغوة، وهي النتيجة الأقل كفاءة. يُقال في كثير من الأحيان أنه لا يمكن إجراء التحليل والضبط بشكل فعال إلا بعد أن يصبح هيكل الرغوة مستقرًا. لا يمكن حل العديد من حالات انهيار الرغوة عن طريق تعديل الصيغة وحدها؛ إما أن تتغير خصائص الرغوة بشكل جذري، مما يجعلها غير عملية، أو أن الرغوة تظل غير مستقرة. ولمعالجة هذه المشكلة، تم تقديم عوامل التشابك. عوامل التشابك، شائعة الاستخدام كإضافات في R&D، تأتي عمومًا في نوعين: العوامل ذات البنية الخطية، حيث يمثل 1,4-بوتانيديول المادة الخام ويحدث تكوين اليوريا من خلال نمو السلسلة الخطية، والعوامل ذات البنية السائبة، مثل ثنائي إيثانول أمين والجلسرين، وهي أقرب إلى أنماط نمو سلسلة البولي إيثر. .

على سبيل المثال، في واحد ر&في حالة D، فإن تعديل الصيغة لا يمكن أن يمنع انهيار الرغوة. كشفت التجربة أن النشاط الأميني القوي يسبب خللاً في التوازن. تم تخفيض محتوى الأمين من 0.2 جزء في مائة بولي إيثر إلى 0.05 جزء، وبدا المحتوى العالي من السيانات في الصيغة غريبًا. كما تباطأ معدل التفاعل الإجمالي بشكل ملحوظ مع انخفاض محتوى الأمينات، لكن الانهيار استمر. وفي وقت لاحق، أدى التحول إلى أمين أضعف إلى حل المشكلة. ومن ثم، في بعض الأحيان لا يمكن تعويض نشاط الأمين بتركيزه وحده. وتجدر الإشارة إلى أن إضافة بعض المواد قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة في الأداء بين إنتاج الرغوة على نطاق صغير وواسع النطاق. وفي مثل هذه الحالات، يجب أن يكون أداء آخر رغوة كبيرة الحجم تم إنتاجها هو النقطة المرجعية الرئيسية للتعديل.

ضوء الشمس والهواء والماء — الأشياء الأكثر عادية والتي غالبا ما يتم تجاهلها — هي أغلى. إن إتقان إنتاج الرغوة، الذي يبدو بسيطًا ويفتقر إلى المحتوى للوهلة الأولى، يمثل في الواقع تحديًا كبيرًا. كزميل في R&كثيرًا ما يقول "د": "لدي القليل جدًا من المعرفة (يشعر المرء بالندم على امتلاك القليل جدًا من المعرفة عندما تكون هناك حاجة إليها)" و"إلى متى سنستمر في القيام بذلك؟ (هناك ضغوط)". ر&يتضمن إنتاج الرغوة D وتعلمها استخدام نقاط معروفة لفهم المناطق غير المعروفة، في حين يتضمن إنتاج وتعليم إنتاج الرغوة استخدام مناطق معروفة لتشغيل نقاط غير معروفة. وعلى الرغم من أن هذين الجانبين يبدوان متشابهين، إلا أن سد الفجوة بينهما أمر صعب للغاية.