تشكيل رغوة البولي يوريثان

يمكن تقسيم عملية رغوة الرغوة البلاستيكية إلى عدة مراحل، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه. في المرحلة الأولية (الفاصل الأول)، يتولد ثاني أكسيد الكربون من التفاعل بين الأيزوسيانات والماء، أو يتبخر فجأة عامل رغوة خارجي (مذيب منخفض الغليان) بسبب حرارة التفاعل، مما يسبب زيادة سريعة في تركيز الغاز في المواد المتفاعلة. بمجرد أن يتجاوز تركيز الغاز تركيزًا معينًا من التشبع المتوازن، تبدأ الفقاعات الدقيقة بالتشكل في المحلول. يشار إلى هذه العملية عادة باسم التنوي.

العلاقة بين تغيرات تركيز الغاز والتنوي ونمو مسام الرغوة في المحلول

تستمر عملية النواة الذاتية هذه (في الفترة II) حتى يصل تركيز الغاز إلى نطاق معين. عندما يتقدم التنوي إلى النقطة التي لا يتم فيها توليد المزيد من الفقاعات الدقيقة، يستمر تركيز الغاز في المحلول في الانخفاض، بشكل أساسي من خلال الانتشار، حيث يهرب الغاز إلى الفقاعات الصغيرة المتكونة بالفعل (الفاصل الثالث). ومع انخفاض تركيز الغاز تدريجيًا وعدم إنتاج المزيد من الغاز، يصل تركيز الغاز إلى تركيز التشبع المتوازن. بعد هذه المرحلة، لا تتشكل فقاعات جديدة، ويندمج الغاز الموجود في الفقاعات الصغيرة في فقاعات أكبر من خلال الانتشار، ويشكل فقاعات ملتحمة، أو يتوسع بسبب الحرارة.

يمكن ملاحظة بداية الفترة II من التغير في تحول المادة المتفاعلة إلى اللون الأبيض أثناء عملية الرغوة. وبالتالي، فإن وقت الفاصل الزمني الأول يتوافق تقريبًا مع وقت الكريم في عملية الرغوة، والذي يبلغ عادةً حوالي 10 ثوانٍ. من الصعب تحديد مدة الفاصل الزمني II بدقة ولكنها تعتبر بشكل عام أقصر من وقت الصعود (الوقت اللازم للرغوة للوصول إلى حجمها الأقصى). في تركيبات الرغوة النموذجية، يكون وقت الارتفاع حوالي 60 إلى 120 ثانية. عند اكتمال الرغوة، يكون الفاصل الزمني III قد انتهى تقريبًا أيضًا.

تشتمل معظم تركيبات الرغوة على عوامل نووية رغوية معينة، مثل زيت السيليكون المشتت جيدًا. وهذا فعال بشكل خاص في عملية رغوة البلاستيك الرغوي من البولي يوريثان من نوع البولي إيثر. يتمثل دور عوامل النواة في ضمان النواة السريعة والمستمرة حتى عند الدرجات المنخفضة من فرط تشبع الغاز، مما يؤدي إلى مسام رغوية كثيفة وموحدة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الذوبان المسبق لكمية معينة من الغاز في المادة المتفاعلة مفيد في تكوين الرغوة ويعزز التنوي المبكر. على سبيل المثال، في آلات الرغوة الصناعية، غالبًا ما يتم حقن كمية صغيرة من الهواء في رأس الخلط لضبط حجم المسام. وبالمثل، فإن تركيب لوحة فتحة أكبر في رأس الخلط لخلق ضغط سلبي أو زيادة الفجوة في غلاف رأس الخلط لتسهيل دخول الهواء يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تحسين بنية المسام.

على العكس من ذلك، في أنظمة رغوة البوليمر المسبق من نوع البولي إيثر، عندما يتم تنفيذ الرغوة باستخدام البوليمرات المسبقة المستخدمة عادةً في الإنتاج الصناعي، فإن تفريغ البوليمر المسبق قبل الرغوة لإزالة الغازات المذابة يؤدي إلى رغوة تغلي وتتمزق باستمرار، وتفشل في إنتاج البلاستيك الرغوي المطلوب، بغض النظر عن ذلك. من تركيز زيت السيليكون (عامل النواة) المضافة. ومع ذلك، عندما يتم إضافة ثاني أكسيد الكربون أو الهواء أو النيتروجين أو البيوتان أو الجزيئات الصلبة المنتشرة جيدًا (مثل مسحوق الكوارتز) مسبقًا إلى نفس البوليمر المسبق قبل الرغوة، يتم الحصول على منتجات بلاستيكية رغوية بشكل موحد. السبب الرئيسي هو أن هذه المواد المضافة تسهل نواة الرغوة.

في الرسم البياني، تشرح العلاقة بين تغيرات تركيز الغاز، والتنوي، ونمو مسام الرغوة أيضًا سبب وجود محفزات قوية لإنتاج الغاز (أي تلك التي لها تأثير تحفيزي قوي على التفاعل بين الأيزوسيانات والماء)، مثل رباعي ميثيل-1،3 - البيوتانيديامين، ينتج مسام أفضل مقارنة بالإيثيل مورفولين في رغوة ما قبل البوليمر. يمكن للمحفزات الأقوى أن تزيد بسرعة تركيز الغاز في المادة، وتسريع الدخول إلى منطقة النواة الذاتية، وتعزيز النواة السريعة وتكوين المزيد من الفقاعات، مما يؤدي إلى مسام مرضية.

من المهم أيضًا إضافة زيت السيليكون أو أي إضافات أخرى لتقليل التوتر السطحي للسائل. إنه يسمح بالتنوي الذاتي الأسهل عند تركيزات غاز أقل مقارنة بالمواد دون انخفاض التوتر السطحي.