كيفية حساب كمية الإيزوسيانات (ISO) بدقة في تركيبات البولي يوريثان عالية المرونة؟

في عملية تصميم وتعديل التركيبات لتحقيق مرونة عالية (HR) رغوة البولي يوريثان يُعدّ مؤشر الإيزوسيانات (ISOCYANATE INDEX) معيارًا بالغ الأهمية، إذ يؤثر بشكل مباشر على صلابة المنتج النهائي وكثافته ومرونته، بالإضافة إلى حالة الخلايا المفتوحة أو المغلقة للرغوة. ولضمان التحكم الدقيق بجودة المنتج، يجب على مُصنّعي التركيبات حساب متطلبات ISO النظرية لمزيج البولي إيثر (POLYOL BLEND) وإتقانها.

1. تعريف مؤشر الإيزوسيانات

يُعرَّف مؤشر تفاعل الإيزوسيانات بأنه نسبة

كتلة ISO المضافة إلى كتلة ISO المطلوبة نظريًا، وعادة ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية.

المؤشر = (الكتلة الفعلية وفقًا لمعيار ISO / الكتلة النظرية وفقًا لمعيار ISO) × 100%

أين:

• الكتلة النظرية لـ ISO: كتلة ISO المطلوبة للتفاعل الكامل مع جميع مكونات الهيدروجين النشط في مزيج البوليول بنسبة مولية متكافئة 1:1.

• الكتلة الفعلية وفقًا لمعيار ISO: الكتلة الفعلية المستخدمة في التركيبة وفقًا لمعيار ISO.

في إنتاج رغوة HR، يتم عادةً ضبط مؤشر التفاعل بين 100 و 115 لضمان التفاعل الكامل والحصول على الأداء المطلوب.

2. المعيار الأساسي: الطلب النظري وفقًا لمعيار ISO لكل وحدة من مزيج البوليول (RATIO)

لتبسيط عمل مصممي التركيبات، نقدم معيارًا نسبيًا يسمى RATIO. وهو يمثل الكتلة النظرية ISO المستهلكة لكل وحدة كتلة من مزيج البوليول.

النسبة = الكتلة النظرية وفقًا لمعيار ISO / الوزن الإجمالي لمزيج البوليول

ملاحظة: يشير "الوزن الإجمالي لمزيج البوليول" إلى مجموع جميع المكونات النشطة في التركيبة.

3. إجراء حساب دقيق لنسبة ومؤشر الأيزوسيانات

يعتمد حساب RATIO و INDEX على القياس الكيميائي 1:1 بين الهيدروجينات النشطة (ACTIVE H) ومجموعات NCO.

الخطوة 1: تحديد جميع مكونات الهيدروجين النشط

تشمل المواد التفاعلية: أنواع البولي إيثر (البولي إيثر الأساسي، POP، بوليولات فتح الخلايا) والمكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الماء، عوامل الربط المتشابك).

تذكير هام: يجب حساب جميع المياه، بما في ذلك المياه المضافة والرطوبة الموجودة في المواد الخام.

الخطوة 2: حساب الكمية المولية للهيدروجين النشط (N_H)

حوّل وزن كل مادة إلى مولات من الهيدروجين النشط.

بالنسبة لأنواع البولي إيثر (بناءً على قيمة الهيدروكسيل OHV):
N_H = (وزن المادة بالجرام × OHV بالمليجرام KOH/جرام) / 56100
(ملاحظة: 56100 يساوي 56.1 × 1000، وهي كمية KOH بالمليغرام المقابلة لـ 1 مول من OH.)

بالنسبة للمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الماء، عوامل الربط المتشابك)، بناءً على الوزن الجزيئي M والوظائف F:
N_H = (وزن المادة بالجرام × F) / M

الخطوة 3: حساب إجمالي الكمية المولية النظرية لـ NCO (N_NCO)

قم بجمع مولات الهيدروجين النشط من الخطوة 2 للحصول على إجمالي مولات الهيدروجين النشط (مجموع N_H).
بنسبة قياس العناصر 1:1:
N_NCO = مجموع N_H

الخطوة 4: حساب الكتلة النظرية وفقًا لمعيار ISO (ISO_THEORY)

قم بتحويل الكمية المولية النظرية لـ NCO إلى كتلة المادة الخام ISO باستخدام الكتلة المولية لمجموعة NCO 42 جم/مول ونسبة NCO% من المادة الخام ISO.

ISO_THEORY (g) = (N_NCO × 42) / NCO%

الخطوة 5: حساب النسبة

اقسم قيمة ISO_THEORY من الخطوة 4 على الوزن الإجمالي لجميع المكونات النشطة (مزيج البوليول) في التركيبة.

النسبة = النظرية المعيارية / الوزن الإجمالي لمزيج البوليول

الخطوة 6: حساب مؤشر الأيزوسيانات (INDEX)

باستخدام كتلة ISO الفعلية المستخدمة في التركيبة:

المؤشر = (ISO_ACTUAL / ISO_THEORY) × 100%

يُعدّ الحساب الدقيق للنسبة والمؤشر الخطوة الأولى الأساسية في تصميم تركيبات البولي يوريثان الناجحة. فمن خلال إتقان هذه العلاقات القياسية، يستطيع المصممون التنبؤ بفعالية بصلابة الرغوة وكثافتها ومرونتها وتعديلها، مما يضمن أداءً مثاليًا للمنتج وإنتاجًا مستقرًا واقتصاديًا. ولا يمكن ضبط الخصائص بدقة إلا بناءً على متطلبات ISO النظرية الدقيقة، وذلك من خلال التحكم في تعديل شحنة ISO الفعلية (المؤشر).

الاعتبارات الرئيسية لرغوة HR
إضافات الهيدروجين النشط: لا تنس تضمين الهيدروجين النشط من محفزات الأمين، أو جليكولات الحامل (مثل BDO في مزيج المحفزات)، أو الروابط المتشابكة؛ يؤدي حذفها إلى رغوة لينة أو متقلصة.
تقلبات الماء: نظرًا لأن الماء يتفاعل بشدة مع NCO لتوليد CO₂، فإن حتى التحولات الطفيفة في الرطوبة المحيطة أو محتوى الماء تؤدي إلى تحريف التوازن القياسي بشكل كبير.