التركيب الجزيئي وتوليف مثبتات الرغوة

يمكن تصنيف مثبتات الرغوة المستخدمة في رغاوي البولي يوريثان إلى نوعين رئيسيين: غير أيونية وأيونية، وكذلك إلى مركبات قائمة على السيليكون ومركبات غير سيليكون. في المواد البلاستيكية الرغوية المبكرة، وخاصة بالنسبة للرغاوي الناعمة المصنوعة من مادة البولي يوريثان القائمة على البوليستر، كانت المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية وغير الأيونية بدون السيليكون شائعة الاستخدام. وتشمل هذه ألكيدات زيت الخروع المسلفنة، وسلفونات الألكيل، واسترات الأحماض الدهنية بولي إيثيلين جلايكول (على سبيل المثال، بولي إيثيلين جلايكول سوربيتان أحادي أوليات، المعروف أيضًا باسم توين-80).  

يختلف هيكل مثبتات الرغوة القائمة على السيليكون بشكل كبير، اعتمادًا على تطبيقاتها في أنظمة مختلفة للرغاوي الناعمة، والرغاوي الصلبة، والرغاوي عالية المرونة (HR). عادةً، تشتمل هذه الوحدات على وحدات ثنائي ميثيل سيلوكسان المتكررة، ووحدات أكسيد الإيثيلين (EO)، ووحدات أكسيد البروبيلين (PO). يمكن أن يتخذ الارتباط بين مكونات أكسيد السيلوكسان والبولي ألكيلين أشكالًا مختلفة، مثل هياكل الكتل الخطية من النوع AB، وهياكل الكتل الخطية من النوع ABA، والهياكل أحادية الفرع أو متعددة الفروع. تختلف البوليمرات المشتركة العشوائية لأكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين أيضًا في التركيب والوزن الجزيئي.  

يؤثر التركيب الكيميائي لبوليمرات أكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين وارتباطها بسلاسل السيليكون العضوي على أداء سطح المثبت واستقراره. أثناء بلمرة أكاسيد الألكيلين، يمكن استخدام كحولات أحادية الهيدريك منخفضة الوزن الجزيئي كبادئ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في الوزن الجزيئي. تنتج طرق الاقتران المختلفة مع البولي سيلوكسان مجموعة متنوعة من مثبتات الرغوة.  

في عملية تكوين الرغوة، يؤدي ترسيب البوليوريا غير القابلة للذوبان إلى تعطيل استقرار الرغوة. تتمثل إحدى الوظائف المهمة للمواد الخافضة للتوتر السطحي من البولي إيثر سيلوكسان في تشتيت البوليوريا لتعزيز توافقها مع مصفوفة الرغوة. يتم تحقيق هذه الوظيفة من خلال شرائح البولي إيثر. تعمل زيادة محتوى أكسيد الإيثيلين في سلسلة البولي إيثر على تحسين قابلية ذوبان البوليوريا داخل خليط الرغوة.  

استنادًا إلى الطبيعة الكيميائية للارتباط بين قطاعات البولي سيلوكسان وأكسيد البولي ألكيلين، يمكن تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي السيليكون إلى أنواع Si-O-C (سيليكون-أكسجين-كربون) وSi-C (كربون-سيليكون).  

- روابط Si-C: وهي مستقرة مائيًا، مما يتيح تخزينها على المدى الطويل دون تدهور.  

- روابط Si-O-C: كانت هذه أول مثبتات رغوة السيليكون التي تم تطويرها، وتوفر مزايا مثل المواد الخام المتوفرة بسهولة، وعمليات التصنيع الناضجة، وتثبيت الرغوة بشكل فعال. ومع ذلك، فإن روابط Si-O-C عرضة للتحلل المائي في ظل الظروف الحمضية أو الأساسية القوية. المثبتات ذات روابط Si-O-C غير مناسبة للتركيبات المخلوطة مسبقًا مع محفزات الأمين الثلاثي والماء، حيث أن التحلل المائي يضر بوظيفة التثبيت الخاصة بها.  

التغييرات في هياكل روابط Si-O-C بسبب التحلل المائي، على الرغم من صعوبة اكتشافها من خلال الطرق الفيزيائية والكيميائية التقليدية، إلا أنها تؤثر بشكل كبير على أداء المثبت. يؤدي التحلل المائي إلى فصل السيلوكسان والبولي إيثر، مما يؤدي إلى عدم توافق النظام، وفي الحالات الشديدة، فصل الطور. وبالتالي، تُستخدم المثبتات من النوع Si-C في الغالب في الرغاوي الصلبة، والرغاوي شبه الصلبة، ورغاوي الموارد البشرية. بالنسبة لكتل ​​الرغاوي الناعمة حيث يتم عادةً إضافة المكونات بشكل منفصل، يكون هيكل Si-C أقل أهمية، ولكن معظم مثبتات السيليكون الحالية تعتمد على Si-C.  

تخليق المواد السطحية السيليكونية Si-O-C

لتخليق المواد الخافضة للتوتر السطحي من النوع Si-O-C، يتم أولاً تحضير أوليجومرات أكسيد البولي ألكيلين وأوليجومرات بولي سيلوكسان، يليها تفاعل مجموعاتها النشطة. يعد التحكم في المعلمات مثل نسبة EO-to-PO، وقيمة الهيدروكسيل، والوزن الجزيئي أمرًا ضروريًا لتصميم محبة الماء وتفاعلية الوسطيات.  

التخصص والتحسين لمثبتات الرغوة  

مع تزايد تنوع المواد البلاستيكية الرغوية والتطورات في معدات الرغوة، أصبحت مثبتات الرغوة متخصصة ومكررة ومتنوعة بشكل متزايد. تعتبر مثبتات بولي إيثر سيلوكسان الخطية والمتفرعة مناسبة بشكل عام، على الرغم من أن الهياكل المتفرعة توفر ثباتًا فائقًا. غالبًا ما تتكون المثبتات التجارية من أنواع متعددة من البوليمرات المشتركة من بولي إيثر السيليكون العضوي مع هياكل وتركيبات جزيئية متنوعة، مما يحسن القدرة على التكيف مع التركيبة وتثبيت الرغوة.  

العوامل المؤثرة على الأداء  

- تغيير نسبة وتسلسل EO/PO يؤثر على قابلية ذوبان الفاعل بالسطح والمحبة للماء في البوليولات.  

- زيادة الوزن الجزيئي ومحتوى EO في سلاسل البولي إيثر يعزز النشاط السطحي.  

- تعمل سلاسل ثنائي ميثيل سيلوكسان مع سلاسل البولي إيثر المعلقة على زيادة النشاط السطحي إلى الحد الأقصى، وهي شائعة الاستخدام في رغاوي البولي يوريثان الصلبة.  

- تستخدم تركيبات الرغوة الناعمة بوليمرات بولي إيثر متعددة القلائد لضمان ثبات الرغوة.  

تحسينات تثبيط اللهب

يمكن أن يؤدي تعديل هيكل البولي سيلوكسان في المثبتات إلى تحسين تثبيط اللهب. على سبيل المثال، تعمل المجموعات القطبية مثل سيانيد الأليل في سلسلة السيلوكسان على تعزيز قابلية ذوبان بولي ميثيل سيلوكسان أثناء الاحتراق، مما يقلل من التأثيرات الضارة على سلوك التدفق المنصهر ويقلل القابلية للاشتعال.