تتكون رغوة البولي يوريثان (رغوة البولي يوريثان) بشكل أساسي من مادة البولي يوريثان كمكون رئيسي لها. تشتمل المواد الخام في المقام الأول على البولي إيزوسيانات والبوليولات، مع إضافة العديد من الإضافات، وأهمها سلسلة من عوامل الرغوة المتعلقة بعملية الرغوة. تؤدي هذه المواد المضافة إلى إنتاج كمية كبيرة من الرغوة داخل منتج التفاعل، مما ينتج عنه منتجات رغوة البولي يوريثان. تقدم هذه المقالة لمحة موجزة عن المواد الخام المستخدمة في إنتاج رغوة البولي يوريثان وعوامل الرغوة.

1. بولي إيزوسيانات

تشمل البولي إيزوسيانات الأكثر استخدامًا في الإنتاج الصناعي لرغاوي البولي يوريثان التولوين ثنائي إيزوسيانات (TDI)، والبولي ميثيلين بولي فينيل إيزوسيانات (PAPI)، وثنائي فينيل ميثان ثنائي إيزوسيانات (MDI)، والسائل MDI (L-MDI).

TDI

يستخدم TDI بشكل رئيسي في إنتاج رغاوي البولي يوريثان المرنة. تتميز MDI بتفاعلية أعلى من TDI، وتقلب أقل، ويمكن استخدام بعض الأشكال المعدلة من MDI كبدائل لـ TDI في إنتاج رغاوي البولي يوريثان المرنة، بما في ذلك رغاوي البولي يوريثان عالية الكثافة وتصنيع إلاستومرات البولي يوريثان شبه الصلبة أو الدقيقة.

PAPI، المعروف أيضًا باسم MDI الخام أو MDI المبلمر، عادةً ما يكون متوسط ​​وزنه الجزيئي يتراوح من 30 إلى 400، مع محتوى NCO من 31% إلى 32%. في مجال البلاستيك الرغوي، يتم استخدام PAPI وPAPI المعدل في المقام الأول لإنتاج العديد من رغاوي البولي يوريثان الصلبة، مع استخدام بعضها أيضًا في إنتاج الرغاوي المرنة عالية الارتداد، ورغاوي الجلد المتكاملة، والرغاوي شبه الصلبة. يمكن خلط PAPI مع TDI لتصنيع المواد البلاستيكية الرغوية عالية الارتداد والمعالجة على البارد.

2. البولي إيثر والبوليستر بوليول

2.1 بولي إيثر بوليولات

تكون بوليولات البولي إيثر المستخدمة لإنتاج رغاوي البولي يوريثان المرنة عبارة عن بولي إيثرات طويلة السلسلة ومنخفضة الأداء بشكل عام. في تركيب الرغاوي المرنة، تتراوح وظيفة البولي إيثر بوليول عادةً بين 2 و3، بمتوسط ​​وزن جزيئي يتراوح من 2000 إلى 6500. يتم استخدام ثلاثيات البولي إيثر بشكل شائع في الرغاوي المرنة، والتي تبدأ عادةً بالجلسرين (البروبان-1،2،3-تريول) ويتم الحصول عليها من خلال بلمرة فتح الحلقة باستخدام بروبان إيبوكسي 1،2 أو بلمرة مشتركة مع كمية صغيرة من أكسيد الإيثيلين، مع يتراوح الوزن الجزيئي عمومًا بين 3000 إلى 7000.

بولي إيثر بوليول

تُستخدم بوليولات البولي إيثر عالية النشاط بشكل أساسي في الرغاوي المرنة عالية الارتداد ويمكن استخدامها في إنتاج الرغاوي شبه الصلبة ومنتجات الرغاوي الأخرى. يمكن استخدام بعض ثنائيات بولي إيثر كمواد مساعدة، مخلوطة مع ثلاثيات بولي إيثر في تركيبات رغوية مرنة. يتم استخدام البولي إيثر بوليول منخفض عدم التشبع والوزن الجزيئي العالي لإنتاج الرغاوي الناعمة، مما يقلل من كمية TDI المطلوبة.

تكون بوليولات بولي إيثر المستخدمة في تركيبات الرغوة الصلبة عمومًا عبارة عن بوليولات بولي إيثر عالية الأداء وذات قيمة هيدروكسيلية عالية لتحقيق ترابط وصلابة كافية. تتراوح قيمة الهيدروكسيل لبوليولات البولي إيثر لتركيبات الرغوة الصلبة عادة من 350 إلى 650 مجم KOH/جم، مع متوسط ​​وظيفة 3 أو أعلى. غالبًا ما تستخدم تركيبات الرغوة الصلبة مزيجًا من نوعين من بوليولات البولي إيثر، بمتوسط ​​قيمة هيدروكسيل تبلغ حوالي 4000 ملجم KOH/جرام.

تستخدم تركيبات الرغوة شبه الصلبة في كثير من الأحيان بعض البولي إيثرات ذات الوزن الجزيئي العالي، وخاصة بولي إيثر ثلاثي ثلاثي عالي النشاط، وبعض بوليولات بولي إيثر منخفضة الوزن الجزيئي عالية الأداء من تركيبات الرغوة الصلبة.

 2.2 بوليولات البوليستر

يمكن استخدام بوليولات بوليستر أليفاتية منخفضة اللزوجة، مثل ثنائيات أديبات هيكسانيديول بقيمة هيدروكسيل تبلغ حوالي 56 مجم KOH/جم، أو بوليولات بوليستر متفرعة قليلاً، لإنتاج رغاوي بولي يوريثان مرنة قائمة على البوليستر. تتميز بوليولات البوليستر بتفاعلية عالية. حاليا، يتم استخدام رغوة البولي يوريثان المصنوعة من البوليستر فقط في عدد قليل من المجالات مثل المواد المساعدة للملابس.

بوليولات البوليستر

يتم استخدام بوليولات البوليستر العطرية، التي يتم تصنيعها من أحماض ثنائي الكربوكسيل (مثل أنهيدريد الفثاليك، وحمض تيريفثاليك، وما إلى ذلك) وثنائيات الجزيئات الصغيرة (مثل جلايكول الإثيلين، وما إلى ذلك) أو البوليولات، لإنتاج رغاوي البولي يوريثان الصلبة ورغاوي البولي إيزوسيانورات الصلبة. يمكن أيضًا استخدام بوليولات بوليستر ذات قيمة هيدروكسيلية منخفضة مشتقة من أنهيدريد الفثاليك في الرغاوي المرنة عالية الارتداد، ورغاوي الجلد المتكاملة، والرغاوي شبه الصلبة، ومواد البولي يوريثان غير الرغوية.

 2.3 بوليولات البوليمر

تعمل بوليولات البوليمر، بما في ذلك الستايرين الصلب، والبوليمرات المتجانسة الأكريلونيتريل، والبوليمرات المشتركة، والبوليمرات المطعمة، بمثابة "حشوات" عضوية لتعزيز أداء الحاملة. تُستخدم بوليولات البوليمر في إنتاج رغاوي الكتل المرنة عالية الصلابة، والرغاوي عالية الارتداد، والرغاوي المرنة لدنة بالحرارة، والرغاوي شبه الصلبة، ورغاوي التسلخ الذاتي، ومنتجات حقن التفاعل (RIM). يمكنها تقليل سمك المنتج، وخفض كثافة الرغوة لتقليل التكاليف، وزيادة فتح الخلايا البلاستيكية الرغوية، ونقل خصائص مثبطات اللهب إلى المنتجات.

بوليمر بوليولات

تعد بوليولات البوليوريا (تشتتات PHD) فئة خاصة من البوليولات المعدلة بالبوليمر المستخدمة في الرغاوي المرنة عالية الارتداد، والرغاوي شبه الصلبة، والرغاوي الناعمة، ولكن وجودها في السوق محدود.

هناك أيضًا بعض البوليولات الخاصة المستخدمة لإنتاج رغاوي البولي يوريثان، مثل البوليولات القائمة على الزيوت النباتية، وبوليولات البوليستر القائمة على الصنوبري، والبوليسترات البوليمرية. لم يتم وصف هذه بالتفصيل في هذه المقالة.

14. انتعاش ضعيف

A  المواد الخام: بولي إيثر بوليول عالي النشاط، وزن جزيئي منخفض، زيت السيليكون عالي النشاط.

B  صياغة العملية: محتوى زيت السيليكون العالي، القصدير الزائد، محتوى الماء العالي مع نفس استخدام القصدير، مؤشر TDI العالي، كمية كبيرة من الزيت الأبيض والمسحوق.

15  ضعف قوة الشد

A  المواد الخام: بولي إيثر بوليول ذو وزن جزيئي منخفض للغاية، وقيمة هيدروكسيل وظيفية منخفضة.

B  صياغة العملية: قصدير غير كافي، تفاعل هلامي ضعيف، مؤشر TDI مرتفع مع نفس استخدام القصدير، محتوى منخفض من الماء، تشابك منخفض.

16  الدخان أثناء الرغوة

يطلق الأمين الزائد كمية كبيرة من الحرارة أثناء تفاعل الماء وTDI، مما يتسبب في تبخر المواد منخفضة الغليان والدخان. إن لم يكن حارقًا في القلب، يتكون الدخان في الغالب من TDI، ومواد منخفضة الغليان، وألكانات حلقية مونومر في بوليولات بولي إيثر.

17  رغوة مع خطوط بيضاء

رد فعل سريع للرغوة والجيل ولكن انتقال بطيء في الرغوة المستمرة، مما يؤدي إلى طبقة كثيفة بسبب الضغط الموضعي، مما يسبب خطوطًا بيضاء. زيادة سرعة النقل أو خفض درجة حرارة المادة، وتقليل استخدام المحفز.

18  رغوة هشة

يؤدي الماء الزائد في التركيبة إلى تكوين البيوريت الزائد، الذي لا يذوب في زيت السيليكون. الاستخدام السيئ لمحفز القصدير، تفاعل الارتباط المتبادل غير الكافي، المحتوى العالي من البولي إيثر بوليول منخفض الوزن الجزيئي، ارتفاع درجة حرارة التفاعل مما يتسبب في كسر رابطة الأثير وانخفاض قوة الرغوة.

19  كثافة الرغوة أقل من القيمة المحددة

مؤشر الرغوة مرتفع جدًا بسبب القياس غير الدقيق وارتفاع درجة الحرارة والضغط المنخفض.

20  رغوة بالجلد، وبشرة الحواف، والهواء السفلي

قصدير زائد، أمين غير كافي، معدل رغوة بطيء، معدل هلام سريع، درجة حرارة منخفضة أثناء الرغوة المستمرة.

21  معدل الاستطالة مرتفع جدًا

A  المواد الخام: بولي إيثر بوليول عالي النشاط، ووظيفة منخفضة.

B  صياغة العملية: انخفاض مؤشر TDI، عدم كفاية الارتباط المتقاطع، ارتفاع القصدير

22  رغوة غير منضبطة (فقاعات صغيرة تتحرك بسرعة تحت السطح )

A  آلة الرغوة ذات الضغط المنخفض: تزيد من سرعة رأس الخلط، وتقلل من حقن الغاز.

B  ماكينة رغوة عالية الضغط: زيادة ضغط رأس الخلط.

23. خطوط حليبية متحركة

A  زيادة سرعة الناقل

B  ضبط ميل لوحة الوسادة.

C  تقليل استخدام محفز أمين

24. التدفق العكسي للمواد المُدرجة

A  زيادة سرعة الناقل

B  ضبط ميل لوحة الوسادة.

C  زيادة استخدام المحفز الأميني.

25. حفر القمر

A  آلة الرغوة ذات الضغط المنخفض: تقلل من سرعة رأس الخلط وحقن الغاز.

B  ماكينة رغوة عالية الضغط: زيادة ضغط رأس الخلط.

C  جودة زيت السيليكون مشكلة.

D  قم بزيادة كمية الأمين مع تقليل كمية القصدير لضمان فتح الخلايا بشكل كافٍ.

26. علاج بطيء، لزج سطح

تزداد قوة البوليمر ببطء شديد، مما ينتج عنه رغوة ناعمة ولزجة يصعب قطعها.

تبدو كتل الرغوة غير مستقرة عند الخروج من القنوات

قم بزيادة استخدام المحفز، وتحقق من دقة قياس البوليول والماء وTDl.

شروط الاختبار:

1. يتم أخذ الرغوة السريعة من مركز الرغوة، في حين يتم أخذ عينات الرغوة المقولبة من الجزء المركزي أو لاختبار العينة بأكملها.

2. يجب أن تنضج الرغوة المصنعة حديثا لمدة 72 ساعة في حالتها الطبيعية قبل أخذ العينات. يجب وضع العينات في بيئة درجة حرارة ورطوبة ثابتة (حسب GB/T2918: 23 ± 2 ℃ ، الرطوبة النسبية 50 ± 5%).

الاستعباد : الكثافة = الكتلة (كجم) / الحجم (م3)

Ardالحداد : انحراف حمل المسافة البادئة (ILD)، انحراف حمل الضغط (CLD)

والفرق الرئيسي بين طريقتي الاختبار هاتين هو منطقة تحميل البلاستيك الرغوي. في اختبار ILD، يتم تعريض العينة إلى مساحة مضغوطة تبلغ 323 سم2، بينما في CLD يتم ضغط العينة بأكملها. هنا، سنناقش فقط طريقة اختبار ILD.

في اختبار ILD، يبلغ حجم العينة 38*38*50 مم، بقطر رأس اختبار 200 مم (مع زاوية مستديرة R = 10 على الحافة السفلية)، ولوحة دعم بفتحات 6 مم متباعدة 20 مم. سرعة تحميل رأس الاختبار هي (100 ± 20) مم/دقيقة. في البداية، يتم تطبيق ضغط قدره 5 نيوتن كنقطة الصفر، ثم يتم ضغط العينة إلى 70٪ من سمكها عند نقطة الصفر، ويتم تفريغها بنفس السرعة. ويتكرر هذا التحميل والتفريغ ثلاث مرات كالتحميل المسبق، ثم يتم ضغطه على الفور بنفس السرعة. سمك الضغط هو 25 ± 1% و 65 ± 1%. بعد الوصول إلى التشوه، استمر في ذلك 30 ± 1s وتسجيل قيمة المسافة البادئة النسبية. القيمة المسجلة هي صلابة المسافة البادئة عند مستوى الضغط هذا.

بالإضافة إلى ذلك، 65% ILD / 25% ILD = نسبة الضغط، وهي مقياس لراحة الرغوة.

قوة الشد والاستطالة عند الكسر : يشير إلى الحد الأقصى لإجهاد الشد المطبق أثناء اختبار الشد حتى الكسر، ونسبة استطالة العينة عند الكسر.

قوة الشد = الحمل عند الكسر / مساحة المقطع العرضي الأصلي للعينة

الاستطالة عند الكسر = (مسافة الكسر - المسافة الأصلية) / المسافة الأصلية * 100%

قوة الدموع : يقيس مقاومة المادة للتمزق من خلال تطبيق قوة تمزيق محددة على عينة ذات شكل محدد.

حجم العينة: 150*25*25 مم (GB/T 10808)، مع اتجاه سمك العينة باعتباره اتجاه ارتفاع الرغوة. يتم إجراء شق بطول 40 مم على طول اتجاه السُمك (اتجاه ارتفاع الرغوة) في وسط أحد طرفي العينة. قم بقياس السماكة على طول اتجاه سماكة العينة، ثم افتح العينة وقم بتثبيتها في جهاز الاختبار. قم بتطبيق الحمل بسرعة 50-20 مم/دقيقة، باستخدام شفرة لقطع العينة، مع الحفاظ على الشفرة في الموضع المركزي. قم بتسجيل القيمة القصوى عندما تنكسر العينة أو تتمزق عند 50 مم.

قوة التمزق = قيمة القوة القصوى (N) / متوسط ​​سمك العينة (سم)

وعادة ما يتم اختبار ثلاث عينات، ويتم أخذ الوسط الحسابي.

صمود : يقيس أداء ارتداد الرغوة من خلال السماح لقطر معين ووزن كرة فولاذية بالسقوط بحرية على سطح عينة البلاستيك الرغوي من ارتفاع محدد. تشير نسبة ارتفاع الارتداد إلى ارتفاع سقوط الكرة الفولاذية إلى مرونة الرغوة.

متطلبات الاختبار: حجم العينة 100*100*50 مم، يجب أن يكون اتجاه سقوط الكرة متسقًا مع اتجاه استخدام الرغوة. حجم الكرة الفولاذية هو ∮ 164 ملم، ووزن 16.3 جرام، وينخفض ​​من ارتفاع 460 ملم.

معدل المرونة = ارتفاع ارتداد الكرة الفولاذية / ارتفاع سقوط الكرة الفولاذية * 100%

ملاحظة: يجب أن تكون العينات أفقية، ويجب تثبيت الكرة الفولاذية قبل إسقاطها (ثابتة)، ويتم اختبار كل عينة ثلاث مرات بفواصل زمنية تبلغ 20 ثانية، ويتم تسجيل القيمة القصوى.

ضغط تشوه دائم : في بيئة ثابتة، يتم الاحتفاظ بعينة المادة الرغوية تحت تشوه مستمر لفترة معينة، ثم يسمح لها بالتعافي لفترة من الوقت، مع ملاحظة تأثير التشوه على سمك العينة. تمثل نسبة الفرق بين السُمك الأولي والسمك النهائي للعينة إلى السُمك الأولي تشوه الضغط الدائم للبلاستيك الرغوي.

التشوه الدائم بالضغط = (السُمك الأولي للعينة - السُمك النهائي للعينة) / السُمك الأولي للعينة * 100

مقاوم النار

VOC (المركبات العضوية المتطايرة)

تحدد كمية مثبت الرغوة حجم خلايا هيكل الرغوة. المزيد من المثبت يؤدي إلى خلايا أدق، ولكن الكثير منه يمكن أن يسبب الانكماش. إن إيجاد التوازن الصحيح أمر بالغ الأهمية؛ القليل جدًا من المثبت ولن تدعم الخلايا بعضها البعض، مما يؤدي إلى انهيارها أثناء التكوين. كلاهما محفزات في العمل.

يشير البولي يوريثان (الرغوة الناعمة) إلى نوع من بلاستيك رغوة البولي يوريثان المرن الذي يتمتع بمرونة معينة، ويحتوي في الغالب على هياكل ذات خلايا مفتوحة.

يشير البولي يوريثين (الرغوة الصلبة) إلى المواد البلاستيكية الرغوية التي لا تتعرض لتشوه كبير تحت أحمال معينة ولا يمكنها العودة إلى حالتها الأولية بعد الأحمال الزائدة. في الغالب خلية مغلقة.

زيت السيليكون الرغوي الصلب

زيت السيليكون ذو الرغوة الصلبة هو نوع من مثبتات الرغوة النشطة للغاية وغير القابلة للتحلل مع رابطة كربون السيليكون، التي تنتمي إلى فئة زيت السيليكون واسعة النطاق. يتمتع بأداء شامل ممتاز ومناسب لأنظمة رغوة الماء HCFC-141b، المستخدمة في تطبيقات مثل الألواح والطاقة الشمسية وخطوط الأنابيب وما إلى ذلك.

ميزات المنتج:

1. أداء الاستحلاب الجيد: أداء الاستحلاب الممتاز يسمح بالتشتت الجيد وخلط المواد المركبة أثناء التفاعل مع الإيزوسيانات، مما يؤدي إلى قابلية جيدة للتدفق. يحتوي المنتج المنتج على خلايا موحدة ومعدل خلايا مغلقة مرتفع جدًا.

2. ثبات جيد: يتحكم الهيكل الجزيئي الخاص بشكل فعال في التوتر السطحي للخلايا، مما يعمل على تثبيت بنية الخلية وتزويد المنتج بخصائص ميكانيكية ممتازة.

زيت السيليكون الرغوي الناعم:

مادة خافضة للتوتر السطحي من السيلوكسان للأغراض العامة للبلاستيك الرغوي من البولي يوريثان المرن من نوع البولي إيثر، وهي عبارة عن بوليمر كوبوليمر ثنائي ميثيل سيلوكسان-بولي إيثيلين غير قابل للتحلل المائي، وهو عامل استقرار عالي النشاط. يتم استخدامه كمثبت للرغوة في إنتاج رغوة البولي يوريثان الناعمة (الإسفنج). يمكن أن يوفر بشرة رقيقة. في الرغوة ذات الكثافة المنخفضة جدًا، توفر ثباتًا قويًا مع خلايا دقيقة وموحدة. في الرغوة متوسطة العمق، مقارنة بزيوت السيليكون المماثلة، تتمتع بخصائص فتح الرغوة وتهوية أفضل.

إن فهم المبادئ الكامنة وراء تفاعلات الرغوة أمر بالغ الأهمية. لإتقان الرغوة، يجب علينا أن نسعى جاهدين لإنشاء نموذج تفاعل الرغوة في أذهاننا باستخدام معادلات التفاعل الأربعة التالية. ومن خلال الإلمام بالاختلافات داخل النموذج، فإننا ننمي الحساسية التي تسمح لنا بفهم عملية تفاعل الرغوة بأكملها. يساعد هذا النهج في بناء قاعدة معارفنا ومهاراتنا المهنية في مجال رغوة البولي يوريثان. سواء كنا ندرس بشكل نشط مبادئ تفاعل الرغوة أو نستكشفها بشكل سلبي أثناء عملية الرغوة، فهي بمثابة وسيلة حيوية بالنسبة لنا لتعميق فهمنا للتركيبات وتعزيز مهاراتنا.

رد فعل 1

تي دي آي + بولي إيثر → يوريتان

رد فعل 2

تي دي آي + يوريتان → ايزوسيانورات

رد فعل 3

تي دي آي + ماء → اليوريا + ثاني أكسيد الكربون

رد فعل 4

تي دي آي + اليوريا → بيوريت (بوليوريا)

01: التفاعلان 1 و2 عبارة عن تفاعلات نمو متسلسلة، وتشكل السلسلة الرئيسية للرغوة. قبل أن تصل الرغوة إلى ثلثي ارتفاعها الأقصى، تستطيل السلسلة الرئيسية بسرعة، مع سيطرة تفاعلات نمو السلسلة داخل الرغوة. في هذه المرحلة، ونظرًا لانخفاض درجات الحرارة الداخلية نسبيًا، فإن التفاعلات 3 و4 ليست بارزة.

02: التفاعلان 3 و4 عبارة عن تفاعلات متشابكة تشكل تفرعات الرغوة. وبمجرد أن تصل الرغوة إلى ثلثي ارتفاعها الأقصى، ترتفع درجة الحرارة الداخلية، ويتكثف التفاعلان 3 و4 بسرعة. خلال هذه المرحلة، تكون التفاعلات من 1 إلى 4 قوية، مما يمثل فترة حرجة لتكوين خصائص الرغوة. يوفر التفاعلان 3 و4 الاستقرار والدعم لنظام الرغوة. يساهم التفاعل 1 في مرونة الرغوة، بينما يساهم التفاعلان 3 و4 في قوة شد الرغوة وصلابتها.

03: تسمى التفاعلات المنتجة للغاز بالتفاعلات الرغوية. توليد ثاني أكسيد الكربون هو تفاعل رغوي وتفاعل طارد للحرارة الأساسي في رغوة البولي يوريثان. في أنظمة التفاعل التي تحتوي على الميثان، يشكل تبخر الميثان تفاعل رغوي وعملية ماصة للحرارة.

04: التفاعلات التي تؤدي إلى تكوين مكونات الرغوة تعرف باسم تفاعلات الجيلاتين، وتشمل جميع التفاعلات باستثناء التفاعلات المنتجة للغاز. يتضمن ذلك تكوين اليوريثان واليوريا والإيزوسيانورات والبيوريت (البوليوريا) من التفاعلات من 1 إلى 4.