تصنيع مادة البولي يوريثان

منقي

تتضمن الرغوة عادة مرحلتين رئيسيتين. تتضمن المرحلة الأولى تحضير رغوة البولي يوريثان ذات الخلية المفتوحة أو الخلية المفتوحة جزئيًا وفقًا للمسامية المطلوبة. إذا كانت الرغوة ذات خلية مغلقة، فإنها تحتاج إلى إخضاعها لضغط الأسطوانة لتمزيق جدران الخلايا، وبالتالي إنشاء البنية المسامية اللازمة. المرحلة الثانية هي إزالة جميع أغشية الخلايا لتشكيل بنية شبكية.



لإنتاج البولي يوريثان

منقي
الرغوة، يتم تحديد حجم المسام وبنية شبكة الرغوة إلى حد كبير بواسطة المحفز وعامل الرغوة والخافض للتوتر السطحي.



في العمليات العملية، هناك طريقتان شائعتان لتشكيل الشبكة:



الأول هو طريقة التحلل المائي القلوي. تتضمن خطوات هذه الطريقة غمر رغوة البولي يوريثان الناعمة من نوع البوليستر التي تم الحصول عليها من المرحلة الأولى في محلول هيدروكسيد الصوديوم 10% عند درجة حرارة 50 درجة مئوية لمدة 10 دقائق تقريبًا. ثم تمر بعمليات مثل الغسيل بالماء، والتحييد بحمض الأسيتيك، وجولة أخرى من الغسيل بالماء، والتجفيف، مما ينتج عنه المنتج النهائي من مادة البولي يوريثين.

منقي

رغوة.



طريقة أخرى هي طريقة الاحتراق، والمعروفة أيضًا بطريقة الانفجار. تتطلب هذه الطريقة وضع رغوة البولي يوريثان الناعمة من نوع البولي إيثر أو البوليستر التي تم الحصول عليها من المرحلة الأولى في حاوية مغلقة. يتم بعد ذلك تفريغ الحاوية إلى 13.3 باسكال، يليها إدخال الأكسجين والغاز الطبيعي (بنسبة حجمية 2:1)، ليصل الضغط الداخلي للحاوية إلى مستوى معين (والذي يزداد مع المسامية). بعد ذلك، يتم إشعال الغاز الموجود داخل الحاوية باستخدام شمعة الإشعال. سوف تعمل الحرارة الناتجة عن عملية الاحتراق على حرق أو إذابة أغشية الخلايا دون الإضرار بدعامات الخلية. وأخيرًا، يتم تنقية المنتج الناتج بعد الاحتراق بالهواء، ثم يتم تطهيره

منقي
تتم إزالة الرغوة من الحاوية.



تعتبر هاتان الطريقتان من الطرق الفعالة لتحضير مادة البولي يوريثين

منقي

الرغوة، ويعتمد الاختيار المحدد بينهما على مادة الرغوة والخصائص الهيكلية المطلوبة.

في الإنتاج الصناعي الحديث، تلعب رغوة البولي يوريثان المرنة دورًا مهمًا في مجالات مختلفة مثل الأثاث ومقاعد السيارات ونعال الأحذية. ومع ذلك، لا يمكن إغفال نقاط المراقبة الفنية الرئيسية لإنتاج منتجات بلاستيكية رغوية مرنة عالية الجودة من مادة البولي يوريثان. فيما يلي العديد من النقاط الفنية الرئيسية في عملية الإنتاج:



التحكم في ثنائي إيزوسيانات التولوين (TDI):


النسبة الأيزومرية المثالية لـ TDI هي 80/20. إذا تم تجاوز هذه النسبة، فقد يؤدي ذلك إلى تكوين خلايا كبيرة ومغلقة في الرغوة، مما يؤدي إلى إطالة وقت المعالجة. خاصة في إنتاج منتجات الرغوة منخفضة الكثافة ذات الكتل الكبيرة، يمكن أن تؤدي نسبة الأيزوميرات المفرطة إلى تأخير إطلاق الحرارة، مما قد يتسبب في بقاء درجة حرارة مركز الرغوة مرتفعة لفترة طويلة، مما يؤدي إلى الكربنة وحتى الاشتعال. إذا كانت نسبة الأيزومرية منخفضة جدًا، ستنخفض كثافة منتج الرغوة ومرونته، وقد تظهر شقوق دقيقة على سطح الرغوة، مما يؤدي إلى ضعف إمكانية تكرار العملية.



إضافة عوامل النفخ الخارجية:


لا تعمل عوامل النفخ الخارجية (الماء) على تقليل كثافة الرغوة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين نعومة المنتج وتساعد على إزالة حرارة التفاعل. لمنع الكربنة المركزية في عملية الرغوة لمنتجات الرغوة ذات الكتل الكبيرة، تتم عادةً إضافة كمية معينة من الماء. ومع ذلك، مع زيادة كمية الماء، يجب أيضًا زيادة كمية المحفز أيضًا؛ وإلا فقد يؤدي ذلك إلى إطالة وقت الرغوة بعد المعالجة. بشكل عام، لكل 5 أجزاء زيادة في الماء، يجب إضافة 0.2 إلى 0.5 جزء من زيت السيليكون.



نسبة المحفز:


يتم استخدام محفزات القصدير العضوي والأمين الثلاثي بشكل شائع للتحكم في تفاعلات NCO-OH وNCO-H2O. ومن خلال ضبط نسبة المحفزات المختلفة، يمكن التحكم في نمو سلاسل البوليمر وتفاعل الرغوة. في ظل كثافات معينة للمنتج، فإن اختيار نسبة المحفز المناسبة يمكن أن يتحكم في معدل الخلية المفتوحة للرغوة، وحجم الخلية، وقيمة الحمل الفارغ. زيادة كمية محفز القصدير العضوي يمكن أن تنتج بشكل عام رغاوي ذات أحجام خلايا أصغر، ولكن الاستخدام المفرط قد يزيد من معدل الخلايا المغلقة. ومن الضروري تحديد جرعة المحفز الأمثل من خلال التجارب لتحقيق أفضل أداء لمنتجات الرغوة.



مثبتات الرغوة:


يتمثل دور مثبتات الرغوة في تقليل التوتر السطحي للمادة، مما يجعل جدار طبقة الرغوة مرنًا ويمنع تمزق جدار الرغوة حتى يؤدي نمو السلسلة الجزيئية وتفاعلات الارتباط المتقاطع إلى تصلب المادة. لذلك، تلعب مثبتات الرغوة دورًا حاسمًا في إنتاج إسفنجة البولي إيثر ذات الخطوة الواحدة ويجب التحكم الصارم في استخدامها.



التحكم في درجة الحرارة:


إن تفاعل توليد الرغوة حساس للغاية لدرجة الحرارة، وسوف تؤثر التغيرات في درجة حرارة المواد والرغوة على عمليات الرغوة والخصائص الفيزيائية. لذلك، يعد التحكم في درجة الحرارة أحد الشروط المهمة لضمان عمليات الرغوة المستقرة. يتم التحكم في درجة حرارة المادة بشكل عام عند 20-25
°
C.



اثارة السرعة والوقت:


تؤثر سرعة التحريك والوقت على كمية الطاقة المدخلة أثناء عملية الرغوة. إذا كان التحريك غير متساوٍ، فقد يظهر عدد كبير من الفقاعات على سطح الرغوة، مما يؤدي إلى حدوث عيوب مثل التشقق. أثناء خلط المكون A، تكون السرعة 1000r/min؛ بعد إضافة المكون B إلى المكون A، فإن سرعة التحريك عالية السرعة تكون 2800-3500r/min لمدة 5-8 ثواني.



باختصار، تشمل التقنيات الرئيسية لإنتاج رغوة البولي يوريثان المرنة التحكم في TDI، وإضافة عوامل نفخ خارجية، وضبط نسب المحفز، واستخدام مثبتات الرغوة، والتحكم في درجة الحرارة، والتحكم في سرعة ووقت التحريك. إن التحكم السليم في هذه المعلمات التقنية يمكن أن يضمن إنتاج منتجات بلاستيكية رغوية مرنة من مادة البولي يوريثين ذات جودة مستقرة وعالية الأداء.

الاستعباد:


A. تحتوي رغاوي البولي يوريثان المرنة ذات الكثافة العالية على العديد من المسام الصغيرة، مما يجعلها أكثر امتلاءً. ومع ذلك، كلما زادت الكثافة، كلما كان امتصاص الماء أقل.


B. بشكل عام، تتميز رغاوي البولي يوريثان المرنة ذات الكثافة العالية أيضًا بصلابة عالية، ولكن لا يُستبعد أن تضيف بعض الرغاوي عالية الكثافة إضافات فائقة النعومة، مما يجعل الإسفنجة ناعمة جدًا. ولذلك، قد يكون للرغاوي المرنة PU ذات الكثافة نفسها درجات مختلفة من النعومة أو الصلابة.


C. غالبًا ما تُستخدم الرغاوي عالية الكثافة في صناعة القطن الممتص للصوت، ووسائد الأرائك، ومواد التغليف الناعمة، وما إلى ذلك. تستخدم الرغاوي المتوسطة والمنخفضة الكثافة بشكل عام في المواد الواقية.



صمود:


A. الرغاوي ذات الارتداد البطيء، والمعروفة أيضًا باسم الرغاوي الخاملة، ورغاوي الذاكرة، ورغاوي الشعور بالضغط الصفري، وما إلى ذلك. تحتوي الرغاوي ذات الارتداد البطيء على بنية "قرص العسل"، لذلك لا يمكنها العودة بسرعة إلى شكلها الأصلي بعد ضغطها.


B. خصائص الرغاوي ذات الارتداد البطيء: امتصاص جيد للماء، أداء عزل الصوت؛ صلابة قوية، قوة شد عالية، امتصاص جيد للصدمات وأداء التوسيد؛ عزل جيد للحرارة والعزل الحراري، يمكنه تحمل البرد والحرارة الشديدة.


C. تحتوي الرغاوي عالية الارتداد على مزيج من أحجام المسام وسمك هيكلي مختلف ومعدل ثقب مفتوح مرتفع. عند ضغطها، فإنها تنتج قوى ارتدادية بقوى داعمة مختلفة في حالات تشوه مختلفة.


D. تتميز الرغاوي عالية الارتداد بمرونة وتهوية قوية للغاية؛ أداء ممتاز ضد التعب ومثبطات اللهب؛ الملمس مشابه لسطح اللاتكس.

تعتبر المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة لتثبيت الرغوة، والمعروفة أيضًا باسم مثبتات الرغوة، مادة مضافة مهمة في إنتاج بلاستيك رغوة البولي يوريثان. عند اختيار المواد الخافضة للتوتر السطحي، ما هي العوامل التي ينبغي النظر فيها؟



يمكن تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى نوعين: المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الناعمة والمواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الصلبة. دعونا نفحص كل منهما:



المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الناعمة:


خلال مرحلة الرغوة الأولية، يمكن أن تذوب المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الناعمة لتشكل البوليوريا، وفي المراحل اللاحقة، يمكن أن تساعد في فتح الخلايا وانفجارها. لذلك، عند اختيار المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الناعمة، يجب مراعاة العوامل التالية:



1
نشاط الفاعل بالسطح.


2
العلاقة بين نطاق تشغيل المادة الخافضة للتوتر السطحي ونطاق الجرعة المطلوبة؛


3
تأثير المكونات المختلفة للفاعل بالسطح على نطاق التشغيل.



المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الصلبة:


تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الصلبة بدرجة أعلى من الارتباط المتقاطع، مما يجعل الفقاعات أكثر استقرارًا. يتم استخدامها بشكل شائع للمنتجات المقولبة أو الرغوة في التجاويف المقيدة. عند اختيار المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الصلبة، يجب مراعاة العوامل التالية:



1
قدرة استحلاب قوية لمكونات المواد الخام.


2
القدرة على التحكم في حجم الخلايا الرغوية بشكل فعال.


3
القدرة على تحسين قابلية تدفق المواد وضمان التوزيع الموحد للكثافة.



لا تلعب المواد الخافضة للتوتر السطحي دورًا في تثبيت الرغوة فحسب، بل تؤثر أيضًا على كثافة الرغوة ومرونتها وقوة الشد وخصائص أخرى. ولذلك، عند اختيار المواد الخافضة للتوتر السطحي، يجب مراعاة عوامل مثل نشاط المواد الخام، وظروف التشغيل، وعملية الرغوة.

غالبًا ما تواجه رغوة البولي يوريثان العديد من الحوادث والمشاكل أثناء إنتاج الرغوة الفعلي، وكل منها ناتج عن عوامل متعددة. عند تحليل الحوادث الناجمة عن عوامل معقدة، من الصعب عمومًا إدراج جميع العوامل المؤثرة والعوامل الرئيسية التي تلعب دورًا فعليًا. فيما يلي 15 مشكلة شائعة وأسبابها، دعونا نلقي نظرة معًا!



1. ارتفاع محتوى الخلية المغلقة


أ. بوليولات البولي إيثر: نسبة عالية من أكسيد الإيثيلين، عالية النشاط، تحدث غالبًا عند التحول إلى بوليولات البولي إيثر ذات الأنشطة المختلفة.


(ب). صياغة العملية: الاستخدام المفرط لأوكتات القصدير، ونشاط الإيزوسيانات العالي، ودرجة التشابك العالية، وسرعة التشابك السريعة، والأمينات المفرطة وعوامل النفخ الفيزيائية التي تسبب انخفاض الضغط الداخلي للرغوة، وعدم القدرة على فتح الخلايا عندما تكون مرونة الرغوة عالية، ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى ارتفاع مؤشر TDI. في محتوى الخلية المغلقة العالي.



2. الانكماش (سرعة الجيل أكبر من سرعة الرغوة)


أ. محتوى عالي من الخلايا المغلقة، ينكمش أثناء التبريد.


(ب). ظروف العملية: انخفاض درجة حرارة الهواء، وانخفاض درجة حرارة المواد.


(ج) صياغة العملية: زيت السيليكون الزائد، عامل النفخ الفيزيائي المفرط، مؤشر TDI المنخفض.



3. تكسير داخلي


أ. ظروف العملية: انخفاض درجة حرارة الهواء، وارتفاع درجة حرارة مركز التفاعل.


(ب). صياغة العملية: مؤشر TDI منخفض، محتوى مفرط من القصدير، قوة رغوة مبكرة عالية.


(ج) نشاط عالي لزيت السيليكون، استخدام قليل.



4. التكسير العلوي (سرعة التغويز غير المتوازنة)


أ. ظروف العملية: انخفاض درجة حرارة الهواء، وانخفاض درجة حرارة المواد.


(ب). صياغة العملية: عدم كفاية استخدام المحفز، واستخدام الأمينات الصغيرة، وزيت السيليكون ذو الجودة الرديئة.



5. تشقق الزاوية السفلية (الاستخدام المفرط للأمين، وسرعة الرغوة السريعة جدًا)


سطح المسام الكبيرة: عامل نفخ فيزيائي مفرط، وزيت سيليكون رديء الجودة ومحفز.



6. ضعف أداء الرغوة في درجات الحرارة المنخفضة


ضعف الجودة الجوهرية لبوليولات البولي إيثر، نفس قيمة الهيدروكسيل، وظائف منخفضة، عدم تشبع عالي، مؤشر TDI منخفض مع نفس استخدام القصدير.



7. ضعف نفاذية الهواء


أ. الأحوال الجوية: انخفاض درجة حرارة الجو.


(ب). المواد الخام: بوليول عالي البولي إيثر، زيت السيليكون عالي النشاط.


(ج) صياغة العملية: الإفراط في استخدام القصدير أو نفس القصدير، وانخفاض محتوى الماء والأمين، وارتفاع مؤشر TDI.



8. ضعف المرونة


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


(ب). صياغة العملية: كمية كبيرة من زيت السيليكون، محتوى مفرط من القصدير، المزيد من الماء في نفس استخدام القصدير، مؤشر TDI مرتفع.



9. قوة الشد ضعيفة


أ. المواد الخام: بوليول بولي إيثر منخفض الوزن الجزيئي، وظيفة ذات قيمة هيدروكسيل منخفضة.


(ب). صياغة العملية: يؤدي عدم كفاية القصدير إلى رد فعل ضعيف للجيل، وارتفاع مؤشر TDI عند نفس استخدام القصدير، وانخفاض درجة التشابك مع كمية أقل من الماء.



10. التدخين أثناء الرغوة


أ. يؤدي الأمين الزائد إلى إطلاق كمية كبيرة من الحرارة من تفاعل الماء مع TDI، مما يؤدي إلى تبخر المواد ذات نقطة الغليان المنخفضة والتسبب في التدخين.


(ب). إذا لم يكن متفحمًا، فإن الدخان يتكون في الغالب من TDI، ومواد ذات درجة غليان منخفضة، وألكانات حلقية أحادية في بوليولات بولي إيثر.



11. رغوة ذات خطوط بيضاء


سرعة تفاعل الرغوة والجيل السريع، وسرعة النقل البطيئة في الرغوة المستمرة، والضغط المحلي لتشكيل طبقة كثيفة، مما يؤدي إلى ظاهرة الخطوط البيضاء. يجب زيادة سرعة النقل على الفور، أو يجب تقليل درجة حرارة المادة، ويجب تقليل استخدام المحفز.



12. رغوة هشة


تحتوي التركيبة على كمية كبيرة من الماء، مما يؤدي إلى تكوين العديد من تكوينات اليوريا غير المتفاعلة التي لا تذوب في زيت السيليكون، واستخدام محفز القصدير السيئ، وتفاعل التشابك غير الكافي، والمحتوى العالي من البولي إيثر بوليول ذو الوزن الجزيئي المنخفض النسبي، ودرجة حرارة التفاعل المرتفعة بشكل مفرط، وكسر رابطة الأثير مما يقلل من قوة الرغوة.



13. كثافة الرغوة أقل من القيمة المحددة


مؤشر الرغوة كبير جدًا بسبب القياس غير الدقيق وارتفاع درجة حرارة الهواء وانخفاض ضغط الهواء.



14. رغوة بالجلد، وجلد الحافة، والفراغات السفلية


القصدير الزائد والأمين غير الكافي، سرعة الرغوة بطيئة، سريعة


15

、

استطالة عالية عند الاستراحة


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


(ب). صياغة العملية: عدم كفاية التشابك بسبب انخفاض مؤشر TDI والقصدير الزائد والمحتوى العالي من زيت السيليكون.