ما هي عملية الرغوة بخطوة واحدة للرغوة المرنة القائمة على الأثير؟

(1) المواد الخام

تشمل المواد الخام الرئيسية بولي إيثر بوليولات، TDI (عادة 80/20 TDI)، مثبتات رغوة السيليكون، المحفزات، الماء، وغيرها من المواد المضافة مثل عوامل النفخ الخارجية، أو الحشوات، أو غيرها من المواد المضافة، اعتمادًا على الاحتياجات.

(2) تركيبة الرغوة

تركيبة رغوة البولي إيثر مشابهة عمومًا لرغوة البوليستر. ولأن لزوجة البولي إيثر أقل بكثير من البوليستر، يجب إضافة مُثبِّت رغوة عالي الفعالية، وهو عادةً بوليمر بولي سيلوكسان-بولي أوكسي ألكيلين. ولأن مجموعات الهيدروكسيل في نهاية سلاسل البولي إيثر هي في الغالب مجموعات هيدروكسيل ثانوية، ذات تفاعلية أقل، تُستخدم عادةً محفزات مركبة عالية الكفاءة مثل أوكتوات القصدير، وثنائي بوتيل القصدير ثنائي اللورات، وثلاثي إيثيلين ثنائي الأمين.

الصيغة النموذجية لرغوة مرنة تعتمد على البولي إيثر في رغوة خطوة واحدة هي كما يلي:

(3) عوامل العملية

①خصائص بولي إيثر بوليول

عادةً ما تكون وظيفة بولي إيثر بوليولات البولي إيثر المستخدمة في الرغوة المرنة 2 أو أكثر، مع قيمة هيدروكسيل تعادل حوالي 1000. أكثرها شيوعًا هي بولي إيثرات ثلاثيات التكافؤ بوزن جزيئي يبلغ حوالي 3000. عندما يتجاوز الوزن الجزيئي للبولي إيثر 4000، يميل منتج الرغوة إلى أن يكون له أحجام خلايا أكبر، وارتداد أقل، وقوة ضغط أعلى. لا تُستخدم البولي إيثرات ذات مجموعات الهيدروكسيل الأولية في هذه الحالة.

مع زيادة وظيفة البولي إيثر، تزداد معامل ضغط الرغوة، لكن خصائص مثل مقاومة التمزق والشد والاستطالة تنخفض. في المقابل، يؤدي انخفاض الوظيفة إلى انخفاض معامل الضغط، ولكنه يُحسّن خصائص أخرى.

لتعزيز النشاط، يتم تغطية بعض بولي إيثر بوليولات بأكسيد الإيثيلين لزيادة محتوى المجموعات الهيدروكسيلية الأولية، مما يقلل من وقت المعالجة ويحسن بشكل طفيف معامل الضغط وقوة الشد وقوة التمزق والاستطالة.

②نسبة TDI

في الرغوات المرنة أحادية الخطوة، يُستخدم عادةً مؤشر TDI 80/20، ويُضبط عادةً بين 103% و107%. إذا كان مؤشر TDI مرتفعًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى اتساع المسام وإغلاق الخلايا في الرغوة. أما إذا كان منخفضًا جدًا (مثلًا أقل من 100%)، فستقل قوة الرغوة وقدرتها على الارتداد، وقد تظهر شقوق صغيرة فيها. كما يُطيل مؤشر TDI المرتفع مدة المعالجة، خاصةً في الكتل الكبيرة من الرغوة منخفضة الكثافة، حيث يُمكن أن يُشكل TDI الزائد غير المتفاعل إيزوسيانورات ومشتقات اليوريا، مما يُولّد حرارةً على مدار عدة ساعات، وقد يُسبب احتراقًا أو حتى حريقًا.

③محتوى الماء

تؤدي زيادة محتوى الماء، مع الحفاظ على ثبات مؤشر TDI، إلى انخفاض كثافة الرغوة وحمل الضغط. ومع ذلك، بعد كمية معينة، لا تُسبب زيادة محتوى الماء انخفاضًا كبيرًا في حمل الضغط، لأن زيادة كثافة مجموعة اليوريا في البوليمر تزيد من مقاومة الرغوة للضغط، مما يُعوّض الخسارة الناتجة عن انخفاض كثافة الرغوة.

④عوامل النفخ الخارجية

تساعد عوامل النفخ الخارجية على تقليل كثافة الرغوة، وتحسين نعومتها، وتبديد حرارة التفاعل، مما يمنع احتراق الرغوة الكبيرة. تشمل عوامل النفخ الشائعة الاستخدام مذيبات منخفضة السمية وغير قابلة للاشتعال ودرجات غليان منخفضة، مثل ثنائي كلورو الميثان أو HFC-245fa. تؤدي زيادة كمية عوامل النفخ الخارجية إلى تقليل كثافة الرغوة وحمل الضغط. ومع ذلك، عند استخدام كمية أكبر من عامل النفخ، يجب أيضًا تعديل كمية المحفز لتجنب تأخير عملية المعالجة.

⑤تأثيرات المحفز

تتطلب عملية الخطوة الواحدة محفزات أكثر نشاطًا مقارنةً بطريقة البوليمر المسبق. يتكون نظام المحفز الشائع من مركبات القصدير العضوي والأمينات الثلاثية. على الرغم من استخدام ثنائي بوتيل القصدير ثنائي اللورات سابقًا، إلا أنه قد يُسبب أكسدة حرارية ويُسرّع انقسام رابطة الأثير، مما يؤدي إلى تحلل البوليمر. لذلك، يُستخدم أوكتوات القصدير بشكل شائع الآن، مما يؤدي أيضًا إلى قوة ضغط أعلى في الرغوة النهائية. يسمح المزيج المناسب من المحفزات بالتحكم في مسامية الرغوة وحجم المسام ومقاومة الضغط.

⑥مثبتات رغوة السيليكون

تُخفِّض مُثبِّتات رغوة السيليكون التوتر السطحي، مما يسمح لجدار الرغوة بالحفاظ على مرونته ومنع تمزقه. كما تُساعد على التحكم في حجم المسام وتجانسها. وهي أساسية في إنتاج رغوة البولي إيثر في خطوة واحدة. كانت المُثبِّتات الأولى عبارة عن بوليمرات كتلة من السيلوكسان والبولي أوكسي ألكيلين، والتي كانت عُرضة للتحلل المائي. أما الآن، فتتوفر منتجات أكثر ثباتًا لا تتحلل بسهولة في عملية الرغوة.

⑦الحشوات والمواد المضافة الأخرى

يمكن للحشوات، مثل كربونات الكالسيوم المترسبة أو غيرها من المواد غير العضوية، أن تُحسّن قوة ضغط الرغوات المرنة. ومع ذلك، تُعدّ هذه الطريقة أقل شيوعًا في الممارسة العملية، إذ تميل الرغوات التي تحتوي على حشوات إلى التليين بعد الاستخدام طويل الأمد بسبب التعب. يمكن إضافة إضافات أخرى، مثل مضادات الأكسدة، ومضادات الكهرباء الساكنة، ومثبطات اللهب، وممتصات الأشعة فوق البنفسجية، والأصباغ، حسب متطلبات المنتج النهائي.