¿Cómo diseñar formulaciones para espuma de poliuretano flexible?

Para comenzar a diseñar una formulación flexible de espuma de poliuretano, el primer paso es determinar la densidad de espuma objetivo. Basado en la densidad deseada (utilizada para estimar inicialmente la cantidad de agente de soplado), por ejemplo, si produce espuma estándar con una densidad de 30 kg/m³, la cantidad de agente de soplado se calcula utilizando un factor promedio de 95/30 = 3.166666, es decir, aproximadamente 3.17. Esto debe verificarse con una muestra de laboratorio. Una formulación básica podría verse así:

Polyether 3000: 80 partes (56×0.155×0.8 = 6.944)

 Polyether 2045 (pop): 20 partes (28×0.155×0.2 = 0.868)

 Agua: 3.17 partes (3.17×9.667 = 30.644)

 Aceite de silicona: 1.1 partes

 A33: 0.31 partes

 T9: 0.22 partes

 Cantidad de TDI: (6.944 + 0.868 + 30.644) = 38.456 × índice = 42.30

Esta formulación usa solo agua como agente de soplado químico. Sin embargo, la espuma resultante puede no cumplir con los requisitos del cliente en términos de suavidad o resistencia a la lágrima. Por lo tanto, a menudo se agrega un agente de soplado físico. Cuando el índice de espuma total es 3.17 y el agua se usa en 1.17, las 2 partes restantes del índice se componen usando MC (cloruro de metileno), calculadas como:

MC = 2 × 9 = 18 partes

 Formulación revisada:

 Polyether 3000: 80 partes (6.944)

 Polyether 2045 (POP): 20 partes (0.868)

 Agua: 1.17 partes (11.3104)

 Aceite de silicona: 1.1 partes

 A33: 0.31 partes

 T9: 0.22 partes

 MC: 18 partes

 Cantidad de TDI: (6.944 + 0.868 + 11.3104) = 19.1224 × índice = 21.03

1. Espuma por lotes:

 La espuma por lotes es el método original para probar las propiedades de espuma y el comportamiento de reacción. Precede la escala de las líneas de producción. En comparación con la espuma de la máquina, la espuma por lotes difiere en escala, reactividad, mezcla de uniformidad y distribución celular. Estas diferencias conducen a variaciones esperadas en el rendimiento de la espuma. Una formulación de control a menudo se usa para minimizar los errores experimentales causados ​​por diferencias sutiles en las condiciones de mezcla o gas.

Condiciones de espuma por lotes, procedimientos y precauciones:

(1) Materias primas:

 a. Poliéter poliols

 b. Aceite de silicona

 do. Mezcla de agua amina (catalizador)

 d. Agentes de soplado (químico y físico)

 mi. Catalizador de estaño (octoato estannoso + poliol u otros)

 F. TDI (80/20)

(2) Preparación:

Prepare los seis componentes anteriores (agregue agentes para colorear si es necesario) y garantice el control de temperatura.

 a. Poliol: pre-mezclado o listo para mezclar

 b. Aceite de silicona: pre-medido

 do. Amina: mezcla de amina terciaria (por ejemplo, Teda + Diol en la relación 33:67)

 d. Agentes de soplado: MC y agua previa a la medición

 mi. Catalizador de estaño: debe prepararse como soluciones de 5% o 10% debido a una alta actividad

 F. TDI (80/20): medido y precalentado con precisión

(3) Cálculo de TDI:

La dosis de espuma de espuma banual se basa en 100 partes de poliol.

TDI (80/20) = [(Valor Polyol OH × WT / 56100) + (agua WT / 9)] × 4200 / 48.3 × Índice

Ejemplo:

Polyol: 100, MC: 5

Aceite de silicona: 1.3, catalizador de estaño: 0.3

H₂O: 4.5, L-580: 0.19, TDI: X, A33: 0.03, índice = 1.1

X = [(56×100/56100 + 4.5/9)×4200/48.3]×1.1 = 57.37

(4) Condiciones de espuma:

Mantener la temperatura a 23±1°C y humedad al 50% para la espuma estable.

Diagrama esquemático de la máquina de espuma por lotes

(5) Procedimiento de espuma:

Agregue la cantidad requerida de poliol al recipiente, luego agregue y revuelva el aceite de silicona y el agua amina durante 45 segundos. Ajustar la temperatura. Medir y mezclar agentes de soplado; Compensar por la pérdida de MC debido a la evaporación. Agregue el catalizador de estaño y revuelva durante 10 segundos al 3000–4000 rpm. Luego agregue TDI, revuelva durante 7 segundos y vierta en moho. Limpie la batidora inmediatamente después. La expansión de la espuma ocurre rápidamente—Tiempo de aumento del registro. Deje que la espuma se cure durante 24 horas.

La secuencia de espuma se muestra en la figura a continuación

2. Espuma continua:

Actualmente, la línea de producción continua se utiliza principalmente en China para producir espuma de bloque flexible.

Diagrama esquemático de la máquina de espuma continua

3. Datos de espuma para MN-3050 poliéter:

Polyether MN-3050 es el poliéter más representativo para la espuma flexible horizontal.

Ejemplo de tabla de datos de espuma:

La figura (1) muestra la relación entre el catalizador de estaño y el tiempo de elevación

Figuras (2–4) Muestre la relación entre S.O (X1/100) y Airflow (CC/CM²/segundo)

De las figuras (1) a (4), se sabe:

 ① Como el catalizador de estaño aumenta, el flujo de aire disminuye

② Con la misma cantidad de catalizador de estaño, más agente de soplado H2O aumenta el flujo de aire

③ Con la misma cantidad de catalizador de estaño, más MC aumenta el flujo de aire

Cuando aumenta el catalizador de estaño, la resinificación ocurre durante la gasificación, fortaleciendo la membrana celular de espuma. El gas se vuelve más difícil de liberar, reduciendo el flujo de aire. Con más agua, la gasificación mejora y el aire se escapa más fácilmente, mientras que la densidad de espuma también disminuye. Por lo tanto, ambos contribuyen al aumento del flujo de aire.

Con respecto al efecto del índice TDI-80/20, se explica en la sección del índice y se omite aquí.

Densidad:

La densidad de espuma cambia significativamente con la cantidad de agua y MC. A medida que aumenta la cantidad, la densidad disminuye.

La relación entre el catalizador de estaño y la densidad de espuma se muestra en función de la cantidad de agente de soplado. En figuras (5) a (10):

Figura (5) MC = 3.0 (agua = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (6) MC = 6.0 (agua = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (7) MC = 9.0 (agua = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (8) Agua = 4.0 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

Figura (9) agua = 4.5 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

Figura (10) Agua = 5.0 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

De las figuras (5) a (10), está clara:

① Como aumenta la cantidad de H2O y MC, la densidad de espuma disminuye.

② El creciente catalizador de estaño también disminuye ligeramente la densidad, mostrando que el estaño ayuda a la gasificación incluso en pequeñas cantidades.

La relación entre las cantidades de H2O y MC y la densidad de espuma se muestra en la Figura (11).

Dureza de espuma

La dureza de la espuma es el requisito de propiedad más importante. Está influenciado por varios factores. La relación entre la dureza de la espuma y el catalizador de H2O, MC y estaño se detalla en las figuras (12)–(17):

Figura (12) H2O = 4.0 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

Figura (13) H2O = 4.5 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

Figura (14) H2O = 5.0 (MC = 3.0, 6.0, 9.0)

Figura (15) MC = 3.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (16) MC = 6.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (17) MC = 9.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

De figuras (12)–(17):

 ① El catalizador de estaño más alto aumenta la dureza debido a una mayor reticulación durante la espuma. Sin embargo, debido a las restricciones en el uso de estaño (para mantener la transpirabilidad), Don’T depende demasiado de ello para la dureza.

 ②at agua fija, el aumento de MC reduce la dureza—Esto se debe a una menor densidad de espuma.

 ③ En MC fijo, aumentar el agua no cambia significativamente la dureza. Esto se debe a que aunque se forman más enlaces de urea (aumento de la dureza), la densidad de espuma disminuye, equilibrándose mutuamente.

La relación entre densidad y dureza con agua como parámetro se muestra en la figura (18).

La relación entre el uso de MC y las propiedades de espuma (densidad, dureza) se muestra en la Figura (19). A partir de esto, puede determinar el H2O y MC requeridos para lograr las propiedades deseadas.

Sin embargo, estos gráficos se basan en condiciones específicas. Cuando las condiciones de espuma cambian, la relación entre la cantidad de agente de soplado y las propiedades de espuma también cambia.

Alargamiento

La relación entre el catalizador de estaño y el alargamiento se muestra en las figuras (20)–(22):

Figura (20) MC = 3.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (21) MC = 6.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

Figura (22) MC = 9.0 (H2O = 4.0, 4.5, 5.0)

Figuras 20–22

De las figuras (20)–(22):

A medida que aumenta el catalizador de estaño, la alargamiento tiende a aumentar debido a una mayor resinificación. Especialmente a niveles bajos de estaño, las diferencias son más obvias.

Las diferencias del nivel del agua muestran alguna variación pero no significativa.

Incluso para el mismo poliéter, la alargamiento varía con las estaciones, lo que se explicará más adelante. Esto se atribuye a los efectos de temperatura y almacenamiento del medio de gas.

Resistencia a la tracción

La relación entre el catalizador de estaño y la resistencia a la tracción se muestra en la Figura (23) (MC = 3). De la figura (23):

 A medida que aumenta el catalizador de estaño, la resistencia a la tracción tiende a aumentar.

 Las diferencias causadas por el nivel del agua no se pueden concluir en función de este resultado.

Fuerza de la lágrima

La resistencia a la rotura se muestra en la figura (24).

La resistencia a la rotura tiende a aumentar con niveles más altos de H2O.

Figuras 23–24

Resiliencia

Los datos de elasticidad se muestran en la Figura (25) (MC = 3.0):

① Los niveles más altos de H2O reducen la resiliencia.

② El catalizador de estaño más alto también reduce la resiliencia.

La resiliencia también está relacionada con la transpirabilidad de espuma. En general, un buen flujo de aire significa una mejor elasticidad. La transpirabilidad de espuma se ve fácilmente afectada por el tipo y la cantidad de tensioactivo de silicona, por lo que la selección es importante.

Compresión

La relación entre el catalizador de estaño y el conjunto de compresión se muestra en la Figura (26) (MC = 3):

① Como el catalizador de estaño aumenta, el conjunto de compresión empeora.

② Los niveles de H2O más altos también empeoran el conjunto de compresión.

Especialmente con alto H2O, el conjunto de compresión se deteriora. Entonces, tenga cuidado al producir espuma de baja densidad.