¿Cómo calcular con precisión la cantidad de isocianato (ISO) en formulaciones de poliuretano de alta resiliencia?

En el proceso de diseño y ajuste de formulaciones para espuma de poliuretano de alta resiliencia (HR), el Índice de Isocianato (Índice de Isocianato) es un parámetro crítico. Este índice afecta directamente la dureza, la densidad, la resiliencia y la condición de celda abierta o cerrada del producto final. Para controlar con precisión la calidad del producto, los formuladores deben calcular y dominar la demanda teórica de ISO del poliéter combinado (Mezcla de Polioles).

1. Definición del índice de isocianato

El índice de reacción del isocianato se define como la relación entre

Masa ISO añadida a la masa ISO teóricamente requerida, generalmente expresada como un porcentaje.

ÍNDICE = (Masa real ISO / Masa teórica ISO) × 100%

Dónde:

• Masa teórica de ISO: La masa de ISO requerida para la reacción completa con todos los componentes de hidrógeno activo en la mezcla de polioles en una relación molar estequiométrica 1:1.

• Masa real ISO: La masa ISO realmente utilizada en la formulación.

En la producción de espuma HR, el índice de reacción generalmente se establece entre 100 y 115 para asegurar una reacción completa y obtener el rendimiento requerido.

2. Parámetro principal: Demanda teórica de ISO por unidad de mezcla de poliol (RATIO)

Para simplificar el trabajo de los formuladores, introducimos un parámetro relativo llamado RATIO. Representa la masa teórica de ISO consumida por unidad de masa de la mezcla de polioles.

RELACIÓN = Masa teórica ISO / Peso total de la mezcla de polioles

Nota: “Peso total de la mezcla de polioles” se refiere a la suma de todos los componentes activos en la formulación.

3. Procedimiento de cálculo preciso para el índice RACIO e ISOCIANO

El cálculo de RATIO e INDEX se basa en la estequiometría química 1:1 entre los hidrógenos activos (ACTIVE H) y los grupos NCO.

Paso 1: Identificar todos los componentes de hidrógeno activo

Los materiales reactivos incluyen: tipos de poliéter (poliéter base, POP, polioles abrecelulares) y componentes de bajo peso molecular (agua, agentes de reticulación).

Recordatorio importante: Debe contabilizarse toda el agua, incluida el agua añadida y la humedad contenida en las materias primas.

Paso 2: Calcular la cantidad molar de hidrógenos activos (N_H)

Convierte el peso de cada material en moles de hidrógeno activo.

Para los tipos de poliéter (según el índice de hidroxilo OHV):
N_H = (peso del material en g × OHV en mgKOH/g) / 56100
(Nota: 56100 es igual a 56,1 × 1000, la cantidad de mg de KOH correspondiente a 1 mol de OH.)

Para materiales de bajo peso molecular (agua, agentes de reticulación), en función del peso molecular M y la funcionalidad F:
N_H = (peso del material en g × F) / M

Paso 3: Calcular la cantidad molar teórica total de NCO (N_NCO)

Sume los moles de hidrógeno activo del Paso 2 para obtener el total de moles de hidrógeno activo (suma N_H).
Por estequiometría 1:1:
N_NCO = suma N_H

Paso 4: Calcular la masa ISO teórica (ISO_THEORY)

Convierta la cantidad molar teórica de NCO en masa de materia prima ISO utilizando la masa molar del grupo NCO 42 g/mol y el porcentaje de NCO de la materia prima ISO.

TEORÍA_ISO (g) = (N_NCO × 42) / NCO%

Paso 5: Calcular la RELACIÓN

Divida la ISO_THEORY del Paso 4 por el peso total de todos los componentes activos (la mezcla de polioles) en la formulación.

RELACIÓN = TEORÍA_ISO / peso total de la mezcla de polioles

Paso 6: Calcular el índice de isocianato (ÍNDICE)

Utilizando la masa ISO real empleada en la formulación:

ÍNDICE = (ISO_ACTUAL / ISO_TEORÍA) × 100%

El cálculo preciso de la relación y el índice es el primer paso esencial para el diseño exitoso de formulaciones de poliuretano. Al dominar estas relaciones estequiométricas, los formuladores pueden predecir y ajustar eficazmente la dureza, la densidad y la resiliencia de la espuma, lo que garantiza un rendimiento óptimo del producto y una producción estable y económica. Solo conociendo con precisión la demanda teórica de ISO se pueden ajustar las propiedades mediante el control de la carga real de ISO (el índice).