¿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 espumas de poliuretano de alta resiliencia (HR), el índice de isocianato (Índice de isocianato) es un parámetro crítico. Afecta directamente la dureza, la densidad, la resiliencia y el estado de celda abierta o cerrada de la espuma. Para controlar con precisión la calidad del producto, los formuladores deben calcular y dominar la demanda ISO teórica 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, normalmente expresada como porcentaje.

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

Dónde:

• Masa teórica ISO: La masa de ISO necesaria para la reacción completa con todos los componentes de hidrógeno activo en la mezcla de poliol en una relación molar estequiométrica de 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 garantizar una reacción completa y obtener el rendimiento requerido.

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

Para simplificar el trabajo de los formuladores, introducimos un parámetro relativo llamado RATIO. Este representa la masa ISO teórica 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 la relación y el índice de isocianato

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

Paso 1: Identificar todos los componentes de hidrógeno activo

Los materiales reactivos incluyen: tipos de poliéter (poliéter base, POP, polioles abridores de celdas) y componentes de bajo peso molecular (agua, reticulantes).

Recordatorio importante: Se debe contabilizar toda el agua, incluida el agua agregada 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 tipos de poliéter (según el valor de hidroxilo OHV):
N_H = (peso del material en g × OHV en mgKOH/g) / 56100
(Nota: 56100 equivale a 56,1 × 1000, la cantidad de mg de KOH corresponde a 1 mol de OH).

Para materiales de bajo peso molecular (agua, reticulantes), 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 los moles totales 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 NCO% de la materia prima ISO.

TEORÍA ISO (g) = (N_NCO × 42) / NCO%

Paso 5: Calcular la RATIO

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 utilizada 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, garantizando un rendimiento óptimo del producto y una producción estable y económica. Solo con base en una demanda ISO teórica precisa se pueden ajustar las propiedades mediante el ajuste controlado de la carga ISO real (el Índice).