Muchos factores afectan el proceso de formación de espuma y la calidad del producto final cuando se fabrica espuma flexible de poliuretano. Entre ellos, los factores ambientales naturales como la temperatura, la humedad del aire y la presión atmosférica desempeñan un papel crucial. Estos factores influyen significativamente en la densidad, dureza, tasa de alargamiento y resistencia mecánica de la espuma.

1. Temperatura:

La reacción de formación de espuma de poliuretano es muy sensible y la temperatura es un factor de control clave. A medida que aumenta la temperatura del material, la reacción de formación de espuma se acelera. En formulaciones sensibles, las temperaturas excesivamente altas pueden presentar riesgos como quemaduras e ignición del núcleo. Generalmente, es esencial mantener temperaturas constantes para los componentes de poliol e isocianato. El aumento de la temperatura conduce a una correspondiente disminución de la densidad de la espuma durante la formación de espuma.

Particularmente en verano, las temperaturas elevadas aumentan la velocidad de reacción, lo que resulta en una disminución de la densidad y dureza de la espuma, una mayor tasa de alargamiento y una mayor resistencia mecánica. Para contrarrestar la reducción de la dureza, es aconsejable ajustar el índice TDI. Los fabricantes deben ajustar los parámetros del proceso de acuerdo con las variaciones de temperatura estacionales y regionales para garantizar la estabilidad de la calidad del producto.  

2. Humedad del aire:

La humedad del aire también afecta el proceso de formación de espuma de la espuma flexible de poliuretano. Una humedad más alta provoca reacciones entre los grupos isocianato de la espuma y la humedad del aire, lo que reduce la dureza del producto. Aumentar la dosis de TDI durante la formación de espuma puede compensar este efecto. Sin embargo, la humedad excesiva puede elevar las temperaturas de curado, lo que podría provocar que el núcleo se queme. Los fabricantes deben ajustar cuidadosamente las formulaciones y los parámetros del proceso de espuma en ambientes húmedos para garantizar la calidad y estabilidad del producto.

3. Presión atmosférica:

La presión atmosférica es otro factor que influye, especialmente en zonas a diferentes altitudes. El uso de la misma formulación a mayores altitudes da como resultado una densidad del producto de espuma relativamente menor. Esto se debe a las variaciones de presión atmosférica que afectan la difusión y expansión del gas durante la formación de espuma. Los fabricantes que operan en regiones de gran altitud deben tomar nota de esto y es posible que deban ajustar las formulaciones o los parámetros del proceso para cumplir con los requisitos de calidad.

En conclusión, los factores ambientales naturales impactan significativamente el proceso de formación de espuma y la calidad del producto final de la espuma flexible de poliuretano. Los fabricantes deben ajustar los parámetros del proceso en función de las condiciones estacionales, regionales y ambientales para garantizar una densidad, dureza y resistencia mecánica estables de la espuma, satisfaciendo las demandas y estándares de los clientes.

1. Poliéter

El poliéter, como materia prima principal, reacciona con el isocianato para formar uretano, que es la reacción esquelética de los productos de espuma. Cuando el peso molecular aumenta con la misma funcionalidad, la resistencia a la tracción, el alargamiento y la resiliencia de la espuma aumentan, mientras que la actividad de reacción de poliéteres similares disminuye. Con el mismo valor equivalente (peso molecular/funcionalidad), un aumento en la funcionalidad acelera la reacción, aumenta el grado de reticulación del poliuretano, aumenta la dureza de la espuma y reduce el alargamiento. La funcionalidad media de los polioles debería ser superior a 2,5; si es demasiado bajo, la recuperación del cuerpo de espuma después de la compresión es deficiente.

Si la cantidad de poliéter utilizada es alta, equivalente a una reducción en otros materiales (TDI, agua, catalizadores, etc.), es fácil provocar que los productos de espuma se agrieten o colapsen. Si la cantidad de poliéter utilizada es baja, el producto de espuma tiende a ser duro, con elasticidad reducida y mal tacto.

2. Agente espumante

Generalmente, cuando se producen bloques de poliuretano con una densidad superior a 21, solo se utiliza agua (agente espumante químico) como agente espumante. Los compuestos de bajo punto de ebullición, como el cloruro de metileno (MC), se utilizan como agentes espumantes auxiliares en fórmulas de baja densidad o fórmulas ultrablandas.

Los agentes espumantes auxiliares reducen la densidad y dureza de la espuma. Dado que absorben parte del calor de la reacción, el curado se ralentiza, lo que requiere un aumento en la cantidad de catalizador. Al absorber calor se evita el peligro de quemar el núcleo.

La capacidad de formación de espuma se puede expresar mediante el índice de formación de espuma (el número de partes de agua o número equivalente de agua utilizado por 100 partes de poliéter):

IF = m (agua) + m (F-11) / 10 + m (MC) / 9 (100 partes de poliéter)

El agua, como agente espumante, reacciona con el isocianato para formar enlaces de urea y libera una gran cantidad de CO2 y calor. Es una reacción de crecimiento en cadena. El exceso de agua reduce la densidad de la espuma y aumenta la dureza. Sin embargo, también reduce el tamaño y la resistencia de los poros de la espuma, lo que reduce su capacidad de carga y los hace propensos a colapsar o agrietarse. Un mayor consumo de TDI provoca una mayor liberación de calor y un mayor riesgo de quema del núcleo. Si la cantidad de agua excede las 5,0 partes, se deben agregar agentes espumantes físicos para absorber parte del calor y evitar que el núcleo se queme. Menos agua significa una reducción correspondiente en la cantidad de catalizador utilizado, pero aumenta la densidad.

3. Catalizador

Amina: Generalmente se utiliza A33, que promueve la reacción entre isocianato y agua, ajustando la densidad de la espuma, la velocidad de apertura de las burbujas, etc., promoviendo principalmente reacciones de formación de espuma.

Demasiada amina: el producto de espuma se agrieta y aparecen agujeros o burbujas en la espuma; Muy poca amina: la espuma se encoge, cierra los poros y el fondo del producto de espuma se vuelve espeso.

Estaño: normalmente se utiliza octoato de estaño (II) (T-9); El óxido de estaño (IV) (T-19) es un catalizador de reacción de gel altamente activo, que promueve principalmente la reacción de gel, es decir, la reacción de la etapa posterior.

Demasiado estaño: gelificación rápida, mayor viscosidad, poca resiliencia, mala permeabilidad al aire, lo que conduce al fenómeno de celda cerrada. Aumentar adecuadamente su dosis puede obtener buenos plásticos de espuma de células abiertas con relajación; aumentar aún más la dosis hace que la espuma se vuelva gradualmente más densa, lo que provoca una contracción y células cerradas.

Demasiado poco estaño: gelificación insuficiente, lo que provoca grietas durante la formación de espuma. Pueden existir grietas en los bordes o tapas, con rebabas y mala consolidación. Reducir la amina o aumentar el estaño puede aumentar la resistencia de la película de espuma de polímero cuando se genera una gran cantidad de gas, reduciendo así los fenómenos de hueco o agrietamiento.

El hecho de que los plásticos de espuma de poliuretano tengan una estructura celular abierta o cerrada ideal depende principalmente de si la velocidad de reacción del gel y la velocidad de expansión del gas están equilibradas durante la formación de la espuma. Este equilibrio se puede lograr ajustando los tipos y cantidades de catalizadores de amina terciaria y estabilizadores de espuma en la fórmula.

4. Estabilizador de espuma (aceite de silicona)

Los estabilizadores de espuma son un tipo de tensioactivo que dispersa bien la poliurea en el sistema de espuma, actuando como "puntos de reticulación física" y aumentando significativamente la viscosidad inicial de la mezcla de espuma, evitando el agrietamiento. Por un lado, tiene un efecto emulsionante, potenciando la miscibilidad entre los componentes del material espumoso. Por otro lado, la adición de tensioactivos de silicio orgánico puede reducir la tensión superficial del líquido, reducir la energía libre requerida para la dispersión del gas, hacer que el aire dispersado en las materias primas se nucle más fácilmente durante la agitación y la mezcla, facilitar la producción de burbujas finas, ajuste el tamaño de los poros de la espuma, controle la estructura de las células de la espuma y mejore la estabilidad de la espuma. Previene el colapso o estallido de burbujas, hace que las paredes de la espuma sean elásticas, controla el tamaño de los poros y la uniformidad de la espuma. Generalmente, cuanto más agente espumante y POP se utilicen, mayor será la cantidad de aceite de silicona utilizada.

Uso elevado: aumenta la elasticidad de las paredes de espuma en la etapa posterior, haciéndolas menos propensas a estallar, lo que resulta en poros más pequeños y células cerradas.

Bajo uso: La espuma estalla, colapsa después de formar espuma, tamaño de poro más grande y fácil formación de espuma.

5. Influencia de la temperatura

La reacción de formación de espuma del poliuretano se acelera con un aumento en la temperatura del material, lo que puede representar un riesgo de quema e ignición del núcleo en formulaciones sensibles. Generalmente, las temperaturas de los componentes poliol e isocianato se mantienen constantes. Al formar espuma, la densidad de la espuma disminuye a medida que aumenta la temperatura del material. Con la misma fórmula, si la temperatura sigue siendo la misma pero la temperatura ambiente es alta en verano, la velocidad de reacción aumenta, lo que provoca una disminución de la densidad y dureza de la espuma, un aumento del alargamiento y un aumento de la resistencia mecánica. En verano, se puede aumentar adecuadamente el índice TDI para corregir la disminución de la dureza.

6. Influencia de la humedad del aire

Al aumentar la humedad, el isocianato de la espuma reacciona con la humedad del aire, provocando una disminución de la dureza. Por lo tanto, al formar espuma, la cantidad de TDI se puede aumentar apropiadamente. La humedad excesiva puede hacer que la temperatura de curado aumente demasiado, provocando que el núcleo se queme.

7. Influencia de la presión atmosférica

Con la misma fórmula, la formación de espuma en áreas de gran altitud da como resultado una menor densidad del producto de espuma.

El cambio químico es el proceso de producción de nuevas sustancias después de que los grupos moleculares de varios reactivos interactúan entre sí. Muchas propiedades de las sustancias están determinadas por sus estructuras moleculares, y comprender las estructuras moleculares y de grupo de los reactivos de poliuretano es instructivo para la producción.

Los principales indicadores del retardo de llama estándar británico son generalmente tres: pérdida de peso térmica (la masa perdida cuando el tamaño específico de esponja se calienta a una temperatura específica durante un tiempo específico, donde valores más pequeños indican una mejor estabilidad térmica); densidad del humo (la cantidad de humo que se genera cuando se quema la espuma, lo que indica la facilidad con la que la luz pasa a través del humo, siendo mejor una cantidad menor de humo); y facilidad de combustión (cuanto más difícil es encender, con subdivisiones adicionales basadas en el tiempo de ignición y la velocidad de combustión).

El TDI (diisocianato de tolueno) tiene un anillo de benceno, el MDI (diisocianato de difenilmetano) tiene dos anillos de benceno y el MDI crudo tiene múltiples anillos de benceno. Los anillos de benceno son sustancias muy estables y requieren una gran cantidad de energía (energía de disociación del enlace) para romperse. A medida que aumenta el número de anillos de benceno, aumenta la estabilidad térmica de la espuma (MDI crudo > MDI > TDI), lo que hace que sea menos probable que se descomponga cuando se calienta. Con más anillos de benceno, hay más átomos de carbono en la molécula, lo que produce más humo cuando no se quema por completo (MDI crudo > MDI > TDI). De lo anterior, se puede concluir que cuando una fórmula disminuye la cantidad de TDI y aumenta la cantidad de MDI, se mejorará la estabilidad térmica de la espuma. Es probable que el índice de pérdida de peso térmica supere la prueba estándar británica, pero aumentará la densidad del humo, que no es fácil de superar. En este punto, es aconsejable aumentar adecuadamente la cantidad de cianurato de melamina para reducir la densidad del humo.

Cuanto mayor sea el peso molecular del poliéter, peor será la estabilidad térmica, pero mejor será la resistencia al fuego. En la producción de espuma retardante de llama de alto rebote, la cantidad de retardante de llama agregada es sólo dos tercios de la de la espuma retardante de llama de densidad regular, sin embargo, la retardancia de llama sigue siendo muy buena y no se inflama. Sin embargo, es más difícil que la espuma retardante de llama de alto rebote pase la prueba estándar británica que la espuma normal (la pérdida de peso térmica es difícil de pasar).

Los retardantes de llama no son muy estables cuando se calientan. Dado que la prueba estándar británica enfatiza la pérdida de peso térmica, la cantidad de retardante de llama en la fórmula es el mínimo requerido para pasar la prueba de retardo de llama.

Cuando tanto el TDI como el contenido de agua en la fórmula disminuyen mientras el contenido de metano aumenta, es menos probable que la espuma se encienda. La disminución de las propiedades intrínsecas debido a la reducción de segmentos duros da como resultado una menor estabilidad térmica, reduciendo así la capacidad de superar el índice de pérdida de peso térmica.

Cuando la densidad de la espuma disminuye, el contenido de TDI aumenta y aumentan tanto la densidad del humo como la estabilidad térmica.

Los materiales inorgánicos como el carbonato de calcio y el sulfato de bario no se descomponen cuando se calientan durante las pruebas estándar británicas, pero su adición no mejora las propiedades de la espuma, por lo que no se utilizan en la fórmula estándar británica.

B Además de seleccionar las materias primas, lograr un equilibrio también es crucial para cumplir con los estándares británicos. Por ejemplo, tanto el TDI como los retardantes de llama, si se administran en exceso o en poca cantidad, dificultan la aprobación de la prueba. La espumación es una ciencia equilibrada, ajustar la fórmula es buscar el equilibrio y seleccionar las materias primas también es buscar el equilibrio.

La reacción de la espuma de PU se basa en dos componentes químicos principales: poliéter polioles e isocianatos, junto con otros aditivos como agua, diclorodifluorometano, estabilizadores de espuma y catalizadores. Estos materiales se mezclan instantánea y vigorosamente, reaccionando para formar espuma, proceso que genera una cantidad considerable de calor.

La espuma plástica es un material poroso con una gran superficie. Mientras que el calor generado en los bordes de la espuma puede disiparse, el calor en la parte central, debido al efecto aislante de la espuma, es más difícil de eliminar. En una reacción típica, el calor liberado eleva la temperatura del centro del bloque de espuma para lograr el curado. Se ha observado que entre 2 y 6 horas después de la formación de espuma, las temperaturas pueden aumentar a 140-160 ° C, y a veces incluso más alto, alrededor 180 ° C. Si la temperatura continúa aumentando, puede provocar quemaduras en el núcleo, humo e incluso combustión espontánea.

Además, la exposición prolongada de la espuma de poliuretano a la luz solar puede desencadenar una reacción de autooxidación, provocando degradación, decoloración, fragilidad y disminución de las propiedades físicas del polímero, dejándolo inutilizable. Desde la industrialización del poliuretano, la quema del núcleo y el envejecimiento han sido temas candentes de investigación y preocupación en la industria del poliuretano.

Los antioxidantes son aditivos cruciales en la producción de espuma de poliuretano. Los antioxidantes adecuados previenen la descomposición de los polioles, reducen la formación de subproductos, disminuyen el riesgo de quema del núcleo y pueden retrasar el envejecimiento oxidativo térmico durante el uso del producto, extendiendo así su vida útil. Los antioxidantes comúnmente utilizados para la espuma de PU suelen ser líquidos y se dividen en tres categorías: aminas aromáticas (como el 5057), fenoles impedidos (como el 1135) y ésteres de fosfito (como el PDP). Para aplicaciones con requisitos de color bajos, generalmente se usa una combinación de aminas aromáticas y fenoles impedidos, mientras que las aplicaciones con requisitos de color más altos pueden usar una combinación de fenoles impedidos y ésteres de fosfito.

Además, si los productos se exponen con frecuencia a la luz solar, se debe agregar una cierta cantidad de estabilizadores UV para mejorar la vida útil y la resistencia al amarilleo. Los estabilizadores UV se componen principalmente de absorbentes UV y estabilizadores de luz de aminas impedidas (HALS). Los absorbentes de rayos UV, como los benzotriazoles, las benzofenonas y las triazinas, absorben la radiación UV dañina y la convierten en calor mediante la transferencia de enlaces de hidrógeno intramoleculares o la isomerización cis-trans. HALS se refiere a aminas con dos grupos metilo en cada uno. α -átomo de carbono, que, tras la fotooxidación, se transforma en radicales nitrosos. Estos radicales se consideran componentes estables que pueden capturar radicales libres y regenerar radicales nitrosos al reaccionar con radicales peróxido. Los agentes bloqueadores de rayos UV incluyen negro de carbón, óxido de zinc, dióxido de titanio y otros pigmentos, que se utilizan como colorantes. Estos agentes utilizan su alta dispersabilidad y poder cubriente para reflejar la dañina radiación UV, protegiendo el polímero.

¿Alguna vez te has preguntado cómo se forma la espuma plástica de poliuretano? En el artículo anterior, revelamos las reacciones básicas detrás de esto: isocianatos, poliéter (o poliéster) polioles y agua, todos trabajan juntos para crear esta sustancia mágica. Entonces, ¿significa esto que en la producción real sólo necesitamos estas tres materias primas? La respuesta está lejos de serlo. En nuestro proceso de producción real, para controlar con mayor precisión la velocidad de reacción y producir productos con un rendimiento excelente, a menudo necesitamos aprovechar el poder de varios aditivos. Estos aditivos no sólo tienen una amplia gama de aplicaciones, sino que también pueden desempeñar un papel muy importante a la hora de hacer que nuestro proceso de producción sea más eficiente y estable.

Tensioactivos/Aceite de Silicona

Los tensioactivos, también conocidos como aceite de silicona, también se denominan estabilizadores de espuma. En el proceso de producción de espuma de poliuretano su papel es crucial. La función básica del aceite de silicona es reducir la tensión superficial del sistema de formación de espuma, mejorando así la miscibilidad entre los componentes, ajustando el tamaño de las burbujas, controlando la estructura de las burbujas y mejorando la estabilidad de la espuma. Además, también tiene la responsabilidad de evitar el colapso de la espuma. Por tanto, podemos decir que el aceite de silicona juega un papel indispensable en la producción de espuma de poliuretano.

catalizadores

Los catalizadores desempeñan un papel crucial en el proceso de síntesis del poliuretano, principalmente al acelerar la reacción entre isocianatos, agua y polioles. Esta reacción es una reacción de polimerización típica. Sin la presencia de catalizadores, esta reacción puede transcurrir muy lentamente o incluso no transcurrir en absoluto. Actualmente, los catalizadores disponibles en el mercado se dividen principalmente en dos tipos: catalizadores de amina y catalizadores de metales orgánicos. Los catalizadores de amina son compuestos basados ​​en átomos de nitrógeno, que pueden promover eficazmente la reacción de polimerización del poliuretano. Por el contrario, los catalizadores metálicos orgánicos son compuestos que influyen especialmente en la reacción entre polioles e isocianatos en la formación de poliuretano, normalmente compuestos organoestaño. La característica de estos catalizadores radica en su capacidad para controlar con precisión el proceso de reacción, dando como resultado un producto final más uniforme y estable.

Agentes espumantes

Los agentes espumantes son sustancias que generan gas durante la reacción del poliuretano y ayudan a formar espuma. Dependiendo de la forma en que se genera el gas, los agentes espumantes generalmente se dividen en agentes espumantes químicos y agentes espumantes físicos. Los agentes espumantes químicos se refieren a sustancias que sufren cambios químicos durante la reacción, generan gas y promueven la formación de espuma. Muchas sustancias comunes en nuestra vida diaria son en realidad agentes químicos espumantes, como el agua. Los agentes espumantes físicos, por otro lado, son sustancias que generan gas por medios físicos. Por ejemplo, el diclorometano (MC) es un agente espumante físico común.

Otros aditivos

Depender únicamente de materias primas básicas está lejos de ser suficiente para que los productos tengan un rendimiento excepcional. Para satisfacer diversas necesidades, se incorporan inteligentemente otros aditivos al proceso de producción y no se debe subestimar su función. Por ejemplo, los retardantes de llama pueden agregar resistencia a las llamas a los productos, los agentes reticulantes pueden mejorar su estabilidad, los colorantes y cargas pueden dar a los productos una apariencia y textura más coloridas, y varios otros aditivos con diferentes funciones también desempeñan su papel. Son estos aditivos cuidadosamente seleccionados los que mejoran de manera integral el rendimiento de los productos y brindan a los usuarios una mejor experiencia de uso.