En septiembre de 2021, recibimos una consulta del Sr. Abdullah en Arabia Saudita sobre una máquina de espuma continua. El cliente planeaba establecer una fábrica de espuma de PU para producir productos para los mercados local y yemení. Tenía algunos conocimientos básicos sobre el uso y la selección de máquinas.

El cliente no tenía experiencia previa en la producción de espuma, por lo que estaba especialmente preocupado por el soporte postventa y la asistencia técnica.

Comenzamos analizando el mercado objetivo del cliente (industria específica) y entendiendo los requisitos locales del producto (como la densidad de la espuma, la dureza, etc.) para confirmar las necesidades de producción del cliente.

A través de videoconferencias, guiamos al cliente a través de nuestro proceso de producción de espuma de PU, brindándole una comprensión concreta de la producción de espuma y resaltando las ventajas de conveniencia y eficiencia de nuestras máquinas en comparación con las de otros fabricantes.

Basándonos en nuestros más de 20 años de experiencia en la formación de espuma, compartimos conocimientos con el cliente sobre el uso de la máquina y los desafíos comunes en el proceso de formación de espuma, abordando cualquier inquietud técnica que el cliente pudiera haber tenido.

También proporcionamos al cliente planos de distribución de la fábrica para acelerar la instalación de toda la línea de producción de espuma y al mismo tiempo maximizar la eficiencia de la producción.

Debido al alto nivel de confianza del cliente en nuestro servicio profesional, finalmente nos eligió como su proveedor de maquinaria para espuma y luego repitió compras para una línea de producción de espuma readherida y máquinas cortadoras de espuma.

La resistencia a la compresión de una espuma está relacionada con muchos factores, como la estructura de varios segmentos de cadena que componen la espuma, los enlaces químicos entre las moléculas, la cristalinidad de los polímeros, el grado de separación de fases, la estructura de los isocianatos y la proporción de isocianatos. usado.

1  La espuma de rebote lento se forma mediante la reacción de polioles de alto peso molecular y polioles de bajo peso molecular con isocianatos. Los segmentos blandos formados por polioles de alto peso molecular tienen grandes volúmenes, bajas densidades de reticulación y alta actividad. Son fáciles de comprimir y se recuperan rápidamente una vez que se elimina la presión. Los segmentos duros formados por polioles de bajo peso molecular tienen volúmenes pequeños, altas densidades de reticulación y baja actividad. Son difíciles de comprimir y también difíciles de recuperar después de que se eliminan las fuerzas externas. Esta característica confiere a las espumas su característica de rebote lento y es la base para la fabricación de espumas de rebote lento.

Debido a que las propiedades de los segmentos blandos y duros en las espumas de rebote lento son diferentes, existe un cierto grado de separación de fases entre ellos. Si no hay separación de fases entre los segmentos, el cuerpo de espuma es un todo estrechamente unido a escala macro, lo que lleva al fenómeno de "mueve un cabello y todo el cuerpo se mueve", lo que significa que se encoge como un todo cuando se comprime y se expande cuando se libera la presión. Sin embargo, la microestructura de la espuma determina que esta situación no se pueda conseguir por completo. Especialmente en las espumas de rebote lento, varios segmentos de cadena tienen diferentes estructuras moleculares, distribuciones desiguales de peso molecular y una separación de fases inevitable. Una ligera separación de fases hace que algunos segmentos duros, debido a su baja actividad, tengan dificultades para recuperarse durante el proceso de recuperación después de que se eliminan las fuerzas externas. Estos "fugitivos" frenan más o menos la recuperación de los segmentos blandos, lo que en última instancia conduce a una contracción.

2  La cristalinidad de los segmentos duros, que es más fuerte que la de los segmentos blandos, también es una razón para una mala recuperación. Los materiales tienen compatibilidades similares, que también se aplican a las espumas de rebote lento. Debido a que los segmentos duros tienen puntos de entrecruzamiento más cercanos y densidades de entrecruzamiento más altas, es más probable que las moléculas pequeñas formadas se agreguen entre sí. Debido a la presencia de enlaces de hidrógeno, estas sustancias agregadas que contienen hidrógeno mejoran la cristalinidad del material, lo que genera mayores fuerzas de cohesión. Después de la compresión, las fuerzas externas cambian el estado de agregación de los segmentos de la cadena, lo que facilita la fusión de los grupos polares. Cuando se libera la fuerza externa, es difícil que el nuevo estado de agregación, debido a las fuertes fuerzas de cohesión, regrese al estado pretensado, lo que resulta en una contracción de las espumas de rebote lento.

3  La estructura de los isocianatos también es un factor que afecta la resistencia a la compresión de las espumas de rebote lento. El TDI se utiliza habitualmente para producir espumas de rebote lento. Debido a que los dos grupos NCO en la molécula de TDI están en las posiciones 2,4 y 2,6, tienen un cierto ángulo entre ellos, lo que los hace propensos a deformarse bajo tensión. Especialmente en condiciones de prensado en caliente, se producen deformaciones y pérdidas de calor significativas, particularmente evidentes en las espumas de copa de sujetador, lo que dificulta la recuperación de estas deformaciones.

4  El bajo índice de NCO de los isocianatos utilizados en la preparación de espumas de rebote lento también es una razón para una recuperación deficiente. El índice NCO de las espumas ordinarias suele estar por encima de 100, mientras que en las espumas de rebote lento, el índice NCO suele estar entre 85-95. Esto significa que entre el 5 y el 15% de los grupos hidroxilo no participan en la reacción. Por lo tanto, aunque la superficie de la espuma parece ser una sola entidad, internamente hay una porción considerable de segmentos de cadena que son independientes entre sí.

Soluciones para mejorar la resistencia a la compresión de espumas de rebote lento:

1.Utilice poliéter con alto contenido de EO (el llamado poliéter agente espumante) para reemplazar algo de poliéter de rebote lento.

A  El poliéter con alto contenido de EO tiene un valor de hidroxilo bajo y un peso molecular grande. Después de reaccionar con isocianatos, los segmentos formados tienen pesos moleculares mayores o cercanos a los formados cuando el poliéter ordinario reacciona con isocianatos, lo que reduce el grado de separación de fases y cristalinidad.

B  El poliéter con alto contenido de EO tiene segmentos suaves y lisos, que pueden proporcionar buenos efectos de rebote lento. Además, la adición de poliéter con alto contenido de OE puede mejorar eficazmente la resistencia a bajas temperaturas de las espumas de rebote lento.

2.Agregue una pequeña cantidad de poliéster modificado con poliéter para aumentar la fuerza cohesiva del material.

Los segmentos de poliéster, debido a la presencia de grupos éster, tienen altas fuerzas de cohesión interna y buenas propiedades de tracción y compresión, mejorando significativamente la resistencia a la compresión de las espumas de rebote lento.

3.Utilice una pequeña cantidad de poliéter de alta funcionalidad y alto peso molecular como agente reticulante y reemplace un poco de poliéter ordinario con poliéter de alta actividad para un rebote lento.

Esto altera la distribución de los segmentos de cadena, reduce el grado de separación de fases y aumenta el grado de reacción, reduciendo la cristalinidad.

4.Utilice MDI o agregue MDI a TDI.

MDI tiene una estructura diferente a la del TDI y produce espumas con mejor resistencia a la compresión y menor pérdida de calor. Si se utiliza MDI, es mejor utilizar MDI modificado (con alta ramificación y fácil cierre de células); También se puede utilizar MDI líquido, ya que es de ciclación intramolecular y más resistente a la compresión. Las espumas de rebote lento fabricadas exclusivamente con MDI tienen una resistencia a la compresión mucho mejor que la del TDI puro, y muchos fabricantes ya la están utilizando.

El chamuscado de la espuma es un fenómeno común que se encuentra en la producción real de espuma. A continuación se detallan las razones detrás de este problema junto con posibles soluciones.:

(1) Problemas con la calidad de los poliéter polioles: Durante la producción y el transporte, el contenido de agua del producto excede el estándar, hay un exceso de peróxidos e impurezas de bajo punto de ebullición, la concentración de iones metálicos es demasiado alta y hay una selección y concentración inadecuadas de antioxidantes.

(2) Formulación: En formulaciones de baja densidad, el índice TDI es demasiado alto, la proporción de agua a agentes de soplado físicos en el agente espumante es inadecuada, la cantidad de agente de soplado físico es insuficiente y hay un contenido de agua excesivo.

(3) Impacto climático: En verano, las altas temperaturas provocan una lenta disipación del calor, altas temperaturas del material, alta humedad del aire y la temperatura en el centro de reacción supera la temperatura del antioxidante.

(4) Almacenamiento inadecuado: Cuando el índice TDI aumenta, la energía térmica acumulada durante la posmaduración provoca un aumento de la temperatura interna, provocando quemaduras.

Comprender los principios detrás de las reacciones de la espuma es crucial. Para dominar la formación de espuma, debemos esforzarnos por establecer en nuestra mente un modelo de reacción de la espuma utilizando las siguientes cuatro ecuaciones de reacción. Al familiarizarnos con las variaciones dentro del modelo, cultivamos una sensibilidad que nos permite comprender todo el proceso de reacción de la espuma. Este enfoque ayuda a estructurar nuestra base de conocimientos y habilidades profesionales en espuma de poliuretano. Ya sea estudiando activamente los principios de reacción de la espuma o explorándolos pasivamente durante el proceso de formación de espuma, nos sirve como un medio vital para profundizar nuestra comprensión de las formulaciones y mejorar nuestras habilidades.

Reacción 1

TDI + Poliéter → Uretano

Reacción 2

TDI + Uretano → isocianurato

Reacción 3

TDI + Agua → Urea + Dióxido de Carbono

Reacción 4

TDI + Urea → Biuret (poliurea)

01: Las reacciones 1 y 2 son reacciones de crecimiento en cadena, formando la cadena principal de la espuma. Antes de que la espuma alcance dos tercios de su altura máxima, la cadena principal se alarga rápidamente, predominando reacciones de crecimiento en cadena dentro de la espuma. En esta etapa, debido a las temperaturas internas relativamente bajas, las reacciones 3 y 4 no son prominentes.

02: Las reacciones 3 y 4 son reacciones de reticulación, formando las ramas de la espuma. Una vez que la espuma alcanza dos tercios de su altura máxima, la temperatura interna aumenta y las reacciones 3 y 4 se intensifican rápidamente. Durante esta etapa, las reacciones 1 a 4 son vigorosas, marcando un período crítico para la formación de las propiedades de la espuma. Las reacciones 3 y 4 proporcionan estabilidad y soporte al sistema de espuma. La reacción 1 contribuye a la elasticidad de la espuma, mientras que las reacciones 3 y 4 contribuyen a la resistencia a la tracción y la dureza de la espuma.

03: Las reacciones que producen gas se denominan reacciones de formación de espuma. La generación de dióxido de carbono es una reacción espumante y la principal reacción exotérmica en la espuma de poliuretano. En los sistemas de reacción que contienen metano, la vaporización del metano constituye una reacción de formación de espuma y un proceso endotérmico.

04: Las reacciones que conducen a la formación de componentes de la espuma se conocen como reacciones de gelificación y abarcan todas las reacciones excepto las que producen gases. Esto incluye la formación de uretano, urea, isocianurato y biuret (poliurea) a partir de las reacciones 1 a 4.

¿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.