La espuma de poliuretano (espuma de PU) consiste principalmente en poliuretano como componente principal. Las materias primas incluyen principalmente poliisocianatos y polioles, con la adición de diversos aditivos, los más importantes de los cuales son una serie de agentes espumantes relacionados con el proceso de formación de espuma. Estos aditivos conducen a la producción de una cantidad significativa de espuma dentro del producto de reacción, dando como resultado productos de espuma de poliuretano. Este artículo proporciona una breve descripción de las materias primas utilizadas en la producción de espuma de PU y los agentes espumantes.


1.Poliisocianatos


Los poliisocianatos más utilizados en la producción industrial de espumas de poliuretano incluyen diisocianato de tolueno (TDI), isocianato de polimetileno-polifenilo (PAPI), diisocianato de difenilmetano (MDI) y MDI líquido (L-MDI).



TDI


El TDI se utiliza principalmente en la producción de espumas flexibles de poliuretano. El MDI tiene mayor reactividad que el TDI, menor volatilidad y algunas formas modificadas de MDI pueden usarse como sustitutos del TDI en la producción de espumas flexibles de poliuretano, incluida la espuma de poliuretano de alta densidad y la fabricación de elastómeros de poliuretano semirrígidos o microcelulares.


El PAPI, también conocido como MDI crudo o MDI polimerizado, normalmente tiene un peso molecular promedio que oscila entre 30 y 400, con un contenido de NCO del 31 % al 32 %. En el campo de las espumas plásticas, el PAPI y el PAPI modificado se utilizan principalmente para producir diversas espumas rígidas de poliuretano, y algunas también se utilizan en la producción de espumas flexibles de alto rebote, espumas de revestimiento integral y espumas semirrígidas. PAPI se puede mezclar con TDI para fabricar espumas plásticas de alto rebote y curado en frío.


2. Poliéter y polioles de poliéster


2.1 Poliéter polioles


Los polieterpolioles utilizados para la producción de espumas flexibles de poliuretano son generalmente poliéteres de cadena larga y de baja funcionalidad. En la formulación de espumas flexibles, la funcionalidad de los poliéter polioles suele estar entre 2 y 3, con un peso molecular promedio que oscila entre 2000 y 6500. Los trioles de poliéter se utilizan más comúnmente en espumas flexibles, típicamente iniciadas con glicerol (propano-1,2,3-triol) y obtenidas mediante polimerización con apertura de anillo con 1,2-epoxipropano o copolimerización con una pequeña cantidad de óxido de etileno, con un peso molecular que generalmente cae dentro del intervalo de 3000 a 7000.



Poliéter polioles


Los poliéter polioles de alta actividad se utilizan principalmente para espumas flexibles de alto rebote y pueden usarse en la producción de espumas semirrígidas y otros productos de espuma. Algunos poliéter dioles se pueden utilizar como materiales auxiliares, mezclados con poliéter trioles en formulaciones de espuma flexible. Los poliéter polioles de baja insaturación y alto peso molecular se utilizan para la producción de espumas blandas, lo que reduce la cantidad de TDI requerida.


Los poliéter polioles usados ​​en formulaciones de espuma rígida son generalmente poliéter polioles de alta funcionalidad y alto valor de hidroxilo para lograr suficiente reticulación y rigidez. El valor de hidroxilo de los poliéter polioles para formulaciones de espuma rígida suele estar en el intervalo de 350 a 650 mg de KOH/g, con una funcionalidad promedio de 3 o superior. Las formulaciones de espuma rígida suelen utilizar una combinación de dos tipos de poliéter polioles, con un valor de hidroxilo promedio de alrededor de 4000 mg de KOH/g.


Las formulaciones de espuma semirrígida a menudo utilizan algunos poliéteres de alto peso molecular, especialmente poliéter trioles de alta actividad, y algunos poliéter polioles de alta funcionalidad y bajo peso molecular de formulaciones de espuma rígida.

2.2 Polioles de poliéster


Para la producción de espumas flexibles de poliuretano a base de poliéster se pueden utilizar poliésterpolioles alifáticos de baja viscosidad, como hexanodioladipatodioles con un índice de hidroxilo de aproximadamente 56 mg de KOH/g, o poliésterpolioles ligeramente ramificados. Los polioles de poliéster tienen una alta reactividad. Actualmente, la espuma de poliuretano en bloque fabricada a partir de poliéster sólo se utiliza en unos pocos campos, como por ejemplo como material auxiliar para la confección.



Polioles de poliéster


Los poliésterpolioles aromáticos, sintetizados a partir de ácidos dicarboxílicos (como anhídrido ftálico, ácido tereftálico, etc.) y dioles de molécula pequeña (como etilenglicol, etc.) o polioles, se utilizan para producir espumas rígidas de poliuretano y espumas rígidas de poliisocianurato. Los poliésterpolioles con menor valor de hidroxilo derivados del anhídrido ftálico también se pueden usar para espumas flexibles de alto rebote, espumas de piel integral, espumas semirrígidas y materiales de poliuretano sin espuma.

2.3 Polioles poliméricos


Los polioles poliméricos, incluidos el estireno rígido, los homopolímeros de acrilonitrilo, los copolímeros y los polímeros injertados, actúan como "rellenos" orgánicos para mejorar el rendimiento de carga. Los polioles poliméricos se utilizan en la producción de espumas en bloque flexibles de alta dureza, espumas de alto rebote, espumas flexibles termoplásticas, espumas semirrígidas, espumas auto-desolladas y productos moldeados por inyección de reacción (RIM). Pueden reducir el espesor del producto, disminuir la densidad de la espuma para reducir costos, aumentar la apertura de las celdas de la espuma plástica e impartir propiedades retardantes de llama a los productos.



Polioles poliméricos


Los polioles de poliurea (dispersiones PHD) son una clase especial de polioles modificados con polímeros que se utilizan en espumas flexibles de alto rebote, espumas semirrígidas y espumas blandas, pero su presencia en el mercado es limitada.


También se utilizan algunos polioles especiales para la producción de espumas de poliuretano, como polioles a base de aceites vegetales, polioles de poliéster a base de colofonia y poliésteres poliméricos. Estos no se describen en detalle en este artículo.

Poliéter poliol: valor de hidroxilo 36, hidroxilo primario > 65%, 60%.


Poliol polimérico: Valor de hidroxilo 28, Copolímero 20%, 40%.


Agua: 3%.


80TDI y MDI polimérico (viscosidad 300 mpa): 80:20.


T12: 0.025%.


A33: 0.4%.


Aceite de Silicona HR-3: 1%.


Reticulante HA-1: 6%.


Di(b-dimetilaminoetil)éter: 0,15%.

Hidróxido de aluminio


También conocida como alúmina hidratada. El hidróxido de aluminio utilizado como retardante de fuego es principalmente alúmina trihidratada. Aparece como un polvo cristalino fino de color blanco con un tamaño de partícula promedio de 1 a 20 micrómetros. Su densidad relativa es 2,42, su índice de refracción es 1,57 y el pH de la suspensión al 30% es 9,5-10,5. La temperatura de inicio de la deshidratación es de 200 grados Celsius, con un calor de absorción de 2,0 KJ/G.


Durante la combustión, libera una gran cantidad de agua químicamente combinada, absorbe una cantidad considerable de calor, ralentiza la tasa de degradación térmica del polímero, reduce la temperatura de la superficie del material y retrasa y suprime la combustión del sustrato. Generará una gran cantidad de vapor en la superficie del sustrato, diluyendo el oxígeno en la zona de combustión, reduciendo la concentración de humos y gases tóxicos inflamables. El óxido de aluminio generado durante la combustión puede promover la formación de una capa protectora carbonizada en la superficie del polímero.



Melamina


Comúnmente conocida como melamina, es un cristal monoclínico de color blanco, de baja toxicidad, no inflamable y con un punto de fusión de 354 grados centígrados. Sufre sublimación endotérmica y rápida descomposición a altas temperaturas. A temperaturas entre 250 y 450 grados Celsius, puede absorber una gran cantidad de calor y liberar nitrógeno durante la descomposición, lo que ralentiza la velocidad de combustión del material. Al mismo tiempo, forma una capa de barrera carbonizada en la superficie del sustrato, actuando como retardante del fuego. Sin embargo, existen algunos problemas de dispersión, por lo que es necesario utilizarlo en combinación. Cuando se utiliza como retardante de fuego, la descomposición a alta temperatura puede producir gas cianuro tóxico.



Retardante de llama organofosforado


Tris(1,3-dicloro-2-propil)fosfato (TDCPP)


Líquido viscoso transparente de color amarillo pálido. Contiene un 7,2% de fósforo y un 49,4% de cloro, con un punto de inflamación de 251,7 grados Celsius, un punto de ignición de 282 grados Celsius y una temperatura de combustión espontánea de 514 grados Celsius. Comienza a descomponerse a 230 grados centígrados y es soluble en alcoholes, benceno, tetracloruro de carbono, etc. Cuando se usa al 5%, puede lograr propiedades autoextinguibles, y al 10%, puede hacer que el material sea autoextinguible o no inflamable, además de tener propiedades resistentes al agua, a la luz y antiestáticas.



Poliol poliéter ignífugo


1. Ingredientes de la fórmula:


Poliéter poliol 3050: Mn3000;


Poliéter poliol ignífugo: índice de hidroxilo 28, fracción de masa sólida ignífuga 23 %;


Aceite de silicona: L580


Solución de trietilendiamina: fracción de masa 33%;


Solución de octoato de estaño: fracción de masa 33%;


TDI: grado industrial

Condiciones de prueba:


1. La formación de espuma rápida se toma del centro de la espuma, mientras que las muestras de espuma moldeada se toman de la parte central o para pruebas de muestra completa.


2. La espuma recién fabricada debe madurar durante 72 horas en su estado natural antes de tomar la muestra. Las muestras deben colocarse en un ambiente de temperatura y humedad constantes (según GB/T2918: 23
±
2
℃

, humedad relativa 50
±
5%).



Densidad

: Densidad = Masa (kg) / Volumen (m3)



Dureza

: Deflexión por carga de indentación (ILD), Deflexión por carga de compresión (CLD)


La principal diferencia entre estos dos métodos de prueba es el área de carga de la espuma plástica. En la prueba ILD, la muestra se somete a un área comprimida de 323 cm2, mientras que en CLD se comprime toda la muestra. Aquí, sólo discutiremos el método de prueba ILD.


En la prueba ILD, el tamaño de la muestra es 38*38*50 mm, con un diámetro del cabezal de prueba de 200 mm (con una esquina redondeada de R=10 en el borde inferior) y una placa de soporte con orificios de 6 mm espaciados 20 mm. La velocidad de carga del cabezal de prueba es (100
±
20) mm/min. Inicialmente, se aplica una presión de 5 N como punto cero, luego la muestra se comprime hasta el 70% de su espesor en el punto cero y se descarga a la misma velocidad. Esta carga y descarga se repite tres veces como precarga y luego se comprime inmediatamente a la misma velocidad. Los espesores de compresión son 25
±
1% y 65
±
1%. Después de alcanzar la deformación, mantenga presionado 30
±
1s y registre el valor de sangría relativo. El valor registrado es la dureza de la indentación en ese nivel de compresión.


Además, 65 % ILD / 25 % ILD = relación de compresión, que es una medida de la comodidad de la espuma.



Resistencia a la tracción, alargamiento de rotura

: Se refiere a la tensión máxima de tracción aplicada durante el ensayo de tracción hasta la fractura, y el porcentaje de alargamiento de la muestra en el momento de la fractura.


Resistencia a la tracción = Carga en la fractura / Área de la sección transversal original de la muestra


Elongación en la rotura = (Distancia de fractura - Distancia original) / Distancia original * 100%



Resistencia al desgarre

: Mide la resistencia del material al desgarro aplicando una fuerza de desgarro especificada en una muestra de forma definida.


Tamaño de la muestra: 150*25*25 mm (GB/T 10808), con la dirección del espesor de la muestra como dirección de subida de la espuma. Se realiza una incisión de 40 mm de largo a lo largo de la dirección del espesor (dirección de subida de la espuma) en el centro de un extremo de la muestra. Mida el espesor a lo largo de la dirección del espesor de la muestra, luego abra la muestra y sujétela en el accesorio de la máquina de prueba. Aplique carga a una velocidad de 50-20 mm/min, usando una cuchilla para cortar la muestra, manteniendo la cuchilla en la posición central. Registre el valor máximo cuando la muestra se rompe o rasga a 50 mm.


Resistencia al desgarro = Valor de fuerza máxima (N) / Espesor promedio de la muestra (cm)


Generalmente se analizan tres muestras y se toma la media aritmética.



Resiliencia

: Mide el rendimiento de rebote de la espuma al permitir que una bola de acero de peso y diámetro dado caiga libremente sobre la superficie de la muestra de espuma plástica desde una altura específica. La relación entre la altura del rebote y la altura de caída de la bola de acero indica la resiliencia de la espuma.


Requisitos de la prueba: Tamaño de la muestra 100*100*50 mm, la dirección de caída de la bola debe ser consistente con la dirección de uso de la espuma. El tamaño de la bola de acero es

∮

164 mm, peso 16,3 gy cae desde una altura de 460 mm.


Tasa de resiliencia = Altura de rebote de la bola de acero / Altura de caída de la bola de acero * 100%


Nota: Las muestras deben estar horizontales, la bola de acero debe fijarse antes de caer (estática), cada muestra se prueba tres veces con intervalos de 20 segundos y se registra el valor máximo.



Deformación permanente por compresión

: En un ambiente constante, la muestra de material de espuma se mantiene bajo deformación constante durante un cierto período, luego se le permite recuperarse durante un período de tiempo, observando el efecto de la deformación en el espesor de la muestra. La relación entre la diferencia entre el espesor inicial y el espesor final de la muestra con respecto al espesor inicial representa la deformación por compresión permanente de la espuma plástica.


Deformación permanente por compresión = (Espesor inicial de la muestra - Espesor final de la muestra) / Espesor inicial de la muestra * 100



Resistente al fuego



COV (compuestos orgánicos volátiles)

Densidad:


A. Las espumas flexibles de PU de alta densidad tienen muchos poros pequeños y parecen más llenas. Sin embargo, cuanto mayor es la densidad, peor es la absorción de agua.


B. Generalmente, las espumas flexibles de PU de alta densidad también tienen una alta dureza, pero no se descarta que algunas espumas de alta densidad puedan agregar aditivos súper suaves, haciendo que la esponja sea muy suave. Por tanto, las espumas flexibles de PU de una misma densidad pueden tener diferentes grados de suavidad o dureza.


C. Las espumas de alta densidad se utilizan a menudo para algodón que absorbe el sonido, cojines de sofá, materiales de embalaje blandos, etc. Como materiales protectores se utilizan generalmente espumas de densidad media y baja.



Resiliencia:


A. Espumas de rebote lento, también conocidas como espumas inertes, viscoelásticas, espumas con sensación de presión cero, etc. Las espumas de rebote lento tienen una estructura de "panal", por lo que no pueden volver rápidamente a su forma original después de ser comprimidas.


B. Características de las espumas de rebote lento: buena absorción de agua, rendimiento de aislamiento acústico; gran tenacidad, alta resistencia a la tracción, buena absorción de impactos y rendimiento de amortiguación; Buen aislamiento térmico y aislamiento térmico, puede soportar frío y calor intensos.


C. Las espumas de alto rebote tienen una mezcla de tamaños de poros, diferentes espesores de esqueleto y una alta tasa de agujeros abiertos. Cuando se comprimen, producen fuerzas de rebote con diferentes fuerzas de apoyo en diferentes estados de deformación.


D. Las espumas de alto rebote tienen una resiliencia y transpirabilidad súper fuertes; excelente rendimiento antifatiga y retardante de llama; la sensación es similar a la superficie del látex.