La estabilidad de la espuma de esponja de espuma blanda de poliuretano se refiere a si la espuma se rompe, cierra los poros, colapsa y también incluye la dureza, densidad, elasticidad, resistencia a la tracción, tamaño de los poros y otros aspectos del producto que cumplen con los requisitos del cliente. Para lograrlos, es necesario estandarizar materias primas, formulaciones y parámetros operativos, y controlar las complejas y diversas reacciones químicas en diferentes entornos.

Densidad: La densidad se mide en kilogramos por metro cúbico o gramos por centímetro cúbico. Para productos pequeños de forma irregular, no es fácil medir el área de la sección transversal. Se puede utilizar papel cuadriculado con cuadrados pequeños (como papel cuadriculado con lados cuadrados de 2 milímetros) para dibujar el área de la sección transversal del producto que se está midiendo y calcular la densidad contando cuadrados. Durante el proceso de producción se ha determinado la densidad de la formulación, el caudal, la velocidad de la cinta transportadora y el ancho de la espuma. Medir la altura de la espuma revelará la densidad de la espuma. Por ejemplo, si una esponja alcanza una altura de 95 centímetros, la densidad es de 20 kilogramos por metro cúbico. La densidad está relacionada con la formulación y también se ve afectada por la velocidad de reacción. Existe una diferencia de densidad entre la parte superior e inferior de la misma espuma.

Dureza: La dureza de la esponja se puede dividir en dos tipos. Uno refleja la dureza de la superficie del producto, utilizado para materiales de calzado, mientras que el otro refleja la dureza general del producto, utilizado para esponjas para muebles. La dureza de la espuma está relacionada con los segmentos duros, el calor y el contenido de materia prima durante la reacción, correspondiente a los materiales TDI, MC y POP. La dureza de la espuma también se ve afectada por el grado de reticulación. A medida que disminuye la densidad de la esponja, resulta difícil aumentar la cantidad de POP. Para las espumas de baja densidad y alta dureza, la atención se centra en cómo aumentar el POP y el TDI en la formulación para reducir el CM. Para espumas de densidad media-alta y alta dureza, la atención se centra en maximizar el efecto endurecedor de POP y TDI.

Elasticidad: La elasticidad está relacionada principalmente con el peso molecular del poliéter. Cuanto mayor sea el peso molecular, mayor será la resiliencia del producto. En segundo lugar, está relacionado con la formación de cadenas laterales durante la reacción de la esponja; cuantas menos cadenas laterales, mejor será la elasticidad. Reducir el índice TDI puede reducir la formación de cadenas laterales y reducir el calor dentro de la espuma también puede reducir la formación de cadenas laterales. Sin embargo, si hay muy pocas cadenas laterales, la tolerancia de la formulación no es alta y la espuma no es estable. La elasticidad de la esponja también está relacionada con el equilibrio de la formulación. Cuando una esponja de espuma común cierra sus poros, la elasticidad cae bruscamente. La espuma de alta dureza no tiene buena elasticidad, pero la espuma demasiado blanda tampoco tiene una gran resiliencia.

Resistencia a la tracción: Las esponjas para muebles se utilizan principalmente para sentarse e inclinarse, por lo que los requisitos de resistencia a la tracción no son demasiado altos. La resistencia a la tracción de la esponja está relacionada con el contenido de NCO y el grado de reticulación en los meridianos. Aumentar el índice TDI y aumentar el calor dentro de la espuma puede fortalecer el contenido de NCO y el grado de reticulación. El aumento de MC reduce el aumento de la resistencia a la tracción en muchos casos. La cantidad de TDI que una formulación puede "acomodar" está relacionada con el método de formación de espuma, como máquinas de alta presión, máquinas de baja presión y formación de espuma manual, que son diferentes. Una esponja con una alta tasa de alargamiento no necesariamente tiene una alta resistencia al desgarro. Para productos que enfatizan la resistencia a la tracción, agregar una pequeña cantidad de polvo de piedra puede reducir en gran medida la resistencia a la tracción sin perder la original.

poros: La espuma con muy buenos poros suele convertirse en espuma de gama media a alta y el precio también aumenta significativamente. La formación de poros es un problema integral y, para obtener poros uniformes, delicados y sin defectos, se debe tener un conocimiento profundo de la maquinaria, las materias primas, las formulaciones y los parámetros. La formación de poros y picaduras generalmente se debe a un exceso de aire incorporado en las materias primas durante la agitación en el cabezal de la máquina o durante el movimiento de las materias primas. También puede deberse a una mala calidad de la materia prima o a contaminación. La teoría de que las fugas de aire en las tuberías provocan poros no es sostenible. Durante la formación de espuma, la presión dentro de la tubería es mayor que la presión atmosférica fuera de la tubería. De la tubería sólo sale la materia prima y no puede entrar aire del exterior. 

14. Mal rebote

A  Materias primas: poliéter polioles de alta actividad, bajo peso molecular, aceite de silicona altamente activo.

B  Formulación del proceso: alto contenido de aceite de silicona, exceso de estaño, alto contenido de agua con el mismo uso de estaño, alto índice TDI, gran cantidad de aceite y polvo blanco.

15  Mala resistencia a la tracción

A  Materias primas: polioles de poliéter de bajo peso molecular excesivo, valor de hidroxilo de baja funcionalidad.

B  Formulación del proceso: estaño insuficiente, mala reacción de gelificación, alto índice TDI con el mismo uso de estaño, bajo contenido de agua, baja reticulación.

16  Humo durante la formación de espuma

El exceso de amina libera una gran cantidad de calor durante la reacción del agua y del TDI, lo que provoca la evaporación de sustancias de bajo punto de ebullición y humo. Si no es un humo abrasador, el humo se compone principalmente de TDI, sustancias de bajo punto de ebullición y cicloalcanos monómeros en poliéter polioles.

17  Espuma con vetas blancas

Rápida reacción de formación de espuma y gelificación, pero transferencia lenta en la formación de espuma continua, lo que da como resultado una capa densa debido a la compresión localizada, provocando vetas blancas. Aumente la velocidad de transferencia o reduzca la temperatura del material, reduzca el uso de catalizador.

18  Espuma quebradiza

El exceso de agua en la formulación provoca la formación excesiva de biuret, que no se disuelve en aceite de silicona. Mal uso de catalizador de estaño, reacción de reticulación insuficiente, alto contenido de poliéter polioles de bajo peso molecular, alta temperatura de reacción que provoca rotura de enlaces éter y disminución de la resistencia de la espuma.

19  Densidad de la espuma inferior al valor establecido

El índice de espuma es demasiado alto debido a una medición inexacta, alta temperatura y baja presión.

20  Hacer espuma con piel, piel de borde y aire inferior

Exceso de estaño, amina insuficiente, velocidad de formación de espuma lenta, velocidad de gelificación rápida, baja temperatura durante la formación de espuma continua.

21  Tasa de alargamiento demasiado alta

A  Materias primas: poliéter polioles de alta actividad, baja funcionalidad.

B  Formulación del proceso: bajo índice TDI, reticulación insuficiente, alto contenido de estaño

22  Espuma incontrolada (pequeñas burbujas que se mueven rápidamente debajo de la superficie) )

A  Máquina de espuma de baja presión: aumente la velocidad del cabezal mezclador, disminuya la inyección de gas.

B  Máquina de espuma de alta presión: aumente la presión del cabezal mezclador.

23. Líneas lechosas en movimiento

A  Aumentar la velocidad del transportador

B  Ajuste la inclinación de la placa de amortiguación.

C  Reducir el uso de catalizadores de amina

24.Reflujo del material insertado

A  Aumentar la velocidad del transportador

B  Ajuste la inclinación de la placa de amortiguación.

C  Incrementar el uso de catalizadores de amina.

25. Pozos lunares

A  Máquina de espuma de baja presión: reduce la velocidad del cabezal mezclador y la inyección de gas.

B  Máquina de espuma de alta presión: aumente la presión del cabezal mezclador.

C  Calidad del aceite de silicona asunto.

D  Aumente la cantidad de amina mientras reduce la cantidad de estaño para garantizar una apertura celular adecuada.

26. Curado lento, pegajoso Superficie

La resistencia del polímero aumenta demasiado lentamente, lo que da como resultado una espuma suave y pegajosa que es difícil de cortar.

Los bloques de espuma parecen inestables al salir de los canales.

Aumente el uso de catalizador, verifique la precisión de las mediciones de poliol, agua y TDl.

1. Reacciones básicas

La formación de espuma de poliuretano implica dos reacciones básicas: reacción de formación de espuma y reacción de polimerización (también llamada reacción de gel).

Reacción de formación de espuma: el isocianato reacciona con agua para producir una reacción de urea disustituida y dióxido de carbono. La ecuación de reacción es la siguiente.:

2R-N=C=O + HOH → R-NH-CO-NH-R + CO2 ↑

El dióxido de carbono liberado actúa como núcleo de la burbuja, lo que hace que la mezcla de reacción se expanda, dando como resultado una espuma con una estructura de celda abierta.

Reacción de polimerización: el grupo hidroxilo del poliéter sufre una reacción de polimerización gradual con isocianato para formar un aminoformiato. La ecuación de reacción es la siguiente.:

R=N=C=O + R &primo; -OH → R-NH-COO — R &primo;

2. Polioles

La producción nacional de espuma en bloque utiliza poliéteres de espuma blanda de 3 funcionalidades y peso molecular 3000 (valor de hidroxilo 56) o 3500 (valor de hidroxilo 48, menos comúnmente utilizado).

3. Poliisocianatos

El principal poliisocianato utilizado es el diisocianato de tolueno (TDI). Hay tres tipos principales de productos industriales TDI: 2,4-TDI puro (o TDI100), TDI80/20 y TDI65/35. TDI80/20 tiene el coste de producción más bajo y es la variedad más utilizada en aplicaciones industriales.

El peso molecular del TDI es 174, con dos grupos isocianato (-N=C=O) que tienen un peso molecular de 84. Por tanto, el contenido de isocianato en TDI es del 48,28%.

La cantidad de TDI utilizada tiene un impacto significativo en las propiedades de la espuma. En las formulaciones de espuma, el exceso de TDI se expresa como índice de isocianato, que es la relación entre el uso real y la cantidad teórica calculada. Cuando se produce espuma blanda, el índice es generalmente de 105 a 115 (100 es igual a la cantidad teórica calculada). Dentro de este rango, a medida que aumenta el índice TDI, aumenta la dureza de la espuma, disminuye la resistencia al desgarro, disminuye la resistencia a la tracción y disminuye el alargamiento a la rotura. Si el índice TDI es demasiado alto, puede provocar células grandes y cerradas, tiempos de maduración prolongados y quema de espuma; si el índice TDI es demasiado bajo, puede provocar grietas, rebote deficiente, baja resistencia y deformación permanente por compresión significativa.

4. Agentes espumantes

El agua que reacciona con el TDI para producir dióxido de carbono es el principal agente espumante utilizado en la formación de espuma blanda. Aumentar la cantidad de agua en la formulación aumentará el contenido de urea, aumentará la dureza de la espuma, disminuirá la densidad de la espuma y reducirá la capacidad de carga de la espuma. Sin embargo, el TDI reacciona con el agua para producir una gran cantidad de calor. Si el contenido de agua es demasiado alto, la espuma puede quemarse o encenderse.

El cloruro de metileno es un agente espumante físico con un punto de ebullición de 39.8 ° C. Es un gas no inflamable que puede vaporizarse durante la formación de espuma, reduciendo la densidad y dureza de la espuma. La cantidad de cloruro de metileno agregada debe evitar que la espuma se queme y, al mismo tiempo, garantizar que una cantidad excesiva no elimine demasiado calor, lo que afectaría el curado de la espuma. La cantidad de cloruro de metileno utilizada es limitada.

5. catalizadores

La función principal de los catalizadores es ajustar la velocidad de las reacciones de formación de espuma y gel para lograr un buen equilibrio.

La trietilendiamina (A33, una solución al 33% de éter diisopropílico o dipropilenglicol) es el catalizador de amina terciaria más importante en la producción de espuma blanda. Tiene una eficacia del 60 % para promover la reacción entre isocianato y agua, es decir, reacción de formación de espuma, y ​​una eficacia del 40 % para promover la reacción entre hidroxilo e isocianato, es decir, reacción de gel.

El dilaurato de dibutilestaño (A-1) es un catalizador de amina terciaria de uso general para espuma blanda. Tiene una eficacia del 80 % para promover la reacción de espuma y del 20 % para promover la reacción de gel. A menudo se utiliza en combinación con trietilendiamina.

El uso inadecuado de catalizadores de amina puede tener un impacto significativo en el producto. Demasiada amina puede causar:

(1) Tiempo de reacción corto, aumento rápido de la viscosidad inicial y humo excesivo durante la formación de espuma.

(2) Grietas de la espuma. Muy poca amina dará como resultado una velocidad de inicio lenta, lo que afectará la altura de la espuma.

El dilaurato de dibutilestaño es el catalizador orgánico de estaño más utilizado, que es muy fácil de hidrolizar y oxidar en presencia de agua y catalizadores de amina terciaria en mezclas de poliéter.

Cuanto menor sea la densidad de la espuma, más estrecho será el rango ajustable de dilaurato de dibutilestaño. El efecto de la dosis de estaño sobre la espuma es el siguiente.:

Dosificación demasiado pequeña: Fisura de la espuma.

Demasiada dosis: Aumento rápido de la viscosidad, formación de espuma en células cerradas y encogimiento, formando pieles en la parte superior y laterales.

6. Estabilizadores de espuma (también llamados aceites de silicona)

Los estabilizadores de espuma reducen la tensión superficial de la mezcla del sistema de espuma, estabilizando así las burbujas, evitando el colapso de la espuma y controlando el tamaño y la uniformidad de los huecos.

Aumentar la cantidad de aceite de silicona desde la cantidad mínima hasta un nivel apropiado puede producir plásticos de espuma bien abiertos. Cuando la cantidad es demasiado alta, aumenta la tasa de células cerradas de la espuma.

7. Otros factores que influyen

Además de la formulación, los parámetros del proceso y el entorno también tienen un cierto impacto en las propiedades de la espuma.

Temperatura de la materia prima: Bajo temperaturas ambiente relativamente normales (20-28 ° C), la temperatura de la materia prima se controla a 25 ± 3° C, preferiblemente dentro de un rango de ± 1° C. También se puede controlar dentro del rango de 28-30 ° C.

El efecto del aumento o disminución de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones de formación de espuma y gel varía. Un aumento de temperatura da como resultado un aumento mucho mayor en la reacción de polimerización en comparación con la reacción de formación de espuma. Los catalizadores deben ajustarse a los cambios de temperatura.

Para la misma formulación, utilizando la misma cantidad de agente espumante, la densidad de la espuma también está relacionada con la altitud. En zonas elevadas, la densidad de la espuma disminuye notablemente.

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.