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.

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.

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)

La cantidad de estabilizador de espuma determina el tamaño de las celdas de la estructura de espuma. Una mayor cantidad de estabilizador produce células más finas, pero demasiado puede provocar que se encoja. Encontrar el equilibrio adecuado es crucial; Si hay muy poco estabilizador, las células no se apoyarán entre sí, lo que provocará un colapso durante el proceso de formación. Ambos son catalizadores en acción.

El poliuretano (espuma blanda) se refiere a un tipo de plástico de espuma de poliuretano flexible con cierta elasticidad, que en su mayoría tiene estructuras de células abiertas.

El poliuretano (espuma dura) se refiere a plásticos de espuma que no sufren deformaciones significativas bajo ciertas cargas y no pueden recuperarse a su estado inicial después de cargas excesivas. En su mayoría de celda cerrada.

Aceite de silicona de espuma dura

El aceite de silicona de espuma dura es un tipo de estabilizador de espuma no hidrolizable altamente activo con un enlace silicio-carbono, que pertenece a una categoría de aceites de silicona de amplio espectro. Tiene un excelente rendimiento integral y es adecuado para HCFC-141b y sistemas de espumación de agua, utilizados en aplicaciones como tableros, energía solar, tuberías, etc.

Características del producto:

1. Buen rendimiento de emulsificación: el excelente rendimiento de emulsificación permite una buena dispersión y mezcla de los materiales compuestos durante la reacción con isocianato, lo que da como resultado una buena fluidez. El producto obtenido tiene células uniformes y una tasa de células cerradas muy alta.

2. Buena estabilidad: La estructura molecular especial controla eficazmente la tensión superficial de las células, estabilizando la estructura celular y proporcionando al producto excelentes propiedades mecánicas.

Aceite de silicona de espuma suave:

Un tensioactivo de siloxano de uso general para plásticos de espuma de poliuretano flexible de tipo poliéter, es un copolímero de polidimetilsiloxano-polietileno no hidrolizable, un estabilizador de alta actividad. Se utiliza como estabilizador de espuma en la producción de espuma blanda de poliuretano (esponja). Puede proporcionar una piel fina. En espuma de muy baja densidad, proporciona una fuerte estabilidad con células finas y uniformes. En espuma de profundidad media, en comparación con aceites de silicona similares, tiene mejores propiedades de apertura de espuma y transpirabilidad.

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.