Fabricación de poliuretano

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La espuma suele implicar dos etapas clave. La primera etapa consiste en preparar espuma de poliuretano de células abiertas o parcialmente abiertas según la porosidad deseada. Si la espuma es de celda cerrada, es necesario someterla a compresión con rodillo para romper las paredes de la celda, creando así la estructura porosa necesaria. La segunda etapa consiste en eliminar todas las membranas celulares para formar una estructura reticulada.



Para producir poliuretano

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La espuma, el tamaño de los poros y la estructura de la red de la espuma están determinados en gran medida por el catalizador, el agente espumante y el tensioactivo.



En operaciones prácticas, existen dos métodos comunes para formar la red.:



El primero es el método de hidrólisis alcalina. Los pasos de este método implican sumergir la espuma de poliuretano suave tipo poliéster obtenida en la primera etapa en una solución de hidróxido de sodio al 10% a 50 grados Celsius durante aproximadamente 10 minutos. Luego pasa por procesos como lavado con agua, neutralización con ácido acético, otra ronda de lavado con agua y secado, dando como resultado el producto final de poliuretano.

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espuma.



Otro método es el método de combustión, también conocido como método de explosión. Este método requiere colocar la espuma de poliuretano blanda tipo poliéter o poliéster obtenida en la primera etapa en un recipiente sellado. Luego se evacua el recipiente a 13,3 Pa, seguido de la introducción de oxígeno y gas natural (en una proporción volumétrica de 2:1), llevando la presión interna del recipiente a un cierto nivel (que aumenta con la porosidad). A continuación, el gas dentro del contenedor se enciende mediante una bujía. El calor generado por el proceso de combustión quemará o derretirá las membranas celulares sin dañar los puntales de las células. Finalmente, el producto resultante después de la combustión se limpia con aire y el

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Se retira la espuma del recipiente.



Ambos métodos son formas efectivas de preparar poliuretano.

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espuma, y ​​la elección específica entre ellos depende del material de la espuma y de las características estructurales deseadas.

En la producción industrial moderna, la espuma flexible de poliuretano desempeña un papel importante en diversos campos, como muebles, asientos de automóviles y plantillas de zapatos. Sin embargo, no se pueden pasar por alto los puntos de control técnico clave para la producción de productos de espuma plástica flexible de poliuretano de alta calidad. Aquí hay varios puntos técnicos clave en el proceso de producción.:



Control de diisocianato de tolueno (TDI):


La proporción isomérica óptima de TDI es 80/20. Si se excede esta proporción, se puede provocar la formación de células grandes y cerradas en la espuma, prolongando el tiempo de curado. Particularmente en la producción de productos de espuma de baja densidad en bloques grandes, una proporción isomérica excesiva puede retrasar la liberación de calor, lo que puede causar que la temperatura del centro de la espuma permanezca alta durante mucho tiempo, lo que lleva a la carbonización e incluso a la ignición. Si la proporción isomérica es demasiado baja, la densidad y la resiliencia del producto de espuma disminuirán y pueden aparecer grietas finas en la superficie de la espuma, lo que resultará en una mala repetibilidad del proceso.



Adición de agentes espumantes externos:


Los agentes espumantes externos (agua) no sólo reducen la densidad de la espuma sino que también mejoran la suavidad del producto y ayudan a eliminar el calor de reacción. Para evitar la carbonización central en el proceso de formación de espuma de productos de espuma de bloques grandes, generalmente se agrega una cierta cantidad de agua. Sin embargo, a medida que aumenta la cantidad de agua, la cantidad de catalizador también debería aumentar correspondientemente; de lo contrario, puede prolongarse el tiempo de poscurado de la espuma. Generalmente, por cada 5 partes de aumento de agua, se deben añadir de 0,2 a 0,5 partes de aceite de silicona.



Relación de catalizador:


Los catalizadores orgánicos de estaño y amina terciaria se utilizan comúnmente para controlar las reacciones NCO-OH y NCO-H2O. Ajustando la proporción de diferentes catalizadores, se puede controlar el crecimiento de las cadenas de polímeros y la reacción de formación de espuma. Bajo ciertas densidades de producto, elegir la proporción de catalizador adecuada puede controlar la velocidad de celda abierta, el tamaño de celda y el valor de carga de huecos de la espuma. El aumento de la cantidad de catalizador orgánico de estaño generalmente puede producir espumas con tamaños de celda más pequeños, pero el uso excesivo puede aumentar la tasa de celda cerrada. Es necesario determinar la dosis óptima de catalizador mediante experimentos para lograr el mejor rendimiento de los productos de espuma.



Estabilizadores de espuma:


La función de los estabilizadores de espuma es reducir la tensión superficial del material, haciendo que la pared de la película de espuma sea elástica y evitando que se rompa hasta que el crecimiento de la cadena molecular y las reacciones de reticulación conduzcan a la solidificación del material. Por lo tanto, los estabilizadores de espuma desempeñan un papel fundamental en la producción de esponjas de poliéter de un solo paso y su uso debe controlarse estrictamente.



Control de temperatura:


La reacción de generación de espuma es muy sensible a la temperatura y los cambios en el material y la temperatura de formación de espuma afectarán las operaciones de formación de espuma y las propiedades físicas. Por lo tanto, el control de la temperatura es una de las condiciones importantes para garantizar procesos de formación de espuma estables. La temperatura del material generalmente se controla a 20-25
°
C.



Velocidad y tiempo de agitación:


La velocidad y el tiempo de agitación afectan la cantidad de energía aportada durante el proceso de formación de espuma. Si la agitación es desigual, pueden aparecer una gran cantidad de burbujas en la superficie de la espuma, lo que provoca defectos como grietas. Durante la mezcla del Componente A, la velocidad es de 1000 r/min; Después de agregar el Componente B al Componente A, la velocidad de agitación alta es de 2800-3500 r/min durante 5-8 segundos.



En resumen, las tecnologías clave para producir espuma flexible de poliuretano incluyen controlar el TDI, agregar agentes espumantes externos, ajustar las proporciones de catalizador, usar estabilizadores de espuma, controlar la temperatura y controlar la velocidad y el tiempo de agitación. El control adecuado de estos parámetros técnicos puede garantizar la producción de productos de plástico de espuma de poliuretano flexible de calidad estable y alto rendimiento.

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.

Los tensioactivos utilizados para la estabilización de la espuma, también conocidos como estabilizadores de espuma, son un aditivo crucial en la producción de plásticos de espuma de poliuretano. Al seleccionar tensioactivos, ¿qué factores se deben considerar?



Los tensioactivos se pueden dividir en dos tipos: tensioactivos de espuma blanda y tensioactivos de espuma dura. Examinemos cada uno:



Surfactantes de espuma blanda:


Durante la etapa inicial de formación de espuma, los tensioactivos de espuma blanda pueden disolverse para formar poliurea y, en las etapas posteriores, pueden ayudar a la apertura y explosión de las células. Por lo tanto, al seleccionar tensioactivos de espuma blanda, se deben considerar los siguientes factores:



1
La actividad del tensioactivo;


2
La relación entre el rango operativo del tensioactivo y el rango de dosificación requerido;


3
El impacto de los distintos componentes del tensioactivo en el rango operativo.



Surfactantes de espuma dura:


Los tensioactivos de espuma dura tienen un mayor grado de reticulación, lo que hace que las burbujas sean más estables. Se utilizan comúnmente para productos moldeados o para hacer espuma en cavidades restringidas. Al seleccionar tensioactivos de espuma dura, se deben considerar los siguientes factores:



1
Fuerte capacidad de emulsificación de los componentes de la materia prima;


2
Capacidad para controlar eficazmente el tamaño de las células de espuma;


3
Capacidad para mejorar la fluidez del material y garantizar una distribución uniforme de la densidad.



Los tensioactivos no sólo desempeñan un papel en la estabilización de la espuma, sino que también afectan la densidad, la elasticidad, la resistencia a la tracción y otras propiedades de la espuma. Por lo tanto, al elegir tensioactivos, se deben considerar factores como la actividad de las materias primas, las condiciones de operación y el proceso de formación de espuma.

La espuma de poliuretano a menudo encuentra varios accidentes y problemas durante la producción real de espuma, cada uno de los cuales es causado por múltiples factores. En el análisis de accidentes causados ​​por factores complejos, generalmente resulta difícil enumerar todos los factores que influyen y los factores principales que realmente influyen. A continuación se muestran 15 problemas frecuentes y sus causas. ¡Echemos un vistazo juntos!



1. Alto contenido de células cerradas


Un Poliéter polioles: alta proporción de óxido de etileno, alta actividad, ocurre a menudo al cambiar a poliéter polioles con diferentes actividades.


B Formulación del proceso: uso excesivo de octoato de estaño, alta actividad de isocianato, alto grado de reticulación, velocidad de reticulación rápida, exceso de aminas y agentes de soplado físicos que causan una baja presión interna de la espuma, incapacidad para abrir las células cuando la elasticidad de la espuma es alta y también puede resultar un alto índice de TDI. en alto contenido de células cerradas.



2. Contracción (velocidad de gelificación mayor que la velocidad de formación de espuma)


Un Alto contenido de células cerradas, contracción durante el enfriamiento.


B Condiciones de proceso: baja temperatura del aire, baja temperatura del material.


C Formulación del proceso: exceso de aceite de silicona, exceso de agente de soplado físico, bajo índice TDI.



3. Grietas internas


Un Condiciones del proceso: baja temperatura del aire, alta temperatura del centro de reacción.


B Formulación del proceso: bajo índice TDI, contenido excesivo de estaño, alta resistencia a la formación de espuma temprana.


C Alta actividad del aceite de silicona, pequeño uso.



4. Craqueo superior (velocidad de gelificación de gasificación desequilibrada)


Un Condiciones de proceso: baja temperatura del aire, baja temperatura del material.


B Formulación del proceso: uso insuficiente de catalizador, uso reducido de aminas, aceite de silicona de mala calidad.



5. Grietas en la esquina inferior (uso excesivo de aminas, velocidad de formación de espuma demasiado rápida)


Superficie de poros grandes: exceso de agente espumante físico, aceite de silicona y catalizador de mala calidad.



6. Mal rendimiento de la espuma a bajas temperaturas


Mala calidad intrínseca de los poliéter polioles, mismo valor de hidroxilo, baja funcionalidad, alta insaturación, bajo índice TDI con el mismo uso de estaño.



7. Mala permeabilidad al aire.


Un Condiciones climáticas: baja temperatura del aire.


B Materias primas: polioles con alto contenido de poliéter, aceite de silicona de alta actividad.


C Formulación del proceso: uso excesivo o igual de estaño, bajo contenido de agua y aminas, alto índice TDI.



8. Poca resiliencia


Un Materias primas: poliéter polioles de alta actividad, bajo peso molecular relativo, aceite de silicona de alta actividad.


B Formulación del proceso: gran cantidad de aceite de silicona, contenido excesivo de estaño, más agua con el mismo uso de estaño, alto índice TDI.



9. Mala resistencia a la tracción


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


B Formulación del proceso: la cantidad insuficiente de estaño provoca una mala reacción de gelificación, un alto índice de TDI con el mismo uso de estaño, un bajo grado de reticulación con menos agua.



10. Fumar durante la formación de espuma


Un El exceso de amina hace que se libere una gran cantidad de calor de la reacción del agua y el TDI, evaporando sustancias de bajo punto de ebullición y provocando humo.


B Si no se carboniza, el humo se compone principalmente de TDI, sustancias de bajo punto de ebullición y cicloalcanos monoméricos en poliéter polioles.



11. Espuma con vetas blancas.


Rápida velocidad de reacción de formación de espuma y gelificación, velocidad de transmisión lenta en formación de espuma continua, compresión local para formar una capa densa, lo que resulta en un fenómeno de rayas blancas. La velocidad de transmisión se debe aumentar rápidamente, o se debe reducir la temperatura del material y se debe disminuir el uso de catalizador.



12. Espuma quebradiza


La fórmula tiene exceso de agua, lo que da como resultado muchas formaciones de urea sin reaccionar que no se disuelven en aceite de silicona, uso deficiente del catalizador de estaño, reacción de reticulación insuficiente, alto contenido de poliéter polioles de bajo peso molecular relativo, temperatura de reacción excesivamente alta y rotura de enlaces éter que reduce resistencia de la espuma.



13. Densidad de la espuma inferior al valor establecido


El índice de formación de espuma es demasiado grande debido a una medición inexacta, temperatura del aire alta o presión del aire baja.



14. Espuma con piel, piel de borde, huecos en el fondo.


Exceso de estaño y amina insuficiente, velocidad de formación de espuma lenta, rápida


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Alto alargamiento a la rotura


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


B Formulación del proceso: reticulación insuficiente debido al bajo índice TDI, exceso de estaño y alto contenido de aceite de silicona.