¿Qué es el proceso de formación de espuma de un solo paso para espuma flexible a base de éter?

(1) Materias primas

Las principales materias primas incluyen polioles de poliéter, TDI (normalmente 80/20 TDI), estabilizadores de espuma de silicona, catalizadores, agua y otros aditivos como agentes de expansión externos, rellenos u otros aditivos, según las necesidades.

(2) Fórmula espumosa

La fórmula de formación de espuma para la espuma a base de poliéter es generalmente similar a la de la espuma a base de poliéster. Dado que el poliéter tiene una viscosidad mucho menor que el poliéster, se debe añadir un estabilizador de espuma altamente eficaz, típicamente un copolímero de bloque de polisiloxano-polioxialquileno. Dado que los grupos hidroxilo al final de las cadenas de poliéter son principalmente grupos hidroxilo secundarios, que presentan menor reactividad, generalmente se utilizan catalizadores compuestos de alta eficiencia como el octoato de estaño, el dilaurato de dibutilestaño y la trietilendiamina.

La fórmula típica para la espuma flexible a base de poliéter en la formación de espuma en un solo paso es la siguiente:

(3) Factores del proceso

①Características del poliéter poliol

Los poliéter polioles utilizados en espumas flexibles suelen tener una funcionalidad de 2 o más, con un valor de hidroxilo equivalente de aproximadamente 1000. Los más comunes son los poliéteres triólicos con un peso molecular de aproximadamente 3000. Cuando el peso molecular del poliéter supera los 4000, la espuma tiende a presentar celdas más grandes, menor rebote y mayor deformación permanente por compresión. En este caso, no se utilizan poliéteres con grupos hidroxilo primarios.

A medida que aumenta la funcionalidad del poliéter, también aumenta el módulo de compresión de la espuma, pero disminuyen propiedades como la resistencia al desgarro, la resistencia a la tracción y la elongación. Por el contrario, reducir la funcionalidad disminuye el módulo de compresión, pero mejora otras propiedades.

Para mejorar la actividad, algunos polioles de poliéter se recubren con óxido de etileno para aumentar el contenido de grupos hidroxilo primarios, lo que reduce el tiempo de curado y mejora ligeramente el módulo de compresión, la resistencia a la tracción, la resistencia al desgarro y elongación.

2Relación TDI

En espumas flexibles de un solo paso, se suele usar TDI 80/20, y el índice de TDI se controla típicamente entre 103% y 107%. Un índice de TDI demasiado alto puede provocar poros dilatados y celdas cerradas en la espuma. Si el índice es demasiado bajo (p. ej., inferior al 100%), la resistencia y el rebote de la espuma disminuirán, y pueden aparecer pequeñas grietas. Un índice de TDI alto también prolonga el tiempo de curado, especialmente en grandes bloques de espuma de baja densidad, donde un exceso de TDI sin reaccionar puede formar isocianuratos y derivados de urea, generando calor durante varias horas y potencialmente causando carbonización o incluso incendio.

③Contenido de agua

Aumentar el contenido de agua, manteniendo constante el índice TDI, disminuye la densidad de la espuma y la carga de compresión. Sin embargo, a partir de cierta cantidad, aumentar aún más el contenido de agua solo provoca una pequeña reducción de la carga de compresión, ya que la mayor densidad del grupo urea en el polímero aumenta la resistencia a la compresión de la espuma, compensando así la pérdida debida a la reducción de su densidad.

④Agentes de soplado externos

Los agentes de soplado externos ayudan a reducir la densidad de la espuma, mejorar la suavidad y disipar el calor de reacción, previniendo la carbonización en espumas de bloques grandes. Entre los agentes de soplado más comunes se incluyen disolventes de baja toxicidad, no inflamables y con bajos puntos de ebullición, como el diclorometano o el HFC-245fa. Aumentar la cantidad de agentes de soplado externos reduce la densidad de la espuma y la carga de compresión. Sin embargo, al utilizar más agente de soplado, también debe ajustarse la cantidad de catalizador para evitar retrasar el proceso de curado.

5. Efectos del catalizador

El proceso de un solo paso requiere catalizadores más activos en comparación con el método de prepolímero. Un sistema catalizador común consiste en compuestos organoestánnicos y aminas terciarias. Si bien históricamente se ha utilizado dilaurato de dibutilestaño, este puede causar oxidación térmica y acelerar la ruptura del enlace éter, lo que conlleva la degradación del polímero. Por lo tanto, ahora se utiliza comúnmente octoato estannoso, lo que también aumenta la resistencia a la compresión de la espuma final. La combinación adecuada de catalizadores permite controlar la porosidad, el tamaño de poro y la resistencia a la compresión de la espuma.

⑥Estabilizadores de espuma de silicona

Los estabilizadores de espuma de silicona reducen la tensión superficial, lo que permite que la pared de la espuma mantenga su elasticidad y evite roturas. También ayudan a controlar el tamaño de los poros y la uniformidad. Son esenciales en la producción de espuma de poliéter en un solo paso. Los primeros estabilizadores eran copolímeros en bloque de siloxano y polioxialquileno, propensos a la hidrólisis. Actualmente, existen productos más estables que no se degradan tan fácilmente durante el proceso de espumado.

⑦Rellenos y otros aditivos

Los rellenos, como el carbonato de calcio precipitado u otros materiales inorgánicos, pueden mejorar la resistencia a la compresión de las espumas flexibles. Sin embargo, este método se usa con menos frecuencia en la práctica, ya que las espumas que contienen rellenos tienden a ablandarse tras un uso prolongado debido a la fatiga. Se pueden añadir otros aditivos, como antioxidantes, agentes antiestáticos, retardantes de llama, absorbentes de rayos UV y pigmentos, según los requisitos del producto final.