Comment calculer précisément la quantité d'isocyanate (ISO) dans les formulations de polyuréthane à haute résilience ?

Lors de la conception et de l'ajustement des formulations de mousses de polyuréthane haute résilience (HR), l'indice d'isocyanate (ISOCYANATE INDEX) est un paramètre essentiel. Il influe directement sur la dureté, la densité, la résilience et la morphologie (cellules ouvertes ou fermées) du produit final. Pour un contrôle précis de la qualité, les formulateurs doivent calculer et maîtriser l'exigence théorique d'ISO du polyéther combiné (POLYOL BLEND).

1. Définition de l'indice d'isocyanate

L'indice de réaction isocyanate est défini comme le rapport de

Masse ISO ajoutée à la masse ISO théoriquement requise, généralement exprimée en pourcentage.

INDICE = (Masse réelle ISO / Masse théorique ISO) × 100 %

Où:

• Masse théorique ISO : La masse d'ISO requise pour une réaction complète avec tous les composants à hydrogène actif dans le mélange de polyols à un rapport molaire stœchiométrique de 1:1.

• Masse ISO réelle : La masse ISO réellement utilisée dans la formulation.

Dans la production de mousse HR, l'indice de réaction est généralement fixé entre 100 et 115 pour assurer une réaction complète et obtenir les performances requises.

2. Paramètre principal : Demande théorique ISO par unité de mélange de polyols (RAPPORT)

Pour simplifier le travail des formulateurs, nous introduisons un paramètre relatif appelé RATIO. Il représente la masse théorique d'ISO consommée par unité de masse du mélange de polyols.

RAPPORT = Masse théorique ISO / poids total du mélange de polyols

Remarque : « Poids total du mélange de polyols » fait référence à la somme de tous les composants actifs de la formulation.

3. Procédure de calcul précise du RAPPORT et de l'INDICE D'ISOCYANATE

Le calcul du RAPPORT et de l'INDICE est basé sur la stœchiométrie chimique 1:1 entre les hydrogènes actifs (ACTIVE H) et les groupes NCO.

Étape 1 : Identifier tous les composants à hydrogène actif

Les matériaux réactifs comprennent : les types de polyéthers (polyéther de base, POP, polyols ouvreurs de cellules) et les composants de faible masse moléculaire (eau, agents de réticulation).

Rappel important : toute l’eau doit être comptabilisée, y compris l’eau ajoutée et l’humidité contenue dans les matières premières.

Étape 2 : Calculer la quantité molaire d'hydrogènes actifs (N_H)

Convertissez le poids de chaque matériau en moles d'hydrogène actif.

Pour les types de polyéthers (en fonction de l'indice d'hydroxyle OHV) :
N_H = (masse du matériau en g × OHV en mgKOH/g) / 56100
(Remarque : 56100 équivaut à 56,1 × 1000, la quantité de KOH en mg correspondant à 1 mol de OH.)

Pour les matériaux de faible masse moléculaire (eau, agents de réticulation), en fonction de la masse moléculaire M et de la fonctionnalité F :
N_H = (poids du matériau en g × F) / M

Étape 3 : Calculer la quantité molaire théorique totale de NCO (N_NCO)

Additionnez les moles d'hydrogène actif de l'étape 2 pour obtenir le nombre total de moles d'hydrogène actif (somme N_H).
Selon la stœchiométrie 1:1 :
N_NCO = somme N_H

Étape 4 : Calculer la masse théorique ISO (ISO_THEORY)

Convertissez la quantité molaire théorique de NCO en masse de matière première ISO en utilisant la masse molaire du groupe NCO de 42 g/mol et le pourcentage de NCO de la matière première ISO.

ISO_THEORY (g) = (N_NCO × 42) / NCO%

Étape 5 : Calculer le RAPPORT

Divisez la valeur ISO_THEORY de l'étape 4 par le poids total de tous les composants actifs (le mélange de polyols) dans la formulation.

RAPPORT = ISO_THÉORIE / poids total du mélange de polyols

Étape 6 : Calculer l'indice d'isocyanate (INDEX)

En utilisant la masse ISO réelle utilisée dans la formulation :

INDICE = (ISO_ACTUEL / ISO_THÉORIQUE) × 100 %

Le calcul précis du RAPPORT et de l'INDICE est la première étape essentielle à la conception réussie d'une formulation de polyuréthane. La maîtrise de ces relations stœchiométriques permet aux formulateurs de prévoir et d'ajuster efficacement la dureté, la densité et la résilience de la mousse, garantissant ainsi des performances optimales et une production stable et économique. Seule une demande théorique ISO précise permet d'affiner les propriétés par un ajustement contrôlé de la charge ISO réelle (l'INDICE).