Processus de moussage en une seule étape de mousse souple à base de polyester

(1)  Matières premières

Les matières premières de polyester sont généralement du polyester fabriqué à partir d’acide adipique et d’éthylène glycol ou d’autres qualités de polyester d’acide adipique. Dans certains cas, de petites quantités de polyester acide dimère aliphatique sont utilisées. Les isocyanates sont généralement le TDI 80/20 et le TDI 65/35.

(2)  Formule moussante

En fonction du processus et des exigences de performance du produit, différentes matières premières et formules moussantes sont utilisées. Une formule typique pour le processus de moussage en une étape de la mousse souple à base de polyester de densité moyenne est la suivante:

• Polyester polyol : 100 parties
• Eau : 1.5–3 les pièces
• Tensioactif non ionique : 1.5–3.0 les pièces
• Catalyseur amine tertiaire : 0.5–1.5 les pièces
• TDI 80/20 ou 65/35 (indice NCO : 1.03–1.07)

Au cours du processus de moussage en une étape, la formule ci-dessus est généralement divisée en deux composants ou plus, qui sont ensuite alimentés proportionnellement depuis les réservoirs de stockage par plusieurs pompes doseuses de précision vers une tête de mélange à grande vitesse. Les composants sont rapidement mélangés et uniformément sous agitation à grande vitesse et injectés sur un convoyeur à bande (pour la production de mousse en bloc) ou dans un moule (pour la production de mousse moulée) pour le moussage. Le temps de mélange est généralement 1–5 secondes, et le temps nécessaire pour que la mousse blanchisse (c'est-à-dire le début du moussage) est 4–6 secondes. Le temps de moussage varie généralement de 40 à 80 secondes. Une fois la mousse solidifiée, elle durcit pendant 2 heures à 100°C pour obtenir le produit en mousse plastique. Alternativement, il peut être laissé à température ambiante pendant une semaine pour atteindre la résistance attendue.

La quantité réelle d'isocyanate dans la formule peut être calculée à l'aide de la formule suivante:

• Référence : 100 parts de polyester (ou polyéther)

• A = TDI (pour polyester ou polyéther)

           = [Indice d'hydroxyle + Indice d'acide] * [(87 * 100) / (56 * 1000)]

          = (Indice d'hydroxyle + Indice d'acide) * 0.155

• B = TDI (pour la quantité de substance aqueuse)

           = [Teneur en eau dans le polyester (ou polyéther) + eau libre ajoutée] * (174 / 18)

           = Teneur totale en eau * 9.6

• Montant total théorique du TDI = A + B

• Consommation réelle de TDI = Montant théorique de TDI * Indice TDI

(3) Facteurs de processus dans le moussage

1  Théoriquement, l'indice TDI devrait être de 100 %. Cependant, dans les opérations pratiques, en raison de réactions secondaires, une certaine quantité de TDI est consommée. Compte tenu de la vitesse de réaction et de la nécessité d'améliorer les performances du produit (notamment les performances de vieillissement humide), l'indice TDI est généralement contrôlé entre 103% et 110%. S'il dépasse 110 %, la mousse peut former une structure à pores grossiers ou provoquer des fissures dans le produit en mousse.

2  Le rapport isomérique du TDI affecte également le processus de moussage. Pour la même formule, l'utilisation du 65/35 TDI entraîne un temps de moussage plus court et une température exothermique plus élevée (par exemple, la température exothermique du 65/35 TDI est 100–102°C, tandis que celui du 2,4-TDI à 100 % est 87–92°C). 3. Ceci est principalement dû à l’encombrement stérique du 2,4-TDI. Une augmentation du rapport 2,4-TDI rend également le produit plus doux. Ces facteurs peuvent être ajustés par la quantité de catalyseur et le poids moléculaire du polyester dans la formule.

3  La douceur du produit en mousse peut être ajustée en contrôlant le nombre de groupes fonctionnels et le poids moléculaire du polyester, c'est-à-dire en ajustant la densité de réticulation dans les molécules de polymère.

4  La densité du produit moussant peut être ajustée par la quantité d'isocyanate, d'eau ou d'agent moussant externe. Plus on l'utilise, plus la densité du produit est faible. Par exemple, la relation entre les différentes quantités d'isocyanate et d'eau dans le processus de moussage en une étape et la densité du produit moussant est indiquée dans le tableau suivant.:

5  Les agents moussants externes peuvent être des liquides peu volatils tels que le dichlorométhane, le 1-fluoro-3-chlorométhane, etc., le 1-fluoro-3-chlorométhane étant le plus idéal. L'ajout d'agents moussants externes réduit non seulement la densité du produit mais le rend également plus doux. De plus, ils peuvent éliminer la chaleur de réaction lors de la vaporisation, ce qui est particulièrement utile lors de la production de produits en mousse à gros blocs. La plage d'utilisation typique est de 5 %–15%. À mesure que la quantité d’agent moussant externe augmente, la stabilité de la mousse diminue. En raison de la pollution atmosphérique provoquée par le CFC-11, des alternatives comme le HFC-141b ou le HFC-145fa peuvent être utilisées.

6  Les catalyseurs généralement utilisés comprennent l'éthylmorpholine, la N-méthylmorpholine, la triéthylènediamine, la triéthylamine, le diéthylaminoéthanol, l'octoate d'étain, le dibutylétain et divers composés métalliques. Des catalyseurs composites peuvent également être utilisés.

7  Le rôle des tensioactifs à longue chaîne est principalement d’augmenter la miscibilité des matériaux, en garantissant des cellules de mousse uniformes et en stabilisant la mousse pour éviter le retrait du produit. L'utilisation typique est de 1 %–2,5% de la teneur en polyester. Des quantités excessives peuvent provoquer des cellules de mousse grossières et un effondrement de la mousse.

8  D'autres additifs peuvent également être inclus dans la formule, tels que l'additif A-3 de Mobius Company pour améliorer les performances d'émulsification et empêcher le retrait, les A-7 et A-9 pour retarder la solidification de la surface de la mousse afin d'éviter les fissures, ou de petites quantités d'huile minérale, telles que comme Kaydol, qui est utilisé dans la production de produits en mousse microporeuse. L'utilisation typique est de 0,05 %–0,2% de la teneur en polyester.

9  Dans le moussage mécanique, des facteurs tels que le type de tête de mélange, la force de cisaillement, la vitesse d'agitation, le temps de séjour, la contre-pression de la tête de mélange et le diamètre de sortie de la tête de mélange influencent tous de manière significative la taille des cellules de mousse, la structure des pores et le résultat final. performances du produit. Généralement, une vitesse d'agitation lente ou un temps de séjour insuffisant entraînent souvent des cellules grossières, des sections creuses ou des fissures. À mesure que la vitesse d’agitation et le temps de séjour augmentent, la taille des cellules de la mousse devient plus fine. Cependant, lorsque ces facteurs dépassent une certaine limite, des cellules grossières et de la mousse effondrée peuvent se former. Le diamètre de sortie de la tête de mélange affecte également la taille des cellules de mousse. Un diamètre de sortie plus petit peut aider à réduire la taille des cellules de mousse, mais s'il devient trop petit, des fissures de mousse peuvent se produire.

10  Lors du mélange mécanique, de petites quantités d'air entrant dans la tête de mélange peuvent réduire la taille des cellules de mousse, mais de grandes quantités d'air peuvent conduire à des cellules de plus grande taille. De plus, la présence de poussière ou de contaminants dans le système de moussage peut provoquer des pores dilatés ou des trous d'épingle.

11  Pour garantir la stabilité des performances du produit et une bonne répétabilité du processus, il est essentiel de contrôler strictement la température du matériau. La température du matériau recommandée est généralement contrôlée à (24±3)°C, et en pratique, il est souvent maintenu dans les limites ±1°C.

Les facteurs de contrôle des processus mentionnés ci-dessus représentent des tendances générales. Dans la production réelle, en fonction des matières premières et des exigences de performance du produit, les formules et les conditions de traitement peuvent être ajustées en conséquence pour répondre aux exigences.