De nombreux facteurs affectent le processus de moussage et la qualité du produit final lors de la fabrication de mousse de polyuréthane flexible. Parmi ceux-ci, les facteurs environnementaux naturels tels que la température, l’humidité de l’air et la pression atmosphérique jouent un rôle crucial. Ces facteurs influencent considérablement la densité, la dureté, le taux d’allongement et la résistance mécanique de la mousse.

1. Température:

La réaction de moussage du polyuréthane est très sensible, la température étant un facteur de contrôle clé. À mesure que la température du matériau augmente, la réaction de moussage s'accélère. Dans les formulations sensibles, des températures excessivement élevées peuvent présenter des risques tels que la combustion du noyau et l'inflammation. Généralement, il est essentiel de maintenir des températures constantes pour les composants polyol et isocyanate. L'augmentation de la température entraîne une diminution correspondante de la densité de la mousse pendant le moussage.

Particulièrement en été, les températures élevées augmentent la vitesse de réaction, ce qui entraîne une diminution de la densité et de la dureté de la mousse, un taux d'allongement accru, mais également une résistance mécanique améliorée. Pour contrer la diminution de la dureté, il est conseillé d'ajuster l'indice TDI. Les fabricants doivent ajuster les paramètres de processus en fonction des variations de température saisonnières et régionales pour garantir la stabilité de la qualité des produits.  

2. L'humidité de l'air:

L’humidité de l’air affecte également le processus de moussage de la mousse flexible de polyuréthane. Une humidité plus élevée provoque des réactions entre les groupes isocyanates de la mousse et l'humidité de l'air, entraînant une réduction de la dureté du produit. L'augmentation du dosage de TDI pendant le moussage peut compenser cet effet. Cependant, une humidité excessive peut augmenter les températures de durcissement, provoquant potentiellement une brûlure du noyau. Les fabricants doivent ajuster soigneusement les formulations et les paramètres du processus de mousse dans les environnements humides pour garantir la qualité et la stabilité du produit.

3. Pression atmosphérique:

La pression atmosphérique est un autre facteur d'influence, en particulier dans les zones situées à différentes altitudes. L’utilisation de la même formulation à des altitudes plus élevées entraîne une densité de produit en mousse relativement plus faible. Cela est dû aux variations de pression atmosphérique affectant la diffusion et l’expansion du gaz lors du moussage. Les fabricants opérant dans des régions de haute altitude doivent en prendre note et devront peut-être ajuster les formulations ou les paramètres de processus pour répondre aux exigences de qualité.

En conclusion, les facteurs environnementaux naturels ont un impact significatif sur le processus de moussage et la qualité du produit final de la mousse flexible de polyuréthane. Les fabricants doivent ajuster les paramètres de processus en fonction des conditions saisonnières, régionales et environnementales pour garantir une densité, une dureté et une résistance mécanique stables de la mousse, répondant ainsi aux demandes et aux normes des clients.

1. Polyéther

Le polyéther, en tant que matière première principale, réagit avec l'isocyanate pour former de l'uréthane, qui est la réaction squelettique des produits en mousse. Lorsque le poids moléculaire augmente avec la même fonctionnalité, la résistance à la traction, l'allongement et la résilience de la mousse augmentent, tandis que l'activité réactionnelle de polyéthers similaires diminue. A même valeur équivalente (poids moléculaire/fonctionnalité), une augmentation de la fonctionnalité accélère la réaction, augmente le degré de réticulation du polyuréthane, augmente la dureté de la mousse et réduit l'allongement. La fonctionnalité moyenne des polyols doit être supérieure à 2,5 ; s'il est trop faible, la reprise du corps en mousse après compression est mauvaise.

Si la quantité de polyéther utilisée est élevée, équivalente à une réduction des autres matériaux (TDI, eau, catalyseurs, etc.), il est facile de provoquer la fissuration ou l'effondrement des produits en mousse. Si la quantité de polyéther utilisée est faible, le produit en mousse a tendance à être dur, avec une élasticité réduite et un mauvais toucher.

2. Agent moussant

Généralement, lors de la production de blocs de polyuréthane d'une densité supérieure à 21, seule de l'eau (agent moussant chimique) est utilisée comme agent moussant. Des composés à bas point d'ébullition tels que le chlorure de méthylène (MC) sont utilisés comme agents moussants auxiliaires dans les formules à faible densité ou les formules ultra-douces.

Les agents moussants auxiliaires réduisent la densité et la dureté de la mousse. Puisqu’ils absorbent une partie de la chaleur de réaction, le durcissement est ralenti, ce qui nécessite une augmentation de la quantité de catalyseur. En absorbant la chaleur, le risque de brûlure du noyau est évité.

Le pouvoir moussant peut être exprimé par l'indice de moussage (le nombre de parties d'eau ou quantité équivalente d'eau utilisée pour 100 parties de polyéther):

IF = m (eau) + m (F-11) / 10 + m (MC) / 9 (100 parties de polyéther)

L'eau, en tant qu'agent moussant, réagit avec l'isocyanate pour former des liaisons urée et libère une grande quantité de CO2 et de chaleur. Il s’agit d’une réaction de croissance en chaîne. L'excès d'eau réduit la densité de la mousse et augmente la dureté. Cependant, cela réduit également la taille et la résistance des pores de la mousse, réduisant ainsi leur capacité portante, les rendant susceptibles de s'effondrer ou de se fissurer. Une consommation accrue de TDI entraîne un dégagement de chaleur plus important et un risque plus élevé de brûlure du cœur. Si la quantité d'eau dépasse 5,0 parties, des agents moussants physiques doivent être ajoutés pour absorber une partie de la chaleur et empêcher la combustion du noyau. Moins d’eau signifie une réduction correspondante de la quantité de catalyseur utilisée, mais cela augmente la densité.

3. Catalyseur

Amine : A33 est généralement utilisé, ce qui favorise la réaction entre l'isocyanate et l'eau, en ajustant la densité de la mousse, le taux d'ouverture des bulles, etc., favorisant principalement les réactions de moussage.

Trop d'amine : Le produit en mousse se fissure et il y a des trous ou des bulles dans la mousse ; Trop peu d'amine : La mousse rétrécit, ferme les pores et le fond du produit en mousse devient épais.

Étain : généralement, l'octoate d'étain (II) (T-9) est utilisé ; L'oxyde d'étain (IV) (T-19) est un catalyseur de réaction de gel très actif, favorisant principalement la réaction de gel, c'est-à-dire la réaction de l'étape ultérieure.

Trop d'étain : gélification rapide, viscosité accrue, mauvaise résilience, mauvaise perméabilité à l'air, conduisant à un phénomène de cellules fermées. En augmentant correctement son dosage, on peut obtenir de bons plastiques en mousse à cellules ouvertes avec relaxation, une augmentation supplémentaire du dosage rend la mousse progressivement plus dense, conduisant à un retrait et à des cellules fermées.

Trop peu d'étain : Gélification insuffisante, entraînant des fissures lors du moussage. Il peut y avoir des fissures sur les bords ou sur les dessus, avec des bavures et une mauvaise consolidation. La réduction de l'amine ou l'augmentation de l'étain peuvent augmenter la résistance du film de mousse polymère lorsqu'une grande quantité de gaz est générée, réduisant ainsi les phénomènes de creux ou de fissuration.

Le fait que les plastiques en mousse de polyuréthane aient une structure cellulaire ouverte ou fermée idéale dépend principalement de l'équilibre entre la vitesse de réaction du gel et le taux d'expansion du gaz pendant la formation de la mousse. Cet équilibre peut être atteint en ajustant les types et les quantités de catalyseurs d'amine tertiaire et de stabilisants de mousse dans la formule.

4. Stabilisateur de mousse (huile de silicone)

Les stabilisants de mousse sont un type de tensioactif qui disperse bien la polyurée dans le système moussant, agissant comme des « points de réticulation physique » et augmentant considérablement la viscosité initiale du mélange de mousse, empêchant ainsi la fissuration. D'une part, il a un effet émulsifiant, améliorant la miscibilité entre les composants du matériau mousse. D'autre part, l'ajout de tensioactifs organiques à base de silicium peut réduire la tension superficielle du liquide, réduire l'énergie libre nécessaire à la dispersion du gaz, permettre à l'air dispersé dans les matières premières de nucléer plus facilement lors de l'agitation et du mélange, faciliter la production de fines bulles, ajustez la taille des pores de la mousse, contrôlez la structure cellulaire de la mousse et améliorez la stabilité de la mousse. Il évite l'effondrement ou l'éclatement des bulles, rend les parois de mousse élastiques, contrôle la taille des pores et l'uniformité de la mousse. Généralement, plus on utilise d’agent moussant et de POP, plus la quantité d’huile de silicone utilisée est importante.

Utilisation élevée : augmente l'élasticité des parois en mousse à un stade ultérieur, les rendant moins susceptibles d'éclater, ce qui entraîne des pores plus petits et des cellules fermées.

Faible utilisation : la mousse éclate, s’effondre après le moussage, les pores sont plus grands et le co-moussage est facile.

5. Influence de la température

La réaction de moussage du polyuréthane s'accélère avec l'augmentation de la température du matériau, ce qui peut présenter un risque de brûlure du noyau et d'inflammation dans les formulations sensibles. Généralement, les températures des composants polyol et isocyanate sont maintenues constantes. Lors du moussage, la densité de la mousse diminue à mesure que la température du matériau augmente. Avec la même formule, si la température reste la même mais que la température ambiante est élevée en été, la vitesse de réaction augmente, entraînant une diminution de la densité et de la dureté de la mousse, une augmentation de l'allongement et une augmentation de la résistance mécanique. En été, l'indice TDI peut être augmenté de manière appropriée pour corriger la diminution de la dureté.

6. Influence de l'humidité de l'air

Avec l'augmentation de l'humidité, l'isocyanate contenu dans la mousse réagit avec l'humidité de l'air, provoquant une diminution de la dureté. Par conséquent, lors du moussage, la quantité de TDI peut être augmentée de manière appropriée. Une humidité excessive peut entraîner une augmentation trop élevée de la température de durcissement, entraînant une brûlure du noyau.

7. Influence de la pression atmosphérique

Avec la même formule, le moussage dans les zones de haute altitude entraîne une densité de produit mousse plus faible.

Le changement chimique est le processus de production de nouvelles substances après que les groupes moléculaires de divers réactifs interagissent les uns avec les autres. De nombreuses propriétés des substances sont déterminées par leurs structures moléculaires, et comprendre les structures moléculaires et de groupe des réactifs polyuréthanes est instructif pour la production.

Les principaux indicateurs de la norme britannique en matière d'ignifugation sont généralement de trois ordres : la perte de poids thermique (la masse perdue lorsque la taille spécifiée de l'éponge est chauffée à une température spécifiée pendant une durée spécifiée, des valeurs plus petites indiquant une meilleure stabilité thermique) ; densité de la fumée (la quantité de fumée générée lorsque la mousse brûle, indiquant la facilité avec laquelle la lumière passe à travers la fumée, de plus petites quantités de fumée étant préférables) ; et la facilité de combustion (plus il est difficile de s'enflammer, avec d'autres subdivisions basées sur le temps d'allumage et la vitesse de combustion).

Le TDI (diisocyanate de toluène) a un cycle benzénique, le MDI (diisocyanate de diphénylméthane) a deux cycles benzéniques et le MDI brut a plusieurs cycles benzéniques. Les cycles benzéniques sont des substances très stables, nécessitant une grande quantité d’énergie (énergie de dissociation des liaisons) pour se briser. À mesure que le nombre de cycles benzéniques augmente, la stabilité thermique de la mousse augmente (MDI brut > MDI > TDI), ce qui le rend moins susceptible de se décomposer lorsqu'il est chauffé. Avec plus de cycles benzéniques, il y a plus d'atomes de carbone dans la molécule, ce qui entraîne plus de fumée lorsqu'elle est incomplètement brûlée (MDI brut > MDI > TDI). De ce qui précède, on peut conclure que lorsqu’une formule diminue la quantité de TDI et augmente la quantité de MDI, la stabilité thermique de la mousse sera améliorée. L'indice de perte de poids thermique est susceptible de réussir le test standard britannique, mais la densité de la fumée, qui n'est pas facile à réussir, augmentera. À ce stade, il est conseillé d’augmenter de manière appropriée la quantité de cyanurate de mélamine pour réduire la densité de la fumée.

Plus le poids moléculaire du polyéther est élevé, plus la stabilité thermique est mauvaise, mais meilleure est la résistance au feu. Dans la production de mousse ignifuge à haut rebond, la quantité de retardateur de flamme ajoutée ne représente que les deux tiers de celle de la mousse ignifuge à densité régulière, mais le pouvoir ignifuge reste très bon et ne s'enflamme pas. Cependant, la mousse ignifuge à rebond élevé est plus difficile à réussir le test standard britannique que la mousse ordinaire (la perte de poids thermique est difficile à réussir).

Les retardateurs de flamme ne sont pas très stables lorsqu'ils sont chauffés. Étant donné que le test standard britannique met l'accent sur la perte de poids thermique, la quantité de retardateur de flamme dans la formule est le minimum requis pour réussir le test de retardateur de flamme.

Lorsque la teneur en TDI et en eau de la formule diminue tandis que la teneur en méthane augmente, la mousse est moins susceptible de s'enflammer. La diminution des propriétés intrinsèques due à la réduction des segments durs entraîne une diminution de la stabilité thermique, réduisant ainsi la capacité à dépasser l'indice de perte de poids thermique.

Lorsque la densité de la mousse diminue, la teneur en TDI augmente, ainsi que la densité de la fumée et la stabilité thermique.

Les matériaux inorganiques comme le carbonate de calcium et le sulfate de baryum ne se décomposent pas lorsqu'ils sont chauffés lors des tests standard britanniques, mais leur ajout n'améliore pas les propriétés de la mousse, ils ne sont donc pas utilisés dans la formule standard britannique.

B Outre la sélection des matières premières, il est également crucial d’atteindre un équilibre pour répondre aux normes britanniques. Par exemple, le TDI et les retardateurs de flamme, s'ils sont administrés en trop ou pas assez, rendent difficile la réussite du test. Le moussage est une science équilibrée, ajuster la formule, c'est rechercher l'équilibre, et sélectionner les matières premières, c'est aussi rechercher l'équilibre.

La réaction de la mousse PU est basée sur deux composants chimiques principaux : les polyéther polyols et les isocyanates, ainsi que d'autres additifs dont l'eau, le dichlorodifluorométhane, les stabilisants de mousse et les catalyseurs. Ces matériaux sont mélangés instantanément et vigoureusement, réagissant pour former de la mousse, un processus qui génère une quantité considérable de chaleur.

La mousse plastique est un matériau poreux avec une grande surface. Si la chaleur générée sur les bords de la mousse peut se dissiper, la chaleur dans la partie centrale, du fait de l’effet isolant de la mousse, est plus difficile à évacuer. Dans une réaction typique, la chaleur dégagée élève la température du centre du bloc de mousse pour obtenir le durcissement. Il a été observé que dans les 2 à 6 heures suivant le moussage, les températures peuvent monter jusqu'à 140-160 ° C, et parfois même plus haut, autour 180 ° C. Si la température continue d’augmenter, cela peut entraîner une combustion du cœur, de la fumée et même une combustion spontanée.

De plus, une exposition prolongée de la mousse de polyuréthane au soleil peut déclencher une réaction d’auto-oxydation, provoquant une dégradation, une décoloration, une fragilisation du polymère et une diminution de ses propriétés physiques, la rendant inutilisable. Depuis l’industrialisation du polyuréthane, la combustion et le vieillissement du noyau sont des sujets de recherche et de préoccupation brûlants dans l’industrie du polyuréthane.

Les antioxydants sont des additifs essentiels dans la production de mousse de polyuréthane. Des antioxydants appropriés empêchent la décomposition des polyols, réduisent la formation de sous-produits, diminuent le risque de brûlure du noyau et peuvent retarder le vieillissement thermique oxydatif pendant l'utilisation du produit, prolongeant ainsi sa durée de vie. Les antioxydants couramment utilisés pour la mousse PU sont généralement liquides et se répartissent en trois catégories : les amines aromatiques (telles que le 5057), les phénols encombrés (tels que le 1135) et les esters de phosphite (tels que le PDP). Pour les applications avec de faibles exigences de couleur, une combinaison d'amines aromatiques et de phénols encombrés est généralement utilisée, tandis que les applications avec des exigences de couleur plus élevées peuvent utiliser une combinaison de phénols encombrés et d'esters de phosphite.

De plus, si les produits sont fréquemment exposés au soleil, une certaine quantité de stabilisants UV doit être ajoutée pour améliorer la durée de vie et la résistance au jaunissement. Les stabilisants UV sont principalement constitués d'absorbeurs UV et de stabilisants à la lumière à base d'amines encombrées (HALS). Les absorbeurs d'UV, tels que les benzotriazoles, les benzophénones et les triazines, absorbent les rayons UV nocifs et les convertissent en chaleur par transfert intramoléculaire de liaisons hydrogène ou isomérisation cis-trans. HALS fait référence aux amines avec deux groupes méthyle sur chacune α -atome de carbone qui, après photooxydation, se transforme en radicaux nitroso. Ces radicaux sont considérés comme des composants stables capables de capter les radicaux libres et de régénérer les radicaux nitroso en réagissant avec les radicaux peroxydes. Les agents bloquant les UV comprennent le noir de carbone, l'oxyde de zinc, le dioxyde de titane et d'autres pigments utilisés comme colorants. Ces agents utilisent leur haute dispersibilité et leur pouvoir couvrant pour réfléchir les rayons UV nocifs, protégeant ainsi le polymère.

Vous êtes-vous déjà demandé comment se forme la mousse plastique polyuréthane ? Dans l’article précédent, nous avons révélé les réactions de base qui se cachent derrière : les isocyanates, les polyéthers (ou polyesters) polyols et l’eau travaillent tous ensemble pour créer cette substance magique. Alors, cela signifie-t-il que dans la production réelle, nous n’avons besoin que de ces trois matières premières ? La réponse est loin de là. Dans notre processus de production actuel, afin de contrôler plus précisément la vitesse de réaction et de produire des produits offrant d’excellentes performances, nous devons souvent exploiter la puissance de divers additifs. Ces additifs ont non seulement de nombreuses applications, mais peuvent également jouer un rôle important en rendant notre processus de production plus efficace et plus stable.

Tensioactifs / Huile de silicone

Les tensioactifs, également appelés huiles de silicone, sont également appelés stabilisants de mousse. Dans le processus de production de mousse polyuréthane, son rôle est crucial. La fonction fondamentale de l'huile de silicone est de réduire la tension superficielle du système moussant, améliorant ainsi la miscibilité entre les composants, ajustant la taille des bulles, contrôlant la structure des bulles et améliorant la stabilité de la mousse. En outre, il a également la responsabilité d’empêcher l’effondrement de la mousse. On peut donc dire que l’huile de silicone joue un rôle indispensable dans la production de mousse de polyuréthane.

Catalyseurs

Les catalyseurs jouent un rôle crucial dans le processus de synthèse du polyuréthane, principalement en accélérant la réaction entre les isocyanates, l'eau et les polyols. Cette réaction est une réaction de polymérisation typique. Sans la présence de catalyseurs, cette réaction peut se dérouler très lentement, voire pas du tout. Actuellement, les catalyseurs sur le marché sont principalement divisés en deux types : les catalyseurs aminés et les catalyseurs métalliques organiques. Les catalyseurs aminés sont des composés à base d'atomes d'azote, qui peuvent favoriser efficacement la réaction de polymérisation du polyuréthane. Les catalyseurs métalliques organiques, quant à eux, sont des composés qui affectent particulièrement la réaction entre les polyols et les isocyanates lors de la formation de polyuréthane, généralement des composés organostanniques. La caractéristique de ces catalyseurs réside dans leur capacité à contrôler avec précision le processus de réaction, ce qui donne un produit final plus uniforme et plus stable.

Agents gonflants

Les agents gonflants sont des substances qui génèrent du gaz lors de la réaction du polyuréthane et contribuent à la formation de mousse. Selon la manière dont le gaz est généré, les agents gonflants sont généralement divisés en agents gonflants chimiques et agents gonflants physiques. Les agents gonflants chimiques font référence à des substances qui subissent des modifications chimiques au cours de la réaction, génèrent des gaz et favorisent la formation de mousse. De nombreuses substances courantes dans notre vie quotidienne sont en réalité des agents gonflants chimiques, comme l'eau. Les agents gonflants physiques, quant à eux, sont des substances qui génèrent du gaz par des moyens physiques. Par exemple, le dichlorométhane (MC) est un agent gonflant physique courant.

Autres additifs

S'appuyer uniquement sur des matières premières de base est loin d'être suffisant pour que les produits aient des performances exceptionnelles. Afin de répondre aux différents besoins, d’autres additifs sont intelligemment incorporés au processus de production, et leur rôle ne doit pas être sous-estimé. Par exemple, les retardateurs de flamme peuvent ajouter une résistance aux flammes aux produits, les agents de réticulation peuvent améliorer leur stabilité, les colorants et les charges peuvent donner aux produits une apparence et une texture plus colorées, et divers autres additifs ayant des fonctions différentes jouent également leur rôle. Ce sont ces additifs soigneusement sélectionnés qui améliorent considérablement les performances des produits et offrent aux utilisateurs une meilleure expérience utilisateur.