La mousse de polyuréthane (mousse PU) est principalement constituée de polyuréthane comme composant principal. Les matières premières comprennent principalement des polyisocyanates et des polyols, auxquels sont ajoutés divers additifs, dont les plus importants sont une série d'agents moussants liés au processus de moussage. Ces additifs conduisent à la production d’une quantité importante de mousse dans le produit de réaction, donnant lieu à des produits en mousse de polyuréthane. Cet article donne un bref aperçu des matières premières utilisées dans la production de mousse PU et des agents moussants.


1.Polyisocyanates


Les polyisocyanates les plus couramment utilisés dans la production industrielle de mousses de polyuréthane comprennent le diisocyanate de toluène (TDI), le polyméthylène polyphénylisocyanate (PAPI), le diisocyanate de diphénylméthane (MDI) et le MDI liquide (L-MDI).



TDI


Le TDI est principalement utilisé dans la production de mousses flexibles de polyuréthane. Le MDI a une réactivité plus élevée que le TDI, une volatilité plus faible, et certaines formes modifiées de MDI peuvent être utilisées comme substituts au TDI dans la production de mousses de polyuréthane flexibles, y compris la mousse de polyuréthane haute densité et la fabrication d'élastomères de polyuréthane semi-rigides ou microcellulaires.


Le PAPI, également connu sous le nom de MDI brut ou MDI polymérisé, a généralement un poids moléculaire moyen allant de 30 à 400, avec une teneur en NCO de 31 % à 32 %. Dans le domaine des mousses plastiques, le PAPI et le PAPI modifié sont principalement utilisés pour produire diverses mousses rigides de polyuréthane, certaines étant également utilisées dans la production de mousses flexibles à haut rebond, de mousses à peau intégrale et de mousses semi-rigides. Le PAPI peut être mélangé au TDI pour fabriquer des mousses plastiques durcies à froid et à rebond élevé.


2. Polyols polyéther et polyester


2.1 Polyols polyéther


Les polyéthers polyols utilisés pour produire des mousses flexibles de polyuréthane sont généralement des polyéthers à longue chaîne et à faible fonctionnalité. Dans la formulation de mousses souples, la fonctionnalité des polyéther polyols est généralement comprise entre 2 et 3, avec un poids moléculaire moyen allant de 2000 à 6500. Les triols de polyéther sont le plus souvent utilisés dans les mousses flexibles, généralement initiés avec du glycérol (propane-1,2,3-triol) et obtenus par polymérisation par ouverture de cycle avec du 1,2-époxy propane ou par copolymérisation avec une petite quantité d'oxyde d'éthylène, avec un poids moléculaire généralement compris entre 3000 et 7000.



Polyols de polyéther


Les polyéther polyols à haute activité sont principalement utilisés pour les mousses flexibles à haut rebond et peuvent être utilisés dans la production de mousses semi-rigides et d'autres produits en mousse. Certains polyéther diols peuvent être utilisés comme matériaux auxiliaires, mélangés à des polyéther triols dans des formulations de mousse flexible. Des polyétherpolyols à faible insaturation et à poids moléculaire élevé sont utilisés pour la production de mousses souples, réduisant ainsi la quantité de TDI requise.


Les polyéther polyols utilisés dans les formulations de mousse rigide sont généralement des polyéther polyols à haute fonctionnalité et à indice d'hydroxyle élevé pour obtenir une réticulation et une rigidité suffisantes. L'indice d'hydroxyle des polyéther polyols pour les formulations de mousse rigide est généralement compris entre 350 et 650 mg KOH/g, avec une fonctionnalité moyenne de 3 ou plus. Les formulations de mousse rigide utilisent souvent une combinaison de deux types de polyéther polyols, avec un indice d'hydroxyle moyen d'environ 4 000 mg KOH/g.


Les formulations de mousse semi-rigide utilisent souvent certains polyéthers de poids moléculaire élevé, en particulier des polyéther triols à haute activité, et certains polyéther polyols de faible poids moléculaire à haute fonctionnalité provenant de formulations de mousse rigide.

2.2Polyesters polyols


Des polyester-polyols aliphatiques de faible viscosité, tels que des adipates-diols d'hexanediol ayant un indice d'hydroxyle d'environ 56 mg KOH/g, ou des polyester-polyols légèrement ramifiés, peuvent être utilisés pour produire des mousses flexibles de polyuréthane à base de polyester. Les polyester-polyols ont une réactivité élevée. Actuellement, la mousse de polyuréthane en blocs à base de polyester n'est utilisée que dans quelques domaines, comme les matériaux auxiliaires pour les vêtements.



Polyols de polyester


Les polyester-polyols aromatiques, synthétisés à partir d'acides dicarboxyliques (tels que l'anhydride phtalique, l'acide téréphtalique, etc.) et de diols à petites molécules (tels que l'éthylène glycol, etc.) ou de polyols, sont utilisés pour produire des mousses rigides de polyuréthane et des mousses rigides de polyisocyanurate. Les polyester-polyols à faible valeur d'hydroxyle dérivés de l'anhydride phtalique peuvent également être utilisés pour les mousses flexibles à haut rebond, les mousses à peau intégrale, les mousses semi-rigides et les matériaux polyuréthanes non moussants.

2.3 Polyols polymères


Les polyols polymères, notamment le styrène rigide, les homopolymères d'acrylonitrile, les copolymères et les polymères greffés, agissent comme des « charges » organiques pour améliorer les performances de charge. Les polyols polymères sont utilisés dans la production de mousses en blocs flexibles de haute dureté, de mousses à rebond élevé, de mousses flexibles thermoplastiques, de mousses semi-rigides, de mousses auto-peau et de produits moulés par injection-réaction (RIM). Ils peuvent réduire l'épaisseur du produit, réduire la densité de la mousse pour réduire les coûts, augmenter l'ouverture des cellules en mousse plastique et conférer des propriétés ignifuges aux produits.



Polyols polymères


Les polyols de polyurée (dispersions PHD) constituent une classe spéciale de polyols modifiés par des polymères utilisés dans les mousses flexibles à haut rebond, les mousses semi-rigides et les mousses souples, mais leur présence sur le marché est limitée.


Il existe également des polyols spéciaux utilisés pour la production de mousses de polyuréthane, tels que les polyols à base d'huile végétale, les polyols de polyester à base de colophane et les polyesters polymères. Ceux-ci ne sont pas décrits en détail dans cet article.

Polyéther Polyol : indice d'hydroxyle 36, hydroxyle primaire > 65%, 60%.


Polyol polymère : indice d'hydroxyle 28, copolymère 20 %, 40 %.


Eau : 3%.


80TDI et MDI polymère (viscosité 300mpa) : 80:20.


T12: 0.025%.


A33: 0.4%.


Huile de silicone HR-3 : 1 %.


Agent de réticulation HA-1 : 6 %.


Di(b-diméthylaminoéthyl)Éther : 0,15 %.

Hydroxyde d'aluminium


Également connue sous le nom d’alumine hydratée. L'hydroxyde d'aluminium utilisé comme ignifugeant est principalement de l'alumine @-tri-hydratée. Il se présente sous la forme d’une fine poudre cristalline blanche avec une taille moyenne de particules de 1 à 20 micromètres. Sa densité relative est de 2,42, son indice de réfraction est de 1,57 et le pH de la boue à 30 % est de 9,5 à 10,5. La température d'initiation de la déshydratation est de 200 degrés Celsius, avec une chaleur d'absorption de 2,0 KJ/G.


Lors de la combustion, il libère une grande quantité d'eau chimiquement combinée, absorbe une quantité considérable de chaleur, ralentit la vitesse de dégradation thermique du polymère, réduit la température de surface du matériau, retarde et supprime la combustion du substrat. Il générera une grande quantité de vapeur sur la surface du substrat, diluant l'oxygène dans la zone de combustion, réduisant ainsi la concentration de fumée et de gaz toxiques inflammables. L'oxyde d'aluminium généré lors de la combustion peut favoriser la formation d'une couche protectrice carbonisée sur la surface du polymère.



Mélamine


Communément appelé mélamine, il s’agit d’un cristal monoclinique blanc à faible toxicité, ininflammable et avec un point de fusion de 354 degrés Celsius. Il subit une sublimation endothermique et une décomposition rapide sous forte chaleur. À des températures comprises entre 250 et 450 degrés Celsius, il peut absorber une grande quantité de chaleur et libérer de l'azote lors de la décomposition, ralentissant ainsi le taux de combustion du matériau. En même temps, il forme une couche barrière carbonisée sur la surface du substrat, agissant comme ignifuge. Cependant, il existe certains problèmes de dispersion et doivent donc être utilisés en combinaison. Lorsqu'elle est utilisée comme ignifuge, la décomposition à haute température peut produire du gaz cyanure toxique.



Ignifuge organophosphoré


Tris(1,3-dichloro-2-propyl)phosphate (TDCPP)


Un liquide visqueux transparent jaune pâle. Il contient 7,2 % de phosphore et 49,4 % de chlore, avec un point d'éclair de 251,7 degrés Celsius, un point d'inflammation de 282 degrés Celsius et une température de combustion spontanée de 514 degrés Celsius. Il commence à se décomposer à 230 degrés Celsius et est soluble dans les alcools, le benzène, le tétrachlorure de carbone, etc. Lorsqu'il est utilisé à 5 %, il peut atteindre des propriétés auto-extinguibles, et à 10 %, il peut rendre le matériau auto-extinguible ou ininflammable, tout en ayant également des propriétés de résistance à l'eau, à la lumière et antistatiques.



Polyol polyéther ignifuge


1. Ingrédients de la formule:


Polyéther polyol 3050 : Mn3000 ;


Polyéther polyol ignifuge : indice d'hydroxyle 28, fraction massique solide ignifuge 23 % ;


Huile de silicone : L580


Solution de triéthylène diamine : Fraction massique 33 % ;


Solution d'octoate d'étain : Fraction massique 33 % ;


TDI : qualité industrielle

Conditions de test:


1. Le moussage rapide est prélevé au centre de la mousse, tandis que les échantillons de mousse moulée sont prélevés dans la partie centrale ou pour des tests sur des échantillons entiers.


2. La mousse nouvellement fabriquée doit être mûrie pendant 72 heures dans son état naturel avant d'être échantillonnée. Les échantillons doivent être placés dans un environnement à température et humidité constantes (conformément à GB/T2918: 23
±
2
℃

, humidité relative 50
±
5%).



Densité

: Densité = Masse (kg) / Volume (m3)



Dureté

: Déflexion sous charge d'indentation (ILD), déflexion sous charge de compression (CLD)


La principale différence entre ces deux méthodes de test réside dans la zone de chargement de la mousse plastique. Dans le test ILD, l'échantillon est soumis à une surface comprimée de 323 cm2, tandis que dans le test CLD, l'échantillon entier est compressé. Ici, nous discuterons uniquement de la méthode de test ILD.


Dans le test ILD, la taille de l'échantillon est de 38*38*50 mm, avec un diamètre de tête de test de 200 mm (avec un coin rond de R=10 sur le bord inférieur) et une plaque de support avec des trous de 6 mm espacés de 20 mm. La vitesse de chargement de la tête de test est (100
±
20) mm/min. Initialement, une pression de 5N est appliquée comme point zéro, puis l'échantillon est comprimé à 70 % de son épaisseur au point zéro et déchargé à la même vitesse. Ce chargement et ce déchargement sont répétés trois fois en préchargement, puis immédiatement comprimés à la même vitesse. Les épaisseurs de compression sont 25
±
1% et 65
±
1%. Après avoir atteint la déformation, maintenez pendant 30
±
1s et enregistrez la valeur d’indentation relative. La valeur enregistrée est la dureté d'indentation à ce niveau de compression.


De plus, 65 % ILD / 25 % ILD = taux de compression, qui est une mesure du confort de la mousse.



Résistance à la traction, allongement à la rupture

: Désigne la contrainte de traction maximale appliquée lors de l'essai de traction jusqu'à la rupture, et le pourcentage d'allongement de l'échantillon à la rupture.


Résistance à la traction = Charge à la rupture / Surface de la section transversale originale de l'échantillon


Allongement à la rupture = (Distance de rupture - Distance d'origine) / Distance d'origine * 100 %



La force des larmes

: Mesure la résistance du matériau à la déchirure en appliquant une force de déchirure spécifiée sur un échantillon de forme définie.


Taille de l'échantillon : 150*25*25 mm (GB/T 10808), avec la direction de l'épaisseur de l'échantillon comme direction de montée de la mousse. Une incision de 40 mm de long est pratiquée dans le sens de l’épaisseur (sens de montée de la mousse) au centre d’une extrémité de l’échantillon. Mesurez l'épaisseur dans le sens de l'épaisseur de l'échantillon, puis ouvrez l'échantillon et fixez-le dans le support de la machine de test. Appliquez la charge à une vitesse de 50 à 20 mm/min, en utilisant une lame pour couper l'échantillon, en gardant la lame en position centrale. Enregistrez la valeur maximale lorsque l'échantillon se brise ou se déchire à 50 mm.


Résistance à la déchirure = valeur de force maximale (N) / épaisseur moyenne de l'échantillon (cm)


Habituellement, trois échantillons sont testés et la moyenne arithmétique est établie.



Résilience

: Mesure les performances de rebond de la mousse en permettant à une bille d'acier d'un diamètre et d'un poids donnés de tomber librement sur la surface de l'échantillon de mousse plastique à partir d'une hauteur spécifiée. Le rapport entre la hauteur de rebond et la hauteur de chute de la bille d'acier indique la résilience de la mousse.


Exigences du test : taille de l'échantillon 100*100*50 mm, la direction de chute de la balle doit être cohérente avec la direction d'utilisation de la mousse. La taille de la bille d'acier est

∮

164 mm, pèse 16,3 g et tombe d'une hauteur de 460 mm.


Taux de résilience = Hauteur de rebond de la bille d'acier / Hauteur de chute de la bille d'acier * 100 %


Remarque : les échantillons doivent être horizontaux, la bille d'acier doit être fixée avant de tomber (statique), chaque échantillon est testé trois fois à intervalles de 20 s et la valeur maximale est enregistrée.



Déformation permanente par compression

: Dans un environnement constant, l'échantillon de matériau en mousse est maintenu sous déformation constante pendant une certaine période, puis on le laisse récupérer pendant un certain temps, en observant l'effet de la déformation sur l'épaisseur de l'échantillon. Le rapport entre la différence entre l'épaisseur initiale et l'épaisseur finale de l'échantillon et l'épaisseur initiale représente la déformation permanente par compression de la mousse plastique.


Déformation permanente par compression = (Épaisseur initiale de l'échantillon - Épaisseur finale de l'échantillon) / Épaisseur initiale de l'échantillon * 100



Résistance au feu



COV (Composés Organiques Volatils)

Densité:


A. Les mousses flexibles PU à haute densité ont de nombreux petits pores, semblant plus remplis. Cependant, plus la densité est élevée, plus l’absorption d’eau est faible.


B. Généralement, les mousses flexibles PU à haute densité ont également une dureté élevée, mais il n'est pas exclu que certaines mousses haute densité puissent ajouter des additifs super doux, rendant l'éponge très douce. Par conséquent, les mousses flexibles PU de même densité peuvent avoir différents degrés de douceur ou de dureté.


C. Les mousses haute densité sont souvent utilisées pour le coton insonorisant, les coussins de canapé, les matériaux d'emballage souples, etc. Les mousses de moyenne et basse densité sont généralement utilisées pour les matériaux de protection.



Résilience:


A. Mousses à rebond lent, également appelées mousses inertes, mousses à mémoire de forme, mousses à sensation zéro pression, etc. Les mousses à rebond lent ont une structure en « nid d'abeilles », elles ne peuvent donc pas reprendre rapidement leur forme initiale après avoir été compressées.


B. Caractéristiques des mousses à rebond lent : bonne absorption d’eau, performances d’isolation phonique ; forte ténacité, haute résistance à la traction, bonne absorption des chocs et performances d'amortissement ; bonne isolation thermique et isolation thermique, peut résister au froid et à la chaleur intenses.


C. Les mousses à haut rebond ont un mélange de tailles de pores, de différentes épaisseurs de squelette et un taux de trous ouverts élevé. Lorsqu'ils sont comprimés, ils produisent des forces de rebond avec différentes forces de soutien dans différents états de déformation.


D. Les mousses à haut rebond ont une résilience et une respirabilité extrêmement fortes ; excellentes performances anti-fatigue et ignifuges ; la sensation est similaire à celle d'une surface en latex.