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  Brûlure du noyau (température centrale dépassant la température d'oxydation du matériau)

A  Polyols polyéther de mauvaise qualité : humidité excessive, teneur élevée en peroxyde, impuretés à point d'ébullition élevé, concentration élevée en ions métalliques, utilisation inappropriée d'antioxydants.

B  Problèmes de formulation : indice TDI élevé dans les formules à faible densité, rapport eau/agents gonflants physiques inapproprié, agent gonflant physique insuffisant, excès d'eau.

C  Impact climatique : températures estivales élevées, dissipation thermique lente, températures élevées des matériaux, humidité élevée conduisant à une température centrale dépassant la température d'oxydation.

D  Stockage inapproprié : augmentation de l'indice TDI entraînant une accumulation de chaleur pendant le post-durcissement, entraînant une température interne élevée et une brûlure du noyau.

2  Grande déformation par compression

A  Polyéther Polyol : Fonctionnalité inférieure à 2,5, taux d'oxyde de propylène supérieur à 8 %, proportion élevée de composants de faible poids moléculaire, insaturation supérieure à 0,05 mol/kg.

B  Conditions du procédé : La température du centre de réaction est trop basse ou trop élevée, un post-durcissement médiocre, une réaction incomplète ou un grillage partiel.

C  Formule de procédé : indice TDI trop faible (contrôlé entre 105 et 108), excès d'huile de silicone, d'octoate stanneux et d'huile de silicone, faible teneur en air de mousse, teneur élevée en cellules fermées.

3  Mousse souple (diminution de la dureté à même densité)

A  Polyéther polyols : faible fonctionnalité, faible indice d'hydroxyle, poids moléculaire élevé.

B  Formulation du procédé : octoate T9 insuffisant, réaction de gélification lente, teneur en eau inférieure avec la même quantité de catalyseur à l'étain, quantité plus élevée d'agents gonflants physiques, dosage élevé d'huile de silicone hautement active, faible indice TDI.

4  Grande taille de cellule

A  Mauvais mélange : mélange inégal, temps de crème court ; augmentez la vitesse de la tête de mélange, réduisez la pression de la tête de mélange, augmentez l'injection de gaz.

B  Formulation du procédé : huile de silicone en dessous de la limite inférieure, étain octoate de qualité insuffisante ou de mauvaise qualité, vitesse de gélification lente.

5  Densité supérieure à la valeur définie

A  Polyols polyéthers : faible activité, poids moléculaire élevé.

B  Formulation du procédé : huile de silicone en dessous de la limite inférieure, faible indice TDI, faible indice de mousse.

C  Conditions climatiques : basse température, haute pression. Une augmentation de 30 % de la pression atmosphérique augmente la densité de 10 à 15 %.

6  Cellules et creux effondrés (taux de dégagement de gaz supérieur au taux de gélification)

A  Polyols de polyéther : indice d'acide excessif (affecte la vitesse de réaction), impuretés élevées, faible activité, poids moléculaire élevé.

B  Formulation du procédé : excès d'amine, faible teneur en étain du catalyseur (mousse rapide et gélification lente), faible indice TDI, huile de silicone insuffisante ou inefficace.

C  Machine à mousser basse pression : réduire l'injection de gaz et la vitesse de la tête de mélange.

7  Rapport élevé de cellules fermées

A  Polyéther polyols : rapport époxy-éthane élevé, activité élevée, se produit souvent lors du passage à des polyéther polyols avec différents niveaux d'activité.

B  Formulation du procédé : excès d'octoate d'étain, activité isocyanate élevée, degré de réticulation élevé, vitesse de réticulation élevée, amine excessive et agents gonflants physiques conduisant à une faible pression de mousse, élasticité élevée de la mousse entraînant une mauvaise ouverture des cellules, indice TDI trop élevé conduisant à des cellules fermées élevées. rapport.

8  Retrait (taux de gélification supérieur au taux de moussage)

A  Rapport élevé de cellules fermées, retrait lors du refroidissement.

B  Conditions de traitement : basse température de l’air et du matériau.

C  Formulation du procédé : excès d'huile de silicone, moins d'amine, plus d'étain, faible indice TDI.

D  Machine à mousser basse pression : augmenter la vitesse de la tête de mélange, augmenter l'injection de gaz.

9  Fissuration

A  " 八 " Les fissures en forme indiquent un excès d'amine, les fissures à une seule ligne indiquent un excès d'eau.

B  Fissures moyennes et inférieures : amine excessive, taux de mousse rapide (agent gonflant physique excessif, mauvaise qualité de l'huile de silicone et du catalyseur).

C  Fissures supérieures : taux de gélification de dégagement de gaz déséquilibré (basse température, basse température du matériau, catalyseur insuffisant, moins d'amine, mauvaise qualité de l'huile de silicone).

D  Fissures internes : basse température de l'air, température centrale élevée, faible indice TDI, étain excessif, résistance élevée au moussage précoce, huile de silicone hautement active en petites quantités.

E  Fissures latérales médianes : Augmenter le dosage d’étain.

F  Les fissures tout au long du processus peuvent être dues à des divergences dans la chute de la plaque et la réaction de moussage, à un moussage prématuré ou à des plaques incorrectes. Outre la formulation, cela concerne également la douceur du papier de base ; si le papier de base est froissé, il peut diviser le liquide en plusieurs parties, provoquant des fissures.

10  Structure cellulaire floue

A  Vitesse d'agitation excessive.

B  Volume d'injection d'air élevé.

C  Débit de la pompe doseuse inexact.

D  Conduites de matériaux et filtres obstrués.

11  Fissures du bord inférieur (amine excessive, taux de mousse rapide)

Surface à pores dilatés : agent gonflant physique excessif, mauvaise qualité de l'huile de silicone et du catalyseur.

12  Mauvaises performances à basse température

Mauvaise qualité inhérente des polyéther polyols : faible indice d'hydroxyle, faible fonctionnalité, insaturation élevée, faible indice TDI avec la même utilisation de l'étain.

13  Mauvaise ventilation

A  Conditions climatiques : basse température.

B  Matières premières : haute teneur en polyéther polyol, huile de silicone hautement active.

C  Formulation du procédé : excès d'étain, ou faible teneur en étain et en amine avec la même utilisation d'étain, indice TDI élevé.

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.

La mousse plastique souple polyuréthane est l’un des produits importants de l’industrie du polyuréthane. Sa production implique nécessairement l'utilisation de catalyseurs aminés organiques, notamment de catalyseurs aminés organiques tertiaires. En effet, les catalyseurs d'amines tertiaires organiques jouent un rôle important dans les principales réactions de formation de la mousse de polyuréthane : les réactions de dioxyde de carbone et de polymérisation moléculaire, favorisant l'expansion rapide des mélanges réactionnels, l'augmentation de la viscosité et la forte augmentation du poids moléculaire du polymère. Ces conditions sont essentielles à la formation de corps en mousse, garantissant que les mousses plastiques souples présentent des avantages tels qu'une faible densité, un rapport résistance/poids élevé, une résilience élevée et un confort d'assise et de couchage. Il existe de nombreux types de catalyseurs aminés organiques qui peuvent être utilisés pour les plastiques en mousse souple de polyuréthane. Parmi eux, les catalyseurs très efficaces reconnus par différents fabricants sont : la triéthylène diamine (TDEA) et le bis(diméthylaminoéthyl)éther (appelé A1). Ce sont également les catalyseurs à base d’amines organiques les plus utilisés dans le monde aujourd’hui, avec la consommation la plus élevée parmi les différents catalyseurs.

En raison des différences structurelles moléculaires entre les catalyseurs TDEA et A1, il existe des différences significatives dans leurs performances catalytiques, en particulier dans leurs réactions au dioxyde de carbone et à la polymérisation moléculaire. Si l’utilisateur ne prête pas attention à ces différences de production, non seulement il ne parviendra pas à fabriquer des produits en mousse qualifiés, mais il sera également difficile pour les corps en mousse de se former. Par conséquent, comprendre et maîtriser les différences de performances entre ces deux catalyseurs dans la production de mousse de polyuréthane revêt une grande importance. Le TDEA existe à l’état solide dans des conditions normales, ce qui rend son application moins pratique. Dans la production réelle, des composés alcooliques de faible poids moléculaire sont couramment utilisés comme solvants, formulés en solutions à 33 % pour faciliter leur utilisation, communément appelées A33. En revanche, A1 est un liquide de faible viscosité pouvant être appliqué directement. Vous trouverez ci-dessous une comparaison des différences de performances catalytiques entre A1 et A33 dans la production de mousses plastiques souples en polyuréthane.

L'A33 a une fonction catalytique de 60 % pour la réaction avec le dioxyde de carbone et une fonction catalytique de 40 % pour la polymérisation moléculaire. Il a un faible taux d'utilisation efficace du dioxyde de carbone, ce qui entraîne une hauteur de mousse plus faible et une densité de mousse plus élevée. Étant donné que la majeure partie de la fonction catalytique est utilisée pour les réactions de polymérisation moléculaire, il est facile de produire des corps en mousse à cellules fermées, rigides avec un faible rebond, et la gamme réglable de catalyseurs à l'étain devient plus étroite. Pour obtenir la même fonction catalytique, la quantité utilisée est 33 % supérieure à celle de A1. La peau inférieure et la peau extérieure du corps en mousse sont plus épaisses. L'augmentation de la quantité peut augmenter la vitesse de réaction, mais la quantité de catalyseur à l'étain doit être réduite en conséquence, sinon des corps en mousse à cellules fermées seront produits.

A1 a une fonction catalytique de 80 % pour la réaction avec le dioxyde de carbone gazeux et une fonction catalytique de 20 % pour la polymérisation moléculaire. Il a un taux d'utilisation efficace élevé du dioxyde de carbone, ce qui entraîne une hauteur de mousse plus élevée et une densité de mousse plus faible. Étant donné que la majeure partie de la fonction catalytique est utilisée pour les réactions de génération de gaz, il est facile de produire des corps en mousse à cellules ouvertes, souples avec un rebond élevé, et la gamme réglable de catalyseurs à l'étain s'élargit. Pour obtenir la même fonction catalytique, la quantité utilisée est inférieure à A33. La peau inférieure et la peau extérieure du corps en mousse sont plus fines. L'augmentation de la quantité peut augmenter la vitesse de réaction, mais la quantité de catalyseur à l'étain doit être augmentée en conséquence, sinon une formation excessive de mousse et des fissures peuvent se produire.

En termes de performances globales entre TDEA et A1, A1 a des performances catalytiques globales plus élevées que la triéthylène diamine. Ses effets d'application réels sont également meilleurs, bien qu'ils ne soient pas aussi pratiques que la triéthylène diamine en termes de transport et de stockage. Actuellement, la grande majorité des installations de production mécanique de mousse continue utilisent presque exclusivement du A1, tandis que toutes les installations de production de mousse de type caisson utilisent du TDEA. Toutefois, cela n’est pas absolu. Avec une compréhension claire des différences entre les deux et des ajustements de formulation appropriés, ils peuvent être interchangeables et les deux peuvent produire d’excellents produits en mousse.

Dans les mousses flexibles de polyuréthane, le dichlorométhane (MC) est souvent utilisé pour ajuster la densité et la dureté de la mousse. Avec un point d'ébullition de seulement 40.4 ° C, pendant le moussage, la réaction de l'eau et du TDI génère une grande quantité de chaleur, provoquant l'évaporation du MC en gaz, dilatant ainsi le corps de la mousse et réduisant la densité de la mousse.

La vaporisation du MC consomme beaucoup de chaleur, ce qui peut dans certains cas affecter le processus de moussage de la mousse. Les deux figures suivantes montrent les changements dans la température maximale de la mousse et le temps nécessaire pour l'atteindre après avoir ajouté différentes quantités de MC à une formule spécifique.

À partir des graphiques, on peut observer qu'après l'ajout de MC, la température maximale de la mousse diminue considérablement et le temps nécessaire pour atteindre la température maximale augmente également.

Il ne s’agit que de changements de données, mais comment se manifestent-ils au cours du processus de moussage proprement dit ? Pour comprendre cela, examinons brièvement le processus de réaction du polyuréthane.

La réaction principale dans le moussage du polyuréthane est la réaction de l'eau et de l'isocyanate pour produire du dioxyde de carbone et de l'amine, et la réaction du polyéther polyol et de l'isocyanate pour produire du polyuréthane. Il existe cependant de nombreuses réactions secondaires, résumées comme des réactions génératrices d'uréthane et des réactions génératrices d'urée.

Les réactions secondaires modifient la structure moléculaire du polymère de linéaire à réticulée. En raison des différentes conditions de réaction et des matières premières, la structure du polyuréthane peut varier considérablement. En général, plus il y a de réactions secondaires, plus la structure réticulée est complexe, ce qui entraîne une dureté accrue et une résistance à la déchirure améliorée. Bien entendu, la résistance au jaunissement s’améliore également, mais c’est un autre sujet. L'augmentation de l'indice de moussage renforcera les réactions secondaires.

Cela dit, qu'est-ce que cela a à voir avec MC ? Les réactions secondaires sont toutes des réactions endothermiques, nécessitant une absorption de chaleur. Cependant, la vaporisation du MC nécessite également une grande quantité de chaleur, créant ainsi un rapport de concurrence. L'ajout d'une grande quantité de MC affaiblira considérablement les réactions secondaires, augmentant la proportion de structures linéaires dans la mousse, la rendant plus douce et diminuant la plasticité thermique.

Même par temps froid en hiver, il convient de prêter attention à ce problème. Augmenter correctement la teneur en eau dans la formule pour générer plus de chaleur permet de maintenir les propriétés physiques de la mousse sans changements significatifs.