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.

14. Mauvais rebond

A  Matières premières : polyéther polyols à haute activité, faible poids moléculaire, huile de silicone hautement active.

B  Formulation du procédé : teneur élevée en huile de silicone, étain excessif, teneur élevée en eau avec la même utilisation d'étain, indice TDI élevé, grande quantité d'huile blanche et de poudre.

15  Mauvaise résistance à la traction

A  Matières premières : polyols de polyéther de faible poids moléculaire excessifs, faible indice de fonctionnalité hydroxyle.

B  Formulation du procédé : étain insuffisant, mauvaise réaction de gélification, indice TDI élevé avec la même utilisation d’étain, faible teneur en eau, faible réticulation.

16  Fumée pendant la formation de mousse

Un excès d'amine libère une grande quantité de chaleur pendant la réaction de l'eau et du TDI, provoquant l'évaporation des substances à bas point d'ébullition et de la fumée. Si ce n’est pas le noyau, la fumée se compose principalement de TDI, de substances à faible point d’ébullition et de cycloalcanes monomères dans des polyéthers polyols.

17  Mousse avec des stries blanches

Réaction de moussage et de gélification rapide mais transfert lent en moussage continu, résultant en une couche dense due à une compression localisée, provoquant des stries blanches. Augmentez la vitesse de transfert ou abaissez la température du matériau, réduisez l'utilisation du catalyseur.

18  Mousse cassante

Un excès d'eau dans la formulation entraîne une formation excessive de biuret, qui ne se dissout pas dans l'huile de silicone. Mauvaise utilisation du catalyseur à l'étain, réaction de réticulation insuffisante, teneur élevée en polyéther-polyols de faible poids moléculaire, température de réaction élevée provoquant une rupture des liaisons éther et une diminution de la résistance de la mousse.

19  Densité de mousse inférieure à la valeur définie

L'indice de mousse est trop élevé en raison d'une mesure inexacte, d'une température élevée et d'une basse pression.

20  Moussage avec la peau, la peau des bords et l'air inférieur

Étain excessif, amine insuffisante, taux de mousse lent, taux de gélification rapide, basse température pendant le moussage continu.

21  Taux d'allongement trop élevé

A  Matières premières : polyéther polyols à haute activité, faible fonctionnalité.

B  Formulation du procédé : faible indice TDI, réticulation insuffisante, teneur élevée en étain

22  Mousse incontrôlée (petites bulles se déplaçant rapidement sous la surface) )

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

B  Machine à mousser haute pression : augmenter la pression de la tête de mélange.

23.Lignes mobiles laiteuses

A  Augmenter la vitesse du convoyeur

B  Ajustez l’inclinaison de la plaque de coussin.

C  Réduire l’utilisation de catalyseurs aminés

24.Refoulement du matériau inséré

A  Augmenter la vitesse du convoyeur

B  Ajustez l’inclinaison de la plaque de coussin.

C  Augmentez l’utilisation de catalyseurs aminés.

25.Moon Pits

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

B  Machine à mousser haute pression : augmenter la pression de la tête de mélange.

C  Qualité de l'huile de silicone problème.

D  Augmentez la quantité d’amine tout en réduisant la quantité d’étain pour assurer une ouverture adéquate des cellules.

26. Durcissement lent, collant Surface

La résistance du polymère augmente trop lentement, ce qui donne une mousse molle et collante difficile à couper.

Les blocs de mousse semblent instables à la sortie des canaux

Augmentez l’utilisation du catalyseur, vérifiez la précision des mesures de polyol, d’eau et de TDl.

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)

La quantité de stabilisant en mousse détermine la taille des cellules de la structure en mousse. Plus de stabilisant conduit à des cellules plus fines, mais trop peut provoquer un rétrécissement. Trouver le bon équilibre est crucial ; trop peu de stabilisant et les cellules ne se soutiendront pas, ce qui entraînera un effondrement lors du formage. Tous deux sont des catalyseurs en action.

Le polyuréthane (mousse souple) fait référence à un type de mousse plastique de polyuréthane flexible avec une certaine élasticité, ayant principalement des structures à cellules ouvertes.

Le polyuréthane (mousse dure) fait référence aux mousses plastiques qui ne subissent pas de déformation significative sous certaines charges et ne peuvent pas retrouver leur état initial après des charges excessives. Cellules majoritairement fermées.

Huile de silicone à mousse dure

L'huile de silicone à mousse dure est un type de stabilisant de mousse non hydrolysable hautement actif avec une liaison silicium-carbone, appartenant à une catégorie d'huile de silicone à large spectre. Il présente d'excellentes performances globales et convient aux systèmes de HCFC-141b et de moussage d'eau, utilisés dans des applications telles que les panneaux, l'énergie solaire, les pipelines, etc.

Caractéristiques du produit:

1. Bonnes performances d'émulsification : Les excellentes performances d'émulsification permettent une bonne dispersion et un bon mélange des matériaux composites lors de la réaction avec l'isocyanate, ce qui se traduit par une bonne fluidité. Le produit obtenu présente des cellules uniformes et un taux de cellules fermées très élevé.

2. Bonne stabilité : la structure moléculaire spéciale contrôle efficacement la tension superficielle des cellules, stabilisant la structure cellulaire et conférant au produit d'excellentes propriétés mécaniques.

Huile de silicone en mousse souple:

Tensioactif siloxane à usage général pour les plastiques en mousse de polyuréthane flexible de type polyéther, il s'agit d'un copolymère polydiméthylsiloxane-polyéthylène non hydrolysable, un stabilisant à haute activité. Il est utilisé comme stabilisateur de mousse dans la production de mousse souple de polyuréthane (éponge). Cela peut fournir une peau fine. En mousse de très faible densité, elle offre une forte stabilité avec des alvéoles fines et uniformes. En mousse de profondeur moyenne, par rapport aux huiles de silicone similaires, elle présente de meilleures propriétés d'ouverture de mousse et une meilleure respirabilité.

Comprendre les principes derrière les réactions de mousse est crucial. Pour maîtriser le moussage, nous devons nous efforcer d’établir dans notre esprit un modèle de réaction de mousse en utilisant les quatre équations de réaction suivantes. Grâce à la familiarité avec les variations au sein du modèle, nous cultivons une sensibilité qui nous permet de comprendre l’ensemble du processus de réaction de la mousse. Cette approche permet de structurer notre base de connaissances et nos compétences professionnelles en mousse polyuréthane. Qu'il s'agisse d'étudier activement les principes de réaction de la mousse ou de les explorer passivement pendant le processus de moussage, cela constitue pour nous un moyen essentiel d'approfondir notre compréhension des formulations et d'améliorer nos compétences.

Réaction 1

TDI + Polyéther → Uréthane

Réaction 2

TDI + Uréthane → Isocyanurate

Réaction 3

TDI + Eau → Urée + Dioxyde de Carbone

Réaction 4

TDI + Urée → Biuret (Polyurée)

01 : Les réactions 1 et 2 sont des réactions de croissance en chaîne, formant la chaîne principale de la mousse. Avant que la mousse n’atteigne les deux tiers de sa hauteur maximale, la chaîne principale s’allonge rapidement, les réactions de croissance en chaîne prédominant à l’intérieur de la mousse. A ce stade, en raison des températures internes relativement basses, les réactions 3 et 4 ne sont pas importantes.

02 : Les réactions 3 et 4 sont des réactions de réticulation, formant les branches de la mousse. Une fois que la mousse atteint les deux tiers de sa hauteur maximale, la température interne augmente et les réactions 3 et 4 s'intensifient rapidement. Durant cette étape, les réactions 1 à 4 sont vigoureuses, marquant une période critique pour la formation des propriétés moussantes. Les réactions 3 et 4 assurent la stabilité et le soutien du système de mousse. La réaction 1 contribue à l’élasticité de la mousse, tandis que les réactions 3 et 4 contribuent à la résistance à la traction et à la dureté de la mousse.

03 : Les réactions produisant du gaz sont appelées réactions moussantes. La génération de dioxyde de carbone est une réaction de moussage et la principale réaction exothermique de la mousse de polyuréthane. Dans les systèmes réactionnels contenant du méthane, la vaporisation du méthane constitue une réaction de moussage et un processus endothermique.

04 : Les réactions conduisant à la formation de constituants de mousse sont appelées réactions de gélification et englobent toutes les réactions à l'exception des réactions produisant des gaz. Cela inclut la formation d'uréthane, d'urée, d'isocyanurate et de biuret (polyurée) à partir des réactions 1 à 4.