Quels sont les facteurs récapitulatifs et déterminants de la formulation de la mousse de polyuréthane ?

1. Réactions de base

La formation de mousse de polyuréthane implique deux réactions fondamentales : la réaction de moussage et la réaction de polymérisation (également appelée réaction de gel).

Réaction moussante : l'isocyanate réagit avec l'eau pour produire une réaction d'urée disubstituée et de dioxyde de carbone. L'équation de réaction est la suivante:

2R-N=C=O + HOH → R-NH-CO-NH-R + CO2 ↑

Le dioxyde de carbone libéré agit comme le noyau de la bulle, provoquant l’expansion du mélange réactionnel, ce qui donne lieu à une mousse à structure à cellules ouvertes.

Réaction de polymérisation : le groupe hydroxyle du polyéther subit une réaction de polymérisation par étapes avec l'isocyanate pour former un aminoformate. L'équation de réaction est la suivante:

R=N=C=O + R &premier ; -OH → R-NH-COO — R &premier ;

2. Polyols

La production nationale de mousse en bloc utilise des polyéthers de mousse souple à 3 fonctionnalités, de poids moléculaire 3 000 (indice d'hydroxyle 56) ou 3 500 (indice d'hydroxyle 48, moins couramment utilisé).

3. Polyisocyanates

Le principal polyisocyanate utilisé est le diisocyanate de toluène (TDI). Il existe trois principaux types de produits industriels TDI : le 2,4-TDI pur (ou TDI100), le TDI80/20 et le TDI65/35. Le TDI80/20 présente le coût de production le plus bas et constitue la variété la plus largement utilisée dans les applications industrielles.

Le poids moléculaire du TDI est de 174, avec deux groupes isocyanate (-N=C=O) ayant un poids moléculaire de 84. Par conséquent, la teneur en isocyanate du TDI est de 48,28 %.

La quantité de TDI utilisée a un impact significatif sur les propriétés de la mousse. Dans les formulations de mousse, l'excès de TDI est exprimé par l'indice d'isocyanate, qui est le rapport entre l'utilisation réelle et la quantité théorique calculée. Lors de la production de mousse souple, l'indice est généralement de 105 à 115 (100 est égal à la quantité théorique calculée). Dans cette plage, à mesure que l'indice TDI augmente, la dureté de la mousse augmente, la résistance à la déchirure diminue, la résistance à la traction diminue et l'allongement à la rupture diminue. Si l'indice TDI est trop élevé, cela peut conduire à des cellules volumineuses et fermées, à des temps de maturation longs et à une combustion de la mousse ; si l'indice TDI est trop faible, cela peut entraîner des fissures, un mauvais rebond, une faible résistance et une déformation permanente par compression importante.

4. Agents gonflants

L'eau réagissant avec le TDI pour produire du dioxyde de carbone est le principal agent gonflant utilisé dans le moussage de la mousse souple. L'augmentation de la quantité d'eau dans la formulation augmentera la teneur en urée, augmentera la dureté de la mousse, diminuera la densité de la mousse et réduira la capacité portante de la mousse. Cependant, le TDI réagit avec l’eau pour produire une grande quantité de chaleur. Si la teneur en eau est trop élevée, la mousse peut brûler ou s'enflammer.

Le chlorure de méthylène est un agent gonflant physique avec un point d'ébullition de 39.8 ° C. C'est un gaz ininflammable qui peut se vaporiser pendant le moussage, réduisant ainsi la densité et la dureté de la mousse. La quantité de chlorure de méthylène ajoutée doit empêcher la mousse de brûler tout en garantissant qu'une trop grande quantité n'élimine pas trop de chaleur, ce qui affecterait le durcissement de la mousse. La quantité de chlorure de méthylène utilisée est limitée.

5. Catalyseurs

Le rôle principal des catalyseurs est d’ajuster la vitesse des réactions de moussage et de gel pour obtenir un bon équilibre.

La triéthylènediamine (A33, une solution à 33 % d'éther diisopropylique ou de dipropylène glycol) est le catalyseur d'amine tertiaire le plus important dans la production de mousse souple. Il est efficace à 60 % pour favoriser la réaction entre l'isocyanate et l'eau, c'est-à-dire une réaction moussante, et à 40 % efficace pour favoriser la réaction entre l'hydroxyle et l'isocyanate, c'est-à-dire une réaction de gel.

Le dilaurate de dibutylétain (A-1) est un catalyseur d'amine tertiaire à usage général pour la mousse souple. Il est efficace à 80 % pour favoriser la réaction moussante et à 20 % pour favoriser la réaction de gel. Il est souvent utilisé en association avec la triéthylènediamine.

Une mauvaise utilisation des catalyseurs aminés peut avoir un impact significatif sur le produit. Trop d'amine peut provoquer:

(1) Temps de réaction court, augmentation rapide de la viscosité initiale et fumée excessive pendant le moussage.

(2) Fissuration de la mousse. Trop peu d’amine entraînera une vitesse d’amorçage lente, affectant la hauteur de la mousse.

Le dilaurate de dibutylétain est le catalyseur à base d'étain organique le plus couramment utilisé, qui est très facile à hydrolyser et à oxyder en présence d'eau et de catalyseurs d'amines tertiaires dans des mélanges de polyéthers.

Plus la densité de la mousse est faible, plus la plage de réglage du dilaurate de dibutylétain est étroite. L'effet du dosage d'étain sur la mousse est le suivant:

Dosage trop faible : Fissuration de la mousse.

Trop de dosage : Augmentation rapide de la viscosité, mousse formant des cellules fermées et rétrécissant, formant des peaux sur le dessus et les côtés.

6. Stabilisants de mousse (également appelés huiles de silicone)

Les stabilisateurs de mousse réduisent la tension superficielle du mélange du système de mousse, stabilisant ainsi les bulles, empêchant l'effondrement de la mousse et contrôlant la taille et l'uniformité des vides.

Augmenter la quantité d'huile de silicone d'une quantité minimale à un niveau approprié peut produire des mousses plastiques bien ouvertes. Lorsque la quantité est trop élevée, le taux de cellules fermées de la mousse augmente.

7. Autres facteurs d'influence

Outre la formulation, les paramètres du processus et l'environnement ont également un certain impact sur les propriétés de la mousse.

Température des matières premières : à des températures ambiantes relativement normales (20 à28 ° C), la température des matières premières est contrôlée à 25 ± 3° C, de préférence dans une plage de ± 1° C. Il peut également être contrôlé dans la plage de 28 à30 ° C.

L'effet de l'augmentation ou de la diminution de la température sur la vitesse des réactions de moussage et de gel varie. Une augmentation de la température entraîne une augmentation beaucoup plus importante de la réaction de polymérisation par rapport à la réaction de moussage. Les catalyseurs doivent être ajustés aux changements de température.

Pour une même formulation, utilisant la même quantité d’agent gonflant, la densité de la mousse est également liée à l’altitude. Dans les zones de haute altitude, la densité de la mousse diminue sensiblement.