Formação de Espuma de Poliuretano

O processo de formação de espuma da espuma plástica pode ser dividido em várias etapas, conforme mostrado no diagrama abaixo. No estágio inicial (Intervalo I), o dióxido de carbono é gerado pela reação entre o isocianato e a água, ou um agente espumante externo (solvente de baixo ponto de ebulição) vaporiza repentinamente devido ao calor da reação, causando um rápido aumento na concentração do gás no material reagente. Uma vez que a concentração do gás excede uma certa concentração de saturação de equilíbrio, bolhas finas começam a se formar na solução. Este processo é geralmente referido como nucleação.

Relação entre alterações na concentração de gás, nucleação e crescimento de poros de espuma em solução

Este processo de autonucleação (no Intervalo II) continua até que a concentração do gás atinja uma determinada faixa. Quando a nucleação progride até o ponto em que não são geradas mais microbolhas, a concentração de gás na solução continua a diminuir, principalmente através da difusão, à medida que o gás escapa para as microbolhas já formadas (Intervalo III). À medida que a concentração do gás diminui gradualmente e não é produzido mais gás, atinge-se uma concentração de saturação de equilíbrio. Após esta fase, não se formam novas bolhas, e o gás nas bolhas pequenas funde-se em bolhas maiores através da difusão, formando bolhas coalescentes, ou expande-se devido ao calor.

O início do Intervalo II pode ser observado a partir da mudança no material reagente tornando-se branco durante o processo de formação de espuma. Assim, o tempo para o Intervalo I corresponde aproximadamente ao tempo do creme no processo de formação de espuma, que é tipicamente cerca de 10 segundos. A duração do Intervalo II é mais difícil de determinar com precisão, mas é geralmente considerada mais curta do que o tempo de subida (o tempo necessário para a espuma atingir o seu volume máximo). Em formulações espumantes típicas, o tempo de subida é de aproximadamente 60 a 120 segundos. Quando a formação de espuma estiver completa, o Interval III também estará quase concluído.

A maioria das formulações espumantes inclui certos agentes nucleantes de espuma, como óleo de silicone bem disperso. Isto é particularmente eficaz no processo de formação de espuma de plásticos de espuma de poliuretano do tipo poliéter. O papel dos agentes de nucleação é garantir uma nucleação rápida e contínua mesmo em graus mais baixos de supersaturação de gás, resultando em poros de espuma densos e uniformes.

Além disso, a pré-dissolução de uma certa quantidade de gás no material reagente é benéfica para a formação de espuma e promove a nucleação precoce. Por exemplo, em máquinas industriais de formação de espuma, uma pequena quantidade de ar é frequentemente injetada na cabeça de mistura para ajustar o tamanho dos poros. Da mesma forma, instalar uma placa de orifício maior na cabeça de mistura para criar pressão negativa ou aumentar a folga na manga da cabeça de mistura para facilitar a entrada de ar também pode melhorar a estrutura dos poros.

Por outro lado, em sistemas de formação de espuma de pré-polímero do tipo poliéter, quando a formação de espuma é realizada com pré-polímeros normalmente usados ​​na produção industrial, a desgaseificação do pré-polímero antes da formação de espuma para remover gases dissolvidos resulta em uma formação de espuma que apenas ferve e rompe continuamente, falhando em produzir a espuma plástica desejada, independentemente da concentração de óleo de silicone (agente nucleante) adicionado. No entanto, quando dióxido de carbono, ar, nitrogênio, butano ou partículas sólidas bem dispersas (como pó de quartzo) são pré-adicionados ao mesmo pré-polímero antes da formação de espuma, são obtidos produtos plásticos com espuma uniforme. A principal razão é que estes aditivos facilitam a nucleação da espuma.

No diagrama, a relação entre mudanças na concentração de gás, nucleação e crescimento de poros de espuma também explica por que fortes catalisadores produtores de gás (ou seja, aqueles com forte efeito catalítico na reação entre isocianato e água), como tetrametil-1,3 -butanodiamina, produz poros melhores em comparação com a etilmorfolina na formação de espuma de pré-polímero. Catalisadores mais fortes podem aumentar rapidamente a concentração de gás no material, acelerando a entrada na zona de autonucleação, promovendo a rápida nucleação e a formação de mais bolhas, resultando em poros satisfatórios.

Adicionar óleo de silicone ou outros aditivos para reduzir a tensão superficial do líquido também é muito importante. Permite uma autonucleação mais fácil em concentrações de gás mais baixas em comparação com materiais sem tensão superficial reduzida.