Como controlar o desempenho da espuma viscoelástica? Guia de seleção da matéria-prima principal

A produção de espuma viscoelástica de alta qualidade começa com a combinação precisa do sistema de materiais principal, dos aditivos essenciais e dos parâmetros do processo. O principal desafio reside em equilibrar a densidade de reticulação da rede de poliuretano com a atividade segmentar para alcançar viscoelasticidade estável e recuperação da forma.

I. Sistema Material Principal: A Base Química da Recuperação Lenta

A microestrutura da espuma viscoelástica é um sistema de fases separadas, formado por segmentos macios de alto peso molecular e segmentos rígidos de baixo peso molecular. A seleção e a proporção das principais matérias-primas são cruciais para a velocidade de recuperação, a densidade e a resistência à compressão.

1. Estratégia de combinação de polióis de poliéter

A estrutura da espuma viscoelástica é formada por uma combinação de poliéteres com diferentes índices de hidroxila e pesos moleculares.

Seleção de polióis para espuma viscoelástica:
Utilize poliéteres de baixo peso molecular e alto índice de hidroxila. Ajuste a proporção de poliéter de recuperação lenta para poliéter comum para controlar o índice de hidroxila ponderado. Com um índice TDI fixo, quanto maior o índice de hidroxila ponderado, mais lenta será a recuperação elástica da espuma e mais pronunciado será o efeito de recuperação lenta.

Melhorar a resistência à compressão:
Para superar a fragilidade da baixa durabilidade à compressão em espumas viscoelásticas, introduz-se poliéter de alto óxido de etileno (poliéter expandido) ou uma pequena quantidade de poliéster modificado com poliéter. Essa estratégia reduz a separação de fases e a cristalinidade, melhorando a coesão e a resistência à compressão.

Dureza e estabilidade estrutural:
Combine poliéteres regulares (por exemplo, com índice de hidroxila 56) ou polióis poliméricos (POP) para ajustar a dureza final e a resistência da espuma.

2. Isocianatos (TDI/MDI) e Controle da Densidade de Reticulação

O índice de isocianato (relação NCO/OH) é o parâmetro chave que controla a densidade de ligações cruzadas da rede de poliuretano.

Faixa ideal do índice TDI:
Para espumas viscoelásticas, o índice TDI deve ser rigorosamente controlado entre 80 e 95. Um índice abaixo de 100 significa que alguns grupos hidroxila permanecem sem reagir, formando uma rede incompleta que retarda a recuperação. Quando o índice se aproxima de 100, a propriedade de recuperação lenta praticamente desaparece.

Aplicações de alta compressão:
Para aplicações que exigem alta resistência à compressão e estabilidade térmica, utilize MDI ou um sistema misto de TDI/MDI. O MDI proporciona melhor estabilidade estrutural e menor perda de calor do que o TDI puro.

II. Aditivos-chave: Seleção e controle preciso

Os aditivos ajustam a taxa de formação de espuma, a estrutura celular e a estabilidade do produto, garantindo uma qualidade de produção consistente.

1. Equilíbrio do Sistema Catalítico

A espuma viscoelástica utiliza um sistema misto de catalisadores de amina e estanho.
Catalisador de amina preferencial: Dabco 33-LV (0,3–0,8 partes). Seu solvente (DPG) possui alto peso molecular, minimizando o consumo de TDI e células fechadas.
Catalisador de estanho preferido: Dilaurato de dibutilestanho (D22/T-12) (0,03–0,05 partes), que resiste à hidrólise e promove a pós-cura.
Na prática, o equilíbrio preciso entre amina e estanho deve ser, idealmente, em torno de 0,35:0,06 a 0,45:0,10, para garantir boa abertura das células e fluidez.

2. Surfactantes e Agentes de Expansão

Óleo de silicone (tensoativo):
Use um óleo de silicone específico para espuma viscoelástica, na proporção de 1,0 a 1,8 partes. Ele estabiliza as bolhas e promove a abertura das células. Ajuste a dosagem de acordo com a densidade — reduza para alta densidade e aumente para baixa densidade. Óleo em excesso ou em falta pode levar à formação de células ásperas ou ao colapso da espuma.

Abridor de celular:
Utilize SK-1900 ou similar (1,5 a 2,5 partes) para controlar a estrutura de células abertas e evitar o encolhimento devido à reticulação excessiva do poliéter.

Água (agente expansor):
Normalmente, utiliza-se de 1,5 a 2,5 partes para obter um tempo de recuperação mais longo. O excesso de água produz ureia, reduzindo o conforto e o desempenho da recuperação.

III. Coordenação de Processos e Controle de Qualidade para Adequação da Aplicação

O desempenho da matéria-prima só se desenvolve plenamente sob um rigoroso controle do processo.

1. Estratégias para Eliminar Defeitos de Produção

Os defeitos comuns refletem diretamente o desequilíbrio na dosagem e exigem ajustes rápidos:

Inchaço de células fechadas: Aumente o agente de abertura celular em 3–10% ou reduza o catalisador de estanho em 3–5%.

Rachaduras: Rachaduras laterais indicam quantidade insuficiente de catalisador de estanho — adicione cerca de 5%.

Outros ajustes: Em espuma preta, a hidrofobicidade do negro de fumo afeta a compatibilidade e a eficiência do catalisador; ajuste a dosagem do catalisador de acordo.

2. Parâmetros do processo que afetam a densidade

Controle de temperatura:
A produção de espuma viscoelástica é sensível à temperatura. A temperatura da matéria-prima deve permanecer entre 22 e 25 °C. Temperaturas mais altas aceleram as reações, dificultando o controle, enquanto temperaturas ligeiramente elevadas do molde ajudam a reduzir a densidade final da espuma.

Velocidade da corrente e mistura:
Em linhas contínuas, a velocidade da corrente deve ser mais lenta do que a da espuma comum (cerca de 3,8 m/min) para compensar a gelificação mais lenta da espuma viscoelástica. A velocidade e o tempo de mistura devem ser moderados para evitar a formação de células irregulares causadas por cisalhamento excessivo.

A fabricação de espuma viscoelástica é uma arte precisa. O sucesso depende de um profundo conhecimento do índice TDI, do sistema de poliéter e do controle rigoroso das dosagens de aditivos. Somente dominando esses fundamentos é que os fabricantes podem produzir, de forma consistente, produtos de espuma viscoelástica de alto desempenho e prontos para uso.