Como calcular com precisão a quantidade de isocianato (ISO) em formulações de poliuretano de alta resiliência?

No processo de desenvolvimento e ajuste de formulações para espuma de poliuretano de alta resiliência (HR), o Índice de Isocianato (ISOCYANATE INDEX) é um parâmetro crítico. Ele afeta diretamente a dureza, a densidade, a resiliência e a condição de células abertas ou fechadas do produto final. Para controlar com precisão a qualidade do produto, os formuladores devem calcular e dominar a demanda teórica de ISO da mistura de poliéteres (POLYOL BLEND).

1. Definição do Índice de Isocianato

O índice de reação do isocianato é definido como a razão entre

Massa ISO adicionada à massa ISO teoricamente necessária, geralmente expressa em porcentagem.

ÍNDICE = (Massa real ISO / Massa teórica ISO) × 100%

Onde:

• Massa teórica de ISO: A massa de ISO necessária para a reação completa com todos os componentes de hidrogênio ativo na mistura de polióis em uma proporção molar estequiométrica de 1:1.

• Massa ISO real: A massa ISO efetivamente utilizada na formulação.

Na produção de espuma HR, o índice de reação é geralmente definido entre 100 e 115 para garantir a reação completa e obter o desempenho necessário.

2. Parâmetro principal: Demanda teórica ISO por unidade de mistura de polióis (RATIO)

Para simplificar o trabalho dos formuladores, introduzimos um parâmetro relativo chamado RATIO. Ele representa a massa teórica de ISO consumida por unidade de massa da mistura de polióis.

RAZÃO = massa teórica ISO / peso total da mistura de polióis

Nota: “Peso total da mistura de polióis” refere-se à soma de todos os componentes ativos na formulação.

3. Procedimento de cálculo preciso para a razão e o índice de isocianato

O cálculo de RATIO e INDEX é baseado na estequiometria química 1:1 entre hidrogênios ativos (H ATIVO) e grupos NCO.

Etapa 1: Identificar todos os componentes de hidrogênio ativo

Os materiais reativos incluem: tipos de poliéter (poliéter base, POP, polióis abridores de células) e componentes de baixa massa molecular (água, agentes de reticulação).

Lembrete importante: Toda a água deve ser contabilizada, incluindo a água adicionada e a umidade contida nas matérias-primas.

Etapa 2: Calcule a quantidade molar de hidrogênios ativos (N_H)

Converta a massa de cada material em moles de hidrogênio ativo.

Para tipos de poliéter (com base no índice de hidroxila OHV):
N_H = (peso do material em g × OHV em mgKOH/g) / 56100
(Nota: 56100 é igual a 56,1 × 1000, a quantidade de KOH em mg correspondente a 1 mol de OH.)

Para materiais de baixa massa molecular (água, agentes de reticulação), com base na massa molecular M e na funcionalidade F:
N_H = (peso do material em g × F) / M

Etapa 3: Calcular a quantidade molar teórica total de NCO (N_NCO)

Some as moles de hidrogênio ativo da Etapa 2 para obter o total de moles de hidrogênio ativo (soma N_H).
Por estequiometria 1:1:
N_NCO = soma N_H

Etapa 4: Calcular a massa ISO teórica (ISO_THEORY)

Converta a quantidade molar teórica de NCO em massa de matéria-prima ISO usando a massa molar do grupo NCO de 42 g/mol e a porcentagem de NCO na matéria-prima ISO.

ISO_TEORIA (g) = (N_NCO × 42) / NCO%

Etapa 5: Calcular a RAZÃO

Divida o valor de ISO_THEORY da Etapa 4 pelo peso total de todos os componentes ativos (a mistura de polióis) na formulação.

RAZÃO = ISO_TEORIA / peso total da mistura de polióis

Etapa 6: Calcular o Índice de Isocianato (INDEX)

Utilizando a massa ISO real usada na formulação:

ÍNDICE = (ISO_REAL / ISO_TEÓRICO) × 100%

O cálculo preciso da RAZÃO e do ÍNDICE é o primeiro passo essencial para o sucesso no desenvolvimento de formulações de poliuretano. Ao dominar essas relações estequiométricas, os formuladores podem prever e ajustar com eficácia a dureza, a densidade e a resiliência da espuma, garantindo o desempenho otimizado do produto e uma produção estável e econômica. Somente com base em uma demanda teórica precisa de ISO é possível ajustar as propriedades por meio do controle da carga real de ISO (o Índice).