O material de poliuretano é um polímero em bloco contendo grupos característicos de carbamato produzidos pela reação de poliisocianato e doador de hidrogênio. Devido às diversas formas de aparência dos produtos gerados, sua aplicação tem entrado em diversos campos da economia mundial. A seguir está uma visão geral da linha de produção horizontal contínua para bloco de espuma flexível de poliuretano.

1. Método Hennecke de topo plano

O equipamento da linha de produção contínua para blocos flexíveis de espuma de poliuretano em grande escala foi projetado e colocado em produção pela Hennecke Company na Alemanha em 1952, que é a base para a produção contínua de blocos de espuma de poliuretano. Muitas empresas projetaram e fabricaram sucessivamente linhas de produção contínuas para diversas formas de bolhas de bloco, mas apenas os princípios básicos projetados por Hennecke foram usados ​​até hoje. O equipamento de produção é mostrado na Figura 1.

Pic 1 Diagrama esquemático da linha de produção de espuma contínua de espuma macia de poliuretano Hennecke

A linha de produção contínua de espuma flexível de poliuretano produzida pela Hennecke consiste em várias partes principais: seção de fornecimento de matéria-prima, seção de mistura e vazamento, seção de espuma e cura, seção de corte, seção de pós-cura e pós-processamento do produto. Esta linha de produção possui alta eficiência de produção e requer grande fornecimento de matéria-prima. Portanto, além de equipar tanques para polióis e isocianatos, são necessários sistemas separados para armazenamento de matéria-prima, parâmetros de processo, controle de condição e preparação para garantir um fornecimento contínuo de matéria-prima preparada para a linha de produção durante a operação contínua (Figura 2).

Foto 2: Sistemas de alimentação de medição e sistemas de entrada de cabeçote misturador para 22 componentes

A temperatura tem um impacto significativo na reação de formação de espuma e é necessário um controle rigoroso da temperatura da matéria-prima durante a formação de espuma. Normalmente, a temperatura é controlada dentro da faixa de 18 a 25°C, com uma faixa de flutuação de temperatura em torno de 1°C. Bombas dosadoras de alta precisão são utilizadas para dosagem e entrega de componentes de matéria-prima, com faixa de viscosidade geral inferior a 2.000 mPas. Para componentes de alta viscosidade, como corantes e retardadores de chama, podem ser utilizadas bombas de engrenagem. Para evitar vazamento de componentes de isocianato, recomenda-se o uso de acoplamentos magnéticos. Para conveniência de operação e maior precisão de dosagem, alguns aditivos são agora combinados para reduzir o número de bombas dosadoras. No entanto, é importante notar que certos aditivos, tais como catalisadores orgânicos de estanho, são sensíveis a outros componentes e propensos à degradação.

O dispositivo de mistura usado nesta linha de produção normalmente emprega um cabeçote de mistura de baixa pressão, com o agitador acionado por um motor de velocidade variável a uma velocidade de rotação de 3.000 a 6.000 rpm. Nas modernas empresas de produção de espuma em bloco contínuo, também foram adotados equipamentos de medição, mistura e formação de espuma de alta pressão, permitindo ajustes na forma de agitação da cabeça de mistura, taxa de fluxo e tamanho do bico para melhorar a qualidade do produto. Um dispositivo de entrada de ar também pode ser configurado na cabeça de mistura para criar núcleos de gás e gerar uma estrutura celular fina e densa.

O material bem misturado é descarregado continuamente da cabeça de mistura sob certa pressão. Para evitar salpicos de material e a retenção de uma grande quantidade de ar causando grandes vazios dentro do corpo de espuma, são tomadas várias medidas durante o processo de formação de espuma. Além de reduzir a distância entre a cabeça de mistura e a placa inferior e minimizar a força de impacto, defletores de design especial, tubos de deflexão em forma de chifre ou bico de pato e malhas de metal são instalados na parte frontal da saída da cabeça de mistura para reduzir o impacto energia do material 

Enquanto isso, a distância do tubo de saída do material até a placa inferior precisa ser reduzida para cerca de 10 mm. Para garantir a distribuição uniforme do material na placa inferior, são instaladas vigas transversais na linha de produção. A cabeça de mistura pode ser ajustada para se mover para a esquerda e para a direita em coordenação com a velocidade de movimento da correia transportadora da placa inferior. Alternativamente, o material pode ser dividido em múltiplos conduítes para entrar nas ranhuras de distribuição dispostas lateralmente na direção do movimento da placa inferior, garantindo que o material seja distribuído uniformemente na correia transportadora, conforme mostrado na Figura 3.

Foto 3 Para evitar respingos do material cuspido, o cabeçote misturador está equipado com alguns defletores

O material ejetado da cabeça misturadora apresenta boa fluidez antes do tempo de emulsificação. À medida que a reacção progride, o material misturado inicia-se gradualmente e expande-se. Na extremidade frontal da correia transportadora na seção de ejeção, a correia transportadora deve ser inclinada em um ângulo de 3° Para 9° e equipados com dispositivos de ajuste hidráulico ou manual. Isto permite ajustes apropriados do ângulo de inclinação de acordo com os requisitos do processo, garantindo que o material flua e inicie uniformemente em uma direção. Se o ângulo de inclinação for muito pequeno ou a velocidade de movimento da correia transportadora for muito lenta, a espessura da espuma aumenta e o início da espuma torna-se difícil. Se o ângulo de inclinação for muito grande, o material ejetado fluirá muito rapidamente, atingindo a parte inferior da camada de espuma que já começou a subir, causando fissuras no corpo de espuma.

Normalmente, para unidades de alta vazão, a velocidade de movimento da correia transportadora é controlada em 3 a 10 m/min, enquanto para unidades de tamanho médio, é controlada em 1,5 a 3 m/min. Durante a operação, é crucial ajustar cuidadosamente os parâmetros do processo, como a taxa de ejeção, o ângulo da correia transportadora e a velocidade de movimento para manter uma distância adequada de 300 a 600 mm entre a linha de distribuição ejetada e a linha leitosa formada durante o início da espuma.

O material misturado ejetado da cabeça de mistura é distribuído diretamente no papel pré-colocado na correia transportadora. Na seção de formação de espuma é montado um dispositivo de transporte e recuperação, incluindo correias transportadoras, túnel de secagem, proteções laterais e revestimentos de espuma. No passado, um sistema de três forros era comumente usado, com o papel do forro nos lados esquerdo e direito movendo-se sincronizadamente com o corpo de espuma ao longo do duto de exaustão, enquanto o papel do forro inferior avançava em sincronia com a correia transportadora. No passado, a parte superior do corpo de espuma não era restringida, resultando em um formato arqueado desnecessário. Posteriormente, o método Hennecke-Planidiock (ver Figura 4) e o método Hennecke de formação de espuma plana (ver Figura 8-5) foram inventados. O método de topo plano Hennecke melhorado é agora amplamente utilizado.

Figura 4 Método Hennecke-Planidiock

Foto 5 Diagrama esquemático do processo de formação de espuma de topo plano Hennecke

Ambos os métodos de produção acima mencionados são equipados com placas de pressão de equilíbrio mecânico na parte superior do corpo de espuma ascendente para reduzir o volume de resíduos arqueados gerados na parte superior do corpo de espuma. Atualmente, o equipamento para formação de espuma de topo plano da Hennecke geralmente emprega quatro papéis de revestimento sincronizados para se moverem nas direções para cima, para baixo, para a esquerda e para a direita junto com a correia transportadora.

Os materiais de revestimento do corpo de espuma incluem papel de revestimento especializado e filme plástico. O material de base do papel de revestimento é papel kraft forte e durável, tratado com agentes desmoldantes como polidimetilsiloxano ou parafina, ou revestido com produtos químicos não adesivos como polietileno. Nos últimos anos, algumas instalações de produção começaram a usar filmes plásticos de baixo custo, como o polietileno, mas é importante garantir que o filme não amasse durante a operação. Independentemente do material do revestimento, ele deve permanecer plano e sem dobras durante a operação.

No túnel de secagem da seção de espuma, o corpo de espuma se expande e forma espuma no papel de revestimento da correia transportadora. Dependendo da formulação específica da produção, o calor gerado pela reação do material ou fontes externas de calor são utilizados para agilizar a reação, cura e solidificação do corpo de espuma, alcançando a resistência e o desempenho desejados para o processo subsequente. O túnel de secagem está equipado com vários dispositivos de exaustão para remover vários gases nocivos produzidos pelo corpo de espuma. Após a purificação, esses gases são liberados na atmosfera.

O sistema de correia transportadora para o corpo de espuma requer uma superfície extremamente lisa e opera de forma muito estável, sem quaisquer vibrações. O espaçamento entre as proteções laterais pode ser ajustado dentro de uma determinada faixa conforme necessário, permitindo a produção de corpos de espuma retangulares de diferentes larguras. A largura pode chegar a 2,2 metros, e a altura dos corpos de espuma produzidos geralmente ultrapassa 1 metro.

Após passar pelo túnel de secagem, embora o corpo de espuma ainda não tenha atingido seu desempenho máximo, ele foi modelado. Para facilitar as etapas subsequentes do trabalho, uma máquina de corte de montagem on-line é usada para cortar o corpo de espuma nos comprimentos desejados. Depois disso, a pós-cura é realizada para garantir a reação completa antes do processamento adicional.

2. Método de formação de espuma descendente Maxfoam

O método Maxfoam, também conhecido como método de formação de espuma descendente, foi inventado pelo cientista norueguês Leader Berg em 1959. Ele emprega uma abordagem distinta, onde a placa inferior de espuma se move para baixo. O princípio fundamental envolve elevar a extremidade frontal de uma placa inferior móvel para uma posição de aproximadamente 70% da altura final prevista da espuma. Isto permite que toda a placa inferior seja inclinada para baixo. À medida que o material derramado sobe até cerca de 30% da altura da espuma, a placa inferior inferior move-se para baixo à taxa de expansão da espuma. Isto faz com que os restantes 70% da altura da espuma se expandam para baixo, resultando num corpo de espuma com uma secção transversal rectangular. O princípio e equipamentos podem ser vistos na Figura 6. O Líder Berg usou esse princípio para projetar e desenvolver o renomado processo de formação de espuma descendente Maxfoam, representado na Figura 7.

Foto 6 Diagrama esquemático do princípio do método de descida da placa inferior

Foto 7 Diagrama esquemático do processo de formação de espuma descendente Maxfoam

No desenvolvimento do aparelho de produção Maxfoam, Leader Berg inicialmente colocou um defletor no ponto de descarga do material misturado. Isso gradualmente evoluiu para uma calha de espuma alongada para baixo, e a placa plana por onde o material fluía foi transformada em uma placa inferior inclinada para baixo. Esta alteração alterou a expansão ascendente do corpo de espuma durante a iniciação para uma expansão descendente, levando à criação do renomado processo de formação de espuma Maxfoam. A empresa do Líder Berg tem se dedicado à pesquisa, desenvolvimento, produção e vendas de processos e equipamentos flexíveis de produção de espuma em bloco de poliuretano, tornando-se uma das empresas mais proeminentes neste campo. O fluxo básico do processo pode ser visto na Figura 8.

Pic 8 Equipamento Maxfoam produzido pela Hennecke

(1) A seção transversal do corpo de espuma produzido tem formato retangular regular, levando a uma redução significativa na taxa de desperdício e a um alto rendimento de produtos acabados. Nos processos tradicionais, o desperdício nos cortes de bordas e cantos é de aproximadamente 15%. No método de deslizamento de borda Draka, fica em torno de 12%. Porém, os resíduos gerados pelo processo Maxfoam são inferiores a 8%. Com melhorias adicionais, como o uso de garfos giratórios, tração e dispositivos de achatamento cobertos com filme de polietileno para envolver totalmente o corpo de espuma (ver Figura 9) e a utilização do calor gerado pelos reagentes para aquecer a placa inferior para fazer a camada inferior do quanto a espuma for mais fina, o desperdício pode ser reduzido para 1% a 2%.

Figura 9 Colocação de garfo giratório fino de polietileno (a), dispositivo (b) e dispositivo de achatamento (c)

(2) O equipamento é bem projetado, fabricado com precisão, controlado com precisão, com longa vida útil, baixos custos de produção e normalmente requer apenas 3 a 4 pessoas para operação, com baixos custos de manutenção.

(3) O processo exclusivo de formação de espuma garante que o corpo de espuma produzido tenha uma densidade uniforme e consistente, estrutura celular fina e excelente qualidade.

(4) Um painel de controle típico ou um sistema de computador aprimorado monitora todo o processo de produção com precisão.

(5) A gama de matérias-primas aplicáveis ​​é extensa, incluindo tipos de poliéter e poliéster. Vários tipos de corpos de espuma podem ser produzidos, incluindo espuma flexível padrão, bem como espuma de alta resiliência, espuma retardante de chama, espuma preenchida, espuma viscoelástica e espuma produzida usando espuma de dióxido de carbono 

Em 1960, Leader Berg fundou sua própria empresa, Laader Berg AS, dedicada à pesquisa e produção de equipamentos contínuos de produção de espuma de poliuretano. Os principais componentes da máquina de espuma MaxformTM básica são a Multi Trough (Figura 10) e a placa de queda. Conforme mostrado no esquema do equipamento na Figura 11, os materiais misturados são transportados através de múltiplos tubos até a entrada inferior da calha múltipla. O material começa a reagir na multi-calha e flui para o papel de revestimento inferior, deslizando na placa de queda inclinada, pouco antes da emulsificação do líquido misturado. A espuma da multi-calha transborda e se espalha uniformemente entre as duas paredes laterais da placa de queda. O volume de transbordamento da multi-calha pode ser ajustado com base na fórmula de formação de espuma e no volume de produção, e sua altura de saída é definida em 70% da altura final da espuma 

Simultaneamente, o ângulo, a quantidade, o comprimento e a largura da placa inclinada podem ser ajustados de acordo com a fórmula e o volume de produção, garantindo que o corpo de espuma complete seu processo de expansão completo ao atingir a correia transportadora horizontal. Durante o fluxo descendente do corpo de espuma no canal de espuma da placa de queda, o atrito entre o corpo de espuma e as paredes laterais é eliminado pela gravidade descendente, resultando em uma estrutura de espuma mais uniforme e lisa em ambos os lados do corpo de espuma. O corpo de espuma descarrega os gases residuais produzidos durante a produção no canal de espuma, completa a maturação do corpo de espuma e pode então prosseguir para o processo de corte.

Pic 10 Vários slots para múltiplas calhas da máquina de espuma Maxfoam

Figura 11 Esquema básico do MaxfoamTM

Nossa empresa também produz este tipo de linha de produção com base neste método de formação de espuma. A referência de introdução é a seguinte (ver Figura 12)

Parâmetros técnicos da linha de produção de espuma contínua horizontal automática SAB-CF02 produzida pela Sabtech Technology

1. Especificação principal da máquina: comprimento total 42m × largura 6m × 4m

2. Largura da esponja de espuma: 915 mm ~ 2350 mm

3. Altura de formação de espuma: abaixo de 1300mm

4. Velocidade de formação de espuma: 1500rpm ~ 7000rpm

5. Produção máxima: 350kg/min

6. Modo de pulverização: O modo de dispositivo de calha, com controle do inversor

7. Especificação da caixa de espuma: L21m * W4,5m * H3m

8. Linha transportadora interna do forno (padrão): L27m * W2,6m * H0,8m

9. Ligações laterais do forno (padrão) L21m * H1,3m

10. Estrutura suspensa: 7 seções de ajuste elétrico de altura / corrente do motor de desaceleração de 0,2KW é usada para acionar o ajuste do rack entre cada seção da placa

11. Dispositivo de levantamento lateral de papel: movimento elétrico frontal e traseiro, ajuste elétrico de altura da alavanca de levantamento, controle independente lado esquerdo e direito.

12. Sistema de coleta e liberação de filme lateral: o dispositivo de liberação de filme lateral e levantamento de filme é equipado com acionamento motorizado, o filme lateral adota um dispositivo de embreagem de pó magnético para enrolar automaticamente.

13. Sistema de armazenamento de papel inferior.

14. Exaustor: 3kw * 2 conjuntos (excluindo tubo de escape) 

15. Sistema de temperatura constante: termostato quente e frio refrigerado a ar de 20HP. A válvula proporcional é instalada na entrada frontal da bobina do tanque e a temperatura da matéria-prima é controlada e ajustada.

16. Fonte de alimentação: trifásica 380V 50HZ

Figura 12 Unidade de espuma contínua horizontal Sabtech Technology Limited3

3. Método de Espuma Vertical

Em 1971, a empresa Hyman Development Corporation, sediada no Reino Unido, desenvolveu uma tecnologia e equipamento exclusivos para processamento de espuma vertical. O aparelho consiste principalmente em um sistema de tanque de armazenamento de material, sistema de medição e transporte, sistema de injeção de mistura, dispositivo de formação de espuma em forma de barril, dispositivo de aquecimento e levantamento de espuma, bem como um mecanismo de corte (ver Figura 13).

Figura 13 Diagrama esquemático do equipamento de formação de espuma vertical

O sistema de tanques de armazenamento de material consiste em cinco componentes principais: tanques de matéria-prima (equipados com controle de temperatura e dispositivos de agitação) para PPG, tendo TDI como matéria-prima primária, misturado com água, óleo, catalisador de amina, aditivos, agente espumante MC e catalisador de estanho orgânico. Seus sistemas de medição e transporte geralmente usam bombas de engrenagens acionadas por motores continuamente regulados por velocidade, e medidores de vazão também podem ser adicionados para aumentar a precisão da medição. Cabeças de mistura do tipo agitação e baixa pressão são normalmente escolhidas. Depois que os materiais são misturados, eles são injetados através de tubulações do fundo para o balde cônico de espuma. O balde de espuma é pré-equipado com folhas contínuas de filme de polietileno. À medida que os materiais misturados reagem e formam espuma, eles inicialmente se movem horizontalmente, preenchendo a seção transversal cônica e subindo gradualmente à medida que a seção transversal se expande, eventualmente enchendo o balde revestido com filme de polietileno e subindo para a seção de aquecimento. Um sistema de aquecimento elétrico envolve a seção de aquecimento para agilizar o processo de maturação da espuma.

A subida da espuma é facilitada por transportadores verticais equipados com agulhas finas (10-15mm de comprimento). Vários desses transportadores estão dispostos ao redor de todo o corpo de espuma, com suas agulhas finas embutidas na espuma de certa resistência. À medida que a correia transportadora gira, a espuma é levantada gradualmente. A parte superior do equipamento é equipada com uma máquina de corte e um mecanismo de embreagem interligado que aciona a máquina de corte quando o corpo de espuma atinge a altura designada. Os pedaços de espuma cortados são transportados ao longo de uma rampa inclinada até a câmara de pós-maturação 

Este processo pode produzir corpos de espuma com seções transversais quadradas ou circulares, simplesmente alterando o formato do balde de espuma. Durante a produção contínua, a cor da espuma pode ser alterada online, com zona de transição de apenas 150mm. Isto não só facilita as mudanças de cor, mas também mantém um alto rendimento de produtos de espuma acabados. O desempenho de densidade e dureza na seção transversal da espuma é consistente e a espessura da camada superficial da espuma nas bordas é fina, resultando em baixas taxas de desperdício. É importante ressaltar que o equipamento de formação de espuma vertical ocupa uma área menor, apenas um quarto do equipamento de formação de espuma horizontal tradicional, tornando-o adequado para pequenas e médias empresas. Os produtos não são apenas adequados para produtos de espuma macia em geral, mas também os corpos de espuma circulares fatiados são particularmente adequados para uso como materiais de revestimento de roupas.

O processo de formação de espuma vertical impõe requisitos mais rígidos em aspectos como matérias-primas, formulações e ajuste e controle do processo de produção, em comparação com o processo de produção de espumas de blocos horizontais. O controle preciso de vários parâmetros do processo, como temperatura da matéria-prima, proporções de formulação, taxa de descarga de espuma, taxa de injeção de ar, velocidade de mistura, temperatura da seção de maturação e velocidade de tração, é necessário para produzir espuma de alta qualidade. Na produção real, os seguintes problemas podem ocorrer e devem ser resolvidos:

1. Alta taxa ou encolhimento de células fechadas de espuma:

Isto pode resultar do uso excessivo de catalisador de estanho orgânico, levando à rápida gelificação durante a formação de espuma e ao crescimento excessivo da resistência da parede dos poros. Além disso, um excesso de estabilizador de espuma pode dificultar a formação de uma estrutura de espuma de células abertas devido à sua estabilidade excessiva.

2. Rachaduras no corpo da espuma:

As rachaduras no corpo da espuma geralmente são devidas a erros de formulação ou dosagem. Quantidades insuficientes de catalisador de estanho orgânico e estabilizador de espuma podem levar à diminuição da reatividade. Fatores mecânicos, como a presença de impurezas, contaminação por óleo dentro do corpo de espuma e flutuações na velocidade de tração, também podem contribuir para extensas fissuras no corpo de espuma.

3. Grandes cavidades de bolhas no corpo de espuma:

Quando grandes cavidades de bolhas aparecem no corpo de espuma, é importante inspecionar minuciosamente os seguintes aspectos: Quando houver uma distribuição regular de bolhas de ar, verifique se há algum problema de vazamento de ar na câmara de mistura, tubos de alimentação e outros equipamentos. Se houver algumas bolhas cônicas grandes presentes, isso pode ser devido à temperatura excessivamente alta da matéria-prima, fazendo com que o agente espumante vaporize mais facilmente. Quando o corpo de espuma apresenta grandes bolhas de ar distribuídas irregularmente, a causa principal pode ser a velocidade excessiva de mistura, resultando em uma maior quantidade de ar aprisionado. Normalmente, com uma cabeça de mistura bem vedada, a velocidade de mistura deve ser controlada dentro da faixa de 2.500 a 3.000 rpm. Se aparecerem grandes perfurações ou bolhas interligadas na folha de espuma sem uma estrutura de rede clara, isso pode ser devido à entrada excessiva de ar na cabeça de mistura.

4. O corpo de espuma deslizando para baixo:

Esta questão deve ser considerada sob vários aspectos, incluindo erros de formulação, tempo excessivo de formação de espuma, formação insuficiente de espuma, temperatura de maturação excessivamente baixa e coordenação inadequada do transportador de tração. É um problema que pode ocorrer facilmente nas fases iniciais do equipamento.

Figura 14 Diagrama esquemático do processo de produção do dispositivo de linha de produção contínua de espuma flexível de poliuretano com pressão oscilante

(1) Abra a porta da câmara intermediária 3a e feche a porta da câmara de saída 3b. Ative o sistema de controle de pressão 4a4b para trazer a pressão em todo o canal para o valor de pressão definido. A faixa de pressão típica é de 50 a 150 kPa (0,5 a 1,5 atm).

(2) Ligue a máquina de formação de espuma e o material misturado entra na calha de transbordamento no canal fechado e flui para a placa de queda para formar espuma sob o ambiente de pressão definido.

(3) Depois que o corpo de espuma é preliminarmente curado e moldado em um determinado comprimento, a máquina de corte opera para cortá-lo.

(4) O corpo de espuma cortado entra na área posterior do canal. Feche a porta da câmara intermediária, ajuste a pressão na área traseira para ser igual à pressão ambiente, abra a porta da câmara de saída e transporte o corpo de espuma para a área de cura para completar a cura. Ao mesmo tempo, a porta da câmara de saída deve ser fechada imediatamente e o dispositivo de regulação de pressão deve ser acionado imediatamente para equalizar sua pressão com a pressão de todo o canal. Em seguida, abra a porta da câmara intermediária para acomodar o próximo corpo de espuma cortado.

Essa linha de produção é monitorada por computadores altamente automatizados, com controle de segmento do canal, comutação de ciclo e sistema de ajuste de pressão. Dependendo do canal selado, seja um vaso de vácuo ou de pressão, pode produzir corpos de espuma com seções transversais retangulares ou circulares. Com base nesta linha de produção contínua, também foram desenvolvidas linhas de produção intermitentes com espuma de pressão variável tipo caixa. Embora a eficiência da produção seja alta, o sistema de controle é complexo e o equipamento é volumoso, com comprimentos de canais selados muitas vezes superiores a centenas de metros, resultando em investimentos significativos 

O texto acima fornece uma introdução à linha de produção horizontal contínua para blocos flexíveis de espuma de poliuretano. Espero que possa ajudá-lo a escolher a linha de produção contínua de espuma flexível de poliuretano. Bem-vindo a deixar um comentário e discutir mais comigo sobre espuma de poliuretano.

Em espumas flexíveis de poliuretano, o diclorometano (MC) é frequentemente usado para ajustar a densidade e a dureza da espuma. Com ponto de ebulição de apenas 40.4 ° C, durante a formação de espuma, a reação da água e do TDI gera uma grande quantidade de calor, fazendo com que o MC evapore em gás, expandindo assim o corpo da espuma e reduzindo a densidade da espuma.

A vaporização do MC consome muito calor, o que pode afetar o processo de formação de espuma da espuma em alguns casos. As duas figuras a seguir mostram as mudanças na temperatura máxima da espuma e o tempo para alcançá-la após a adição de diferentes quantidades de MC a uma fórmula específica.

A partir dos gráficos, pode-se observar que após a adição de MC, a temperatura máxima da espuma diminui significativamente e o tempo para atingir a temperatura máxima também aumenta.

Estas são apenas alterações nos dados, mas como elas se manifestam durante o processo de formação de espuma? Para entender isso, vejamos brevemente o processo de reação do poliuretano.

A principal reação na espuma de poliuretano é a reação da água e do isocianato para produzir dióxido de carbono e amina, e a reação do poliéter poliol e isocianato para produzir poliuretano. No entanto, existem muitas reações secundárias, resumidas como reações que geram uretano e reações que geram ureia.

As reações secundárias alteram a estrutura molecular do polímero de linear para reticulada. Devido às diferentes condições de reação e matérias-primas, a estrutura do poliuretano pode variar muito. Em geral, quanto mais reações secundárias, mais complexa é a estrutura reticulada, resultando em maior dureza e melhor resistência ao rasgo. Claro que a resistência ao amarelecimento também melhora, mas isso é outro assunto. Aumentar o índice de formação de espuma fortalecerá as reações secundárias.

Dito isso, o que isso tem a ver com MC? As reações secundárias são todas reações endotérmicas, exigindo absorção de calor. Porém, a vaporização do MC também requer uma grande quantidade de calor, criando assim uma relação competitiva. A adição de uma grande quantidade de MC enfraquecerá significativamente as reações secundárias, aumentando a proporção de estruturas lineares na espuma, tornando-a mais macia e diminuindo a plasticidade térmica.

Mesmo em temperaturas mais frias durante o inverno, deve-se prestar atenção a esta questão. Aumentar adequadamente o teor de água na fórmula para gerar mais calor ajuda a manter as propriedades físicas da espuma sem alterações significativas.

A reação da espuma PU é baseada em dois componentes químicos principais: poliéter polióis e isocianatos, juntamente com outros aditivos, incluindo água, diclorodifluorometano, estabilizadores de espuma e catalisadores. Esses materiais são misturados instantânea e vigorosamente, reagindo para formar espuma, processo que gera uma quantidade considerável de calor.

A espuma plástica é um material poroso com uma grande área superficial. Embora o calor gerado nas bordas da espuma possa se dissipar, o calor na parte central, devido ao efeito isolante da espuma, é mais difícil de remover. Numa reação típica, o calor liberado aumenta a temperatura do centro do bloco de espuma para conseguir a cura. Foi observado que dentro de 2 a 6 horas após a formação de espuma, as temperaturas podem subir para 140-160 ° C, e às vezes até mais alto, em torno 180 ° C. Se a temperatura continuar a subir, pode causar queimaduras no núcleo, fumaça e até combustão espontânea.

Além disso, a exposição prolongada da espuma de poliuretano à luz solar pode desencadear uma reação de auto-oxidação, causando degradação do polímero, descoloração, fragilização e diminuição das propriedades físicas, tornando-o inutilizável. Desde a industrialização do poliuretano, a queima e o envelhecimento do núcleo têm sido temas importantes de pesquisa e preocupação na indústria do poliuretano.

Os antioxidantes são aditivos cruciais na produção de espuma de poliuretano. Antioxidantes adequados previnem a decomposição de polióis, reduzem a formação de subprodutos, diminuem o risco de queima do núcleo e podem retardar o envelhecimento termo-oxidativo durante o uso do produto, prolongando assim a sua vida útil. Os antioxidantes comumente usados ​​para espuma de PU são normalmente líquidos e se enquadram em três categorias: aminas aromáticas (como 5057), fenóis impedidos (como 1135) e ésteres de fosfito (como PDP). Para aplicações com baixos requisitos de cor, geralmente é utilizada uma combinação de aminas aromáticas e fenóis impedidos, enquanto aplicações com requisitos de cor mais elevados podem utilizar uma combinação de fenóis impedidos e ésteres de fosfito.

Além disso, se os produtos forem frequentemente expostos à luz solar, deve ser adicionada uma certa quantidade de estabilizadores UV para melhorar a vida útil e a resistência ao amarelecimento. Os estabilizadores de UV consistem principalmente em absorvedores de UV e estabilizadores de luz de aminas impedidas (HALS). Absorventes de UV, como benzotriazóis, benzofenonas e triazinas, absorvem a radiação UV prejudicial e a convertem em calor por meio de transferência intramolecular de ligações de hidrogênio ou isomerização cis-trans. HALS refere-se a aminas com dois grupos metil em cada α -átomo de carbono, que, após a fotooxidação, se transforma em radicais nitrosos. Esses radicais são considerados componentes estáveis ​​que podem capturar radicais livres, regenerar radicais nitrosos ao reagir com radicais peróxidos. Os agentes bloqueadores de UV incluem negro de fumo, óxido de zinco, dióxido de titânio e outros pigmentos, que são usados ​​como corantes. Esses agentes utilizam sua alta dispersibilidade e poder de cobertura para refletir a radiação UV prejudicial, protegendo o polímero.

Você já se perguntou como a espuma plástica de poliuretano é formada? No artigo anterior, revelamos as reações básicas por trás disso: isocianatos, poliéteres (ou poliésteres) polióis e água, todos trabalham juntos para criar esta substância mágica. Então, isso significa que na produção real precisamos apenas dessas três matérias-primas? A resposta está longe disso. Em nosso processo de produção real, para controlar com mais precisão a taxa de reação e produzir produtos com excelente desempenho, muitas vezes precisamos aproveitar o poder de vários aditivos. Esses aditivos não só têm aplicações amplas, mas também podem desempenhar um papel importante para tornar nosso processo de produção mais eficiente e estável.

Surfactantes / Óleo de Silicone

Os surfactantes, também conhecidos como óleo de silicone, também são chamados de estabilizadores de espuma. No processo de produção da espuma de poliuretano, seu papel é crucial. A função básica do óleo de silicone é reduzir a tensão superficial do sistema de formação de espuma, melhorando assim a miscibilidade entre os componentes, ajustando o tamanho das bolhas, controlando a estrutura da bolha e aumentando a estabilidade da espuma. Além disso, também tem a responsabilidade de prevenir o colapso da espuma. Portanto, pode-se dizer que o óleo de silicone desempenha um papel indispensável na produção de espuma de poliuretano.

Catalisadores

Os catalisadores desempenham um papel crucial no processo de síntese do poliuretano, principalmente por acelerar a reação entre isocianatos, água e polióis. Esta reação é uma reação de polimerização típica. Sem a presença de catalisadores, esta reação pode prosseguir muito lentamente ou mesmo não ocorrer. Atualmente, os catalisadores no mercado são divididos principalmente em dois tipos: catalisadores de amina e catalisadores de metal orgânico. Os catalisadores de amina são compostos baseados em átomos de nitrogênio, que podem efetivamente promover a reação de polimerização do poliuretano. Os catalisadores metálicos orgânicos, por outro lado, são compostos que afetam particularmente a reação entre polióis e isocianatos na formação de poliuretano, geralmente compostos organoestânicos. A característica desses catalisadores está na capacidade de controlar com precisão o processo reacional, resultando em um produto final mais uniforme e estável.

Agentes de sopro

Agentes de expansão são substâncias que geram gás durante a reação do poliuretano e ajudam a formar espuma. Dependendo da forma como o gás é gerado, os agentes de expansão são geralmente divididos em agentes de expansão químicos e agentes de expansão físicos. Agentes de expansão químicos referem-se a substâncias que sofrem alterações químicas durante a reação, geram gás e promovem a formação de espuma. Muitas substâncias comuns em nossas vidas diárias são, na verdade, agentes de expansão químicos, como a água. Os agentes de expansão físicos, por outro lado, são substâncias que geram gás por meios físicos. Por exemplo, o diclorometano (MC) é um agente de expansão físico comum.

Outros aditivos

Depender apenas de matérias-primas básicas está longe de ser suficiente para fazer com que os produtos tenham um desempenho excepcional. Para atender a diversas necessidades, outros aditivos são incorporados de forma inteligente ao processo de produção e seu papel não deve ser subestimado. Por exemplo, os retardadores de chama podem adicionar resistência à chama aos produtos, os agentes de reticulação podem melhorar a sua estabilidade, os corantes e os enchimentos podem dar aos produtos uma aparência e textura mais coloridas, e vários outros aditivos com diferentes funções também desempenham o seu papel. São esses aditivos cuidadosamente selecionados que melhoram de forma abrangente o desempenho dos produtos e proporcionam aos usuários uma melhor experiência de uso.

1 . Como são classificados estruturalmente os diferentes tipos de isocianatos comumente usados?

    Resposta: Alifático: IDH; Cicloalifático: IPDI, HTDI, HMDI; Aromático: TDI, MDI, PAPI, PPDI, NDI.

2 . Quais são os vários tipos de isocianatos comumente usados? Forneça suas fórmulas estruturais.

    Resposta: Diisocianato de tolueno (TDI), Difenilmetano-4,4'-diisocianato (MDI), Diisocianato de difenilmetano polimérico (PAPI), MDI líquido, Diisocianato de hexametileno (HDI).

3 . O que significam TDI-100 e TDI-80?

    Resposta: TDI-100 refere-se ao diisocianato de tolueno composto inteiramente pela estrutura 2,4; TDI-80 denota uma mistura compreendendo 80% da estrutura 2,4 e 20% da estrutura 2,6.

4 . Quais são as características distintivas do TDI e do MDI na síntese de materiais de poliuretano?

    Resposta: Em termos de reatividade, o 2,4-TDI exibe uma reatividade várias vezes maior do que o 2,6-TDI devido ao NCO da posição 4 estar relativamente longe do NCO da posição 2 e do metil, resultando em impedimento estérico mínimo. Em contraste, a reatividade do 2,6-TDI é significativamente influenciada pelo impedimento estérico dos grupos metil vizinhos.

    Ambos os grupos NCO no MDI estão relativamente distantes um do outro e não são substituídos, exibindo assim uma reatividade significativa. Mesmo que um NCO participe numa reacção, reduzindo a actividade do NCO restante, a reactividade global permanece elevada. Portanto, a reatividade dos pré-polímeros de poliuretano à base de MDI é maior do que a dos pré-polímeros à base de TDI.

5 . Quais tipos entre HDI, IPDI, MDI, TDI e NDI apresentam melhor resistência ao amarelecimento?

    Resposta: HDI (pertencente a isocianatos alifáticos não amarelados) e IPDI (resinas de poliuretano feitas a partir dele apresentam excelente estabilidade óptica e resistência química, comumente usadas para a fabricação de resinas de poliuretano não amareladas de alta qualidade).