Em setembro de 2021, recebemos uma consulta do Sr. Abdullah na Arábia Saudita a respeito de uma máquina de formação de espuma contínua. O cliente planejava estabelecer uma fábrica de espuma PU para produzir produtos para os mercados local e iemenita. Ele tinha algum conhecimento básico sobre uso e seleção de máquinas.

O cliente não tinha experiência anterior na produção de espuma, por isso estava particularmente preocupado com o suporte pós-venda e a assistência técnica.

Começamos analisando o mercado-alvo do cliente (indústria específica) e entendendo os requisitos locais do produto (como densidade da espuma, dureza, etc.) para confirmar as necessidades de produção do cliente.

Por meio de videoconferências, orientamos o cliente em nosso processo de produção de espuma PU, proporcionando ao cliente uma compreensão concreta da produção de espuma e destacando as vantagens de conveniência e eficiência de nossas máquinas em comparação com as de outros fabricantes.

Com base em nossos mais de 20 anos de experiência em formação de espuma, compartilhamos ideias com o cliente sobre o uso da máquina e os desafios comuns no processo de formação de espuma, abordando quaisquer preocupações técnicas que o cliente possa ter tido.

Também fornecemos ao cliente planos de layout de fábrica para agilizar a configuração de toda a linha de produção de espuma e, ao mesmo tempo, maximizar a eficiência da produção.

Devido ao alto nível de confiança do cliente em nosso serviço profissional, ele acabou nos escolhendo como seu fornecedor de máquinas de espuma e, posteriormente, fez compras repetidas para uma linha de produção de espuma recolocada e máquinas de corte de espuma.

A resistência à compressão de uma espuma está relacionada a muitos fatores, como a estrutura dos vários segmentos da cadeia que compõem a espuma, as ligações químicas entre as moléculas, a cristalinidade dos polímeros, o grau de separação de fases, a estrutura dos isocianatos e a proporção de isocianatos. usado.

1  A espuma de recuperação lenta é formada pela reação de polióis de alto peso molecular e polióis de baixo peso molecular com isocianatos. Os segmentos moles formados por polióis de alto peso molecular apresentam grandes volumes, baixas densidades de reticulação e alta atividade. Eles são fáceis de comprimir e se recuperam rapidamente após a remoção da pressão. Os segmentos duros formados por polióis de baixo peso molecular apresentam pequenos volumes, altas densidades de reticulação e baixa atividade. Eles são difíceis de comprimir e também difíceis de recuperar após a remoção de forças externas. Esta característica confere às espumas a sua característica de recuperação lenta e é a base para o fabrico de espumas de recuperação lenta.

Como as propriedades dos segmentos moles e duros nas espumas de recuperação lenta são diferentes, existe um certo grau de separação de fases entre eles. Se não houver separação de fases entre os segmentos, o corpo de espuma é um todo firmemente unido em escala macro, levando ao fenômeno de "mover um fio de cabelo e todo o corpo se move", o que significa que ele encolhe como um todo quando comprimido e se expande quando a pressão é liberada. Contudo, a microestrutura da espuma determina que esta situação não pode ser alcançada completamente. Especialmente em espumas de recuperação lenta, vários segmentos de cadeia têm estruturas moleculares diferentes, distribuições desiguais de peso molecular e separação de fases inevitável. Uma ligeira separação de fases faz com que alguns segmentos duros, devido à sua baixa atividade, tenham dificuldade de recuperação durante o processo de recuperação após a remoção de forças externas. Esses “fugitivos” restringem mais ou menos a recuperação dos segmentos fracos, levando, em última análise, ao encolhimento.

2  A cristalinidade dos segmentos duros, que é mais forte que a dos segmentos moles, também é uma razão para uma recuperação deficiente. Os materiais têm compatibilidades semelhantes, que também se aplicam a espumas de recuperação lenta. Como os segmentos duros têm pontos de reticulação mais próximos e densidades de reticulação mais altas, as pequenas moléculas formadas têm maior probabilidade de se agregarem. Devido à presença de ligações de hidrogénio, estas substâncias agregadas contendo hidrogénio aumentam a cristalinidade do material, conduzindo a maiores forças de coesão. Após a compressão, forças externas alteram o estado de agregação dos segmentos da cadeia, facilitando a fusão dos grupos polares. Quando a força externa é liberada, o novo estado de agregação, devido a fortes forças coesivas, é difícil de retornar ao estado protendido, resultando no encolhimento de espumas de recuperação lenta.

3  A estrutura dos isocianatos também é um fator que afeta a resistência à compressão das espumas de recuperação lenta. O TDI é geralmente usado para produzir espumas de recuperação lenta. Como os dois grupos NCO na molécula de TDI estão nas posições 2,4 e 2,6, eles têm um certo ângulo entre eles, tornando-os propensos à deformação sob tensão. Especialmente sob condições de prensagem a quente, ocorrem deformações e perdas de calor significativas, particularmente evidentes em espumas de copas de soutien, tornando difícil a recuperação destas deformações.

4  O baixo índice de NCO dos isocianatos utilizados na preparação de espumas de recuperação lenta também é uma razão para a recuperação deficiente. O índice NCO das espumas comuns é geralmente superior a 100, enquanto nas espumas de recuperação lenta, o índice NCO está geralmente entre 85-95. Isto significa que 5-15% dos grupos hidroxila não participam da reação. Portanto, embora a superfície da espuma pareça ser uma entidade única, internamente existe uma porção considerável de segmentos de cadeia que são independentes uns dos outros.

Soluções para melhorar a resistência à compressão de espumas de recuperação lenta:

1. Use poliéter de alto EO (o chamado poliéter de agente de expansão) para substituir algum poliéter de recuperação lenta.

A  O poliéter com alto teor de EO tem um baixo valor de hidroxila e um grande peso molecular. Após reagir com os isocianatos, os segmentos formados apresentam pesos moleculares maiores ou próximos daqueles formados quando o poliéter comum reage com os isocianatos, reduzindo o grau de separação de fases e cristalinidade.

B  O poliéter com alto teor de EO possui segmentos macios e suaves, que podem fornecer bons efeitos de recuperação lenta. Além disso, a adição de poliéter com alto teor de EO pode efetivamente melhorar a resistência a baixas temperaturas de espumas de recuperação lenta.

2.Adicione uma pequena quantidade de poliéster modificado com poliéter para aumentar a força coesiva do material.

Os segmentos de poliéster, devido à presença de grupos éster, apresentam elevadas forças coesivas internas e boas propriedades de tração e compressão, melhorando significativamente a resistência à compressão de espumas de recuperação lenta.

3. Use uma pequena quantidade de poliéter de alta funcionalidade e alto peso molecular como agente de reticulação e substitua algum poliéter comum por poliéter de alta atividade para recuperação lenta.

Isto perturba a distribuição dos segmentos da cadeia, reduz o grau de separação de fases e aumenta o grau de reação, reduzindo a cristalinidade.

4.Use MDI ou adicione MDI ao TDI.

O MDI possui estrutura diferente do TDI e produz espumas com melhor resistência à compressão e menor perda de calor. Se estiver usando MDI, é melhor usar MDI modificado (com alta ramificação e fácil fechamento de células); O MDI líquido também pode ser utilizado, por ser de ciclização intramolecular e mais resistente à compressão. As espumas de recuperação lenta feitas com todos os MDI têm uma resistência à compressão muito melhor do que o TDI puro, e muitos fabricantes já estão usando isso.

A queima de espuma é um fenômeno comum encontrado na produção real de espuma. Abaixo estão as razões por trás desse problema, juntamente com possíveis soluções:

(1) Problemas com a qualidade dos poliéter polióis: Durante a produção e transporte, o teor de água do produto ultrapassa o padrão, há excesso de peróxidos e impurezas de baixo ponto de ebulição, a concentração de íons metálicos é muito alta e há seleção e concentração inadequada de antioxidantes.

(2) Formulação: Em formulações de baixa densidade, o índice TDI é muito alto, a proporção de água para agentes de expansão físicos no agente espumante é inadequada, a quantidade de agente de expansão físico é insuficiente e há teor excessivo de água.

(3) Impacto climático: No verão, as altas temperaturas levam à lenta dissipação de calor, altas temperaturas do material, alta umidade do ar e a temperatura no centro de reação excede a temperatura antioxidante.

(4) Armazenamento inadequado: Quando o índice TDI aumenta, a energia térmica acumulada durante a pós-maturação provoca um aumento na temperatura interna, levando à queima.

Compreender os princípios por trás das reações de espuma é crucial. Para dominar a formação de espuma, devemos nos esforçar para estabelecer um modelo de reação de espuma em nossas mentes usando as quatro equações de reação a seguir. Através da familiaridade com as variações do modelo, cultivamos uma sensibilidade que nos permite compreender todo o processo de reação da espuma. Essa abordagem ajuda a estruturar nossa base de conhecimento e habilidades profissionais em espuma de poliuretano. Seja estudando ativamente os princípios da reação da espuma ou explorando-os passivamente durante o processo de formação de espuma, ele serve como um meio vital para aprofundarmos nossa compreensão das formulações e aprimorarmos nossas habilidades.

Reação 1

TDI + Poliéter → Uretano

Reação 2

TDI + Uretano → Isocianurato

Reação 3

TDI + Água → Uréia + Dióxido de Carbono

Reação 4

TDI + Uréia → Biureto (Poliureia)

01: As reações 1 e 2 são reações de crescimento em cadeia, formando a cadeia principal da espuma. Antes da espuma atingir dois terços da sua altura máxima, a cadeia principal alonga-se rapidamente, com reações de crescimento em cadeia predominando no interior da espuma. Nesta fase, devido às temperaturas internas relativamente baixas, as reações 3 e 4 não são proeminentes.

02: As reações 3 e 4 são reações de reticulação, formando os ramos da espuma. Quando a espuma atinge dois terços da sua altura máxima, a temperatura interna aumenta e as reações 3 e 4 intensificam-se rapidamente. Durante esta etapa, as reações 1 a 4 são vigorosas, marcando um período crítico para a formação das propriedades de espuma. As reações 3 e 4 proporcionam estabilidade e suporte ao sistema de espuma. A reação 1 contribui para a elasticidade da espuma, enquanto as reações 3 e 4 contribuem para a resistência à tração e dureza da espuma.

03: As reações produtoras de gás são denominadas reações de formação de espuma. A geração de dióxido de carbono é uma reação de formação de espuma e a reação exotérmica primária na espuma de poliuretano. Em sistemas de reação contendo metano, a vaporização do metano constitui uma reação de formação de espuma e um processo endotérmico.

04: As reações que levam à formação de constituintes de espuma são conhecidas como reações de gelificação, abrangendo todas as reações, exceto as reações de produção de gás. Isso inclui a formação de uretano, ureia, isocianurato e biureto (poliureia) nas reações 1 a 4.

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.