A espuma de poliuretano (espuma de PU) consiste principalmente em poliuretano como componente principal. As matérias-primas incluem principalmente poliisocianatos e polióis, com adição de diversos aditivos, sendo os mais importantes uma série de agentes espumantes relacionados ao processo de formação de espuma. Estes aditivos levam à produção de uma quantidade significativa de espuma dentro do produto de reação, resultando em produtos de espuma de poliuretano. Este artigo fornece uma breve visão geral das matérias-primas utilizadas na produção de espuma PU e dos agentes espumantes.


1.Poliisocianatos


Os poliisocianatos mais comumente usados ​​na produção industrial de espumas de poliuretano incluem diisocianato de tolueno (TDI), isocianato de polimetileno polifenil (PAPI), diisocianato de difenilmetano (MDI) e MDI líquido (L-MDI).



TDI


O TDI é utilizado principalmente na produção de espumas flexíveis de poliuretano. O MDI tem maior reatividade que o TDI, menor volatilidade e algumas formas modificadas de MDI podem ser usadas como substitutos do TDI na produção de espumas flexíveis de poliuretano, incluindo espuma de poliuretano de alta densidade e na fabricação de elastômeros de poliuretano semirrígidos ou microcelulares.


O PAPI, também conhecido como MDI bruto ou MDI polimerizado, normalmente tem um peso molecular médio variando de 30 a 400, com um teor de NCO de 31% a 32%. No campo de espumas plásticas, o PAPI e o PAPI modificado são usados ​​principalmente para produzir várias espumas rígidas de poliuretano, sendo alguns também usados ​​na produção de espumas flexíveis de alto rebote, espumas de pele integral e espumas semirrígidas. PAPI pode ser misturado com TDI para fabricar espumas plásticas de cura a frio e alto rebote.


2. Poliéter e polióis de poliéster


2.1 Poliéter Polióis


Os poliéter polióis usados ​​para produzir espumas flexíveis de poliuretano são geralmente poliéteres de cadeia longa e de baixa funcionalidade. Na formulação de espumas flexíveis, a funcionalidade dos poliéter polióis geralmente fica entre 2 e 3, com peso molecular médio variando de 2.000 a 6.500. Os poliéter trióis são mais comumente usados ​​em espumas flexíveis, tipicamente iniciados com glicerol (propano-1,2,3-triol) e obtidos através de polimerização por abertura de anel com 1,2-epóxi propano ou copolimerização com uma pequena quantidade de óxido de etileno, com um peso molecular geralmente situado na faixa de 3.000 a 7.000.



Poliéter Polióis


Os poliéter polióis de alta atividade são usados ​​principalmente para espumas flexíveis de alto rebote e podem ser usados ​​na produção de espumas semirrígidas e outros produtos de espuma. Alguns poliéter dióis podem ser usados ​​como materiais auxiliares, misturados com poliéter trióis em formulações de espuma flexível. Polióis poliéteres de baixa insaturação e alto peso molecular são usados ​​para a produção de espumas macias, reduzindo a quantidade de TDI necessária.


Os poliéter polióis usados ​​em formulações de espuma rígida são geralmente poliéter polióis de alta funcionalidade e alto valor de hidroxila para obter reticulação e rigidez suficientes. O valor hidroxila dos poliéter polióis para formulações de espuma rígida está normalmente na faixa de 350 a 650 mg KOH/g, com uma funcionalidade média de 3 ou superior. As formulações de espuma rígida geralmente usam uma combinação de dois tipos de poliéter polióis, com um valor médio de hidroxila de cerca de 4.000 mg KOH/g.


As formulações de espuma semirrígida geralmente usam alguns poliéteres de alto peso molecular, especialmente poliéter trióis de alta atividade, e alguns poliéter polióis de alta funcionalidade e baixo peso molecular de formulações de espuma rígida.

2.2 Polióis de poliéster


Polióis de poliéster alifáticos de baixa viscosidade, tais como adipato dióis de hexanodiol com um valor de hidroxila de aproximadamente 56 mg KOH/g, ou polióis de poliéster ligeiramente ramificados, podem ser usados ​​para produzir espumas flexíveis de poliuretano à base de poliéster. Os polióis poliéster têm alta reatividade. Atualmente, o bloco de espuma de poliuretano feito de poliéster é utilizado apenas em algumas áreas, como materiais auxiliares para roupas.



Polióis Poliéster


Polióis poliéster aromáticos, sintetizados a partir de ácidos dicarboxílicos (como anidrido ftálico, ácido tereftálico, etc.) e dióis de moléculas pequenas (como etilenoglicol, etc.) ou polióis, são usados ​​para produzir espumas rígidas de poliuretano e espumas rígidas de poliisocianurato. Polióis de poliéster com baixo valor de hidroxila derivados de anidrido ftálico também podem ser usados ​​para espumas flexíveis de alto rebote, espumas de pele integral, espumas semirrígidas e materiais de poliuretano sem espuma.

2.3 Polióis Polímeros


Polióis poliméricos, incluindo estireno rígido, homopolímeros de acrilonitrila, copolímeros e polímeros enxertados, atuam como "enchimentos" orgânicos para melhorar o desempenho de suporte de carga. Os polióis poliméricos são usados ​​na produção de espumas de bloco flexíveis de alta dureza, espumas de alto rebote, espumas termoplásticas flexíveis, espumas semirrígidas, espumas autodescascáveis ​​e produtos moldados por injeção de reação (RIM). Eles podem reduzir a espessura do produto, diminuir a densidade da espuma para reduzir custos, aumentar a abertura das células de espuma plástica e conferir propriedades retardantes de chama aos produtos.



Polióis Polímeros


Os polióis de poliureia (dispersões PHD) são uma classe especial de polióis modificados com polímeros usados ​​em espumas flexíveis de alto rebote, espumas semirrígidas e espumas macias, mas sua presença no mercado é limitada.


Existem também alguns polióis especiais usados ​​para a produção de espumas de poliuretano, como polióis à base de óleo vegetal, polióis poliéster à base de colofônia e poliésteres poliméricos. Eles não são descritos em detalhes neste artigo.

Poliéter Poliol: Valor Hidroxila 36, ​​Hidroxila Primária > 65%, 60%.


Poliol Polimérico: Valor Hidroxila 28, Copolímero 20%, 40%.


Água: 3%.


80TDI e MDI Polimérico (Viscosidade 300mpa): 80:20.


T12: 0.025%.


A33: 0.4%.


Óleo de silicone HR-3: 1%.


Reticulador HA-1: 6%.


Éter di(b-dimetilaminoetílico): 0,15%.

Hidróxido de Alumínio


Também conhecida como alumina hidratada. O hidróxido de alumínio usado como retardador de fogo é principalmente alumina tri-hidratada. Aparece como um pó cristalino fino branco com um tamanho médio de partícula de 1-20 micrômetros. Sua densidade relativa é 2,42, o índice de refração é 1,57 e o pH da pasta a 30% é 9,5-10,5. A temperatura de início da desidratação é de 200 graus Celsius, com um calor de absorção de 2,0 KJ/G.


Durante a combustão, libera grande quantidade de água quimicamente combinada, absorve quantidade considerável de calor, retarda a taxa de degradação térmica do polímero, reduz a temperatura da superfície do material, retarda e suprime a combustão do substrato. Irá gerar grande quantidade de vapor na superfície do substrato, diluindo o oxigênio na zona de combustão, reduzindo a concentração de fumaça e gases inflamáveis ​​tóxicos. O óxido de alumínio gerado durante a combustão pode promover a formação de uma camada protetora carbonizada na superfície do polímero.



Melamina


Comumente conhecido como melamina, é um cristal monoclínico branco de baixa toxicidade, não inflamável e com ponto de fusão de 354 graus Celsius. Sofre sublimação endotérmica e rápida decomposição sob alta temperatura. Em temperaturas entre 250-450 graus Celsius, pode absorver uma grande quantidade de calor e liberar nitrogênio durante a decomposição, diminuindo a taxa de combustão do material. Ao mesmo tempo, forma uma camada de barreira carbonizada na superfície do substrato, atuando como retardador de fogo. No entanto, existem alguns problemas de dispersão, por isso precisa ser usado em combinação. Quando usado como retardador de fogo, a decomposição em alta temperatura pode produzir gás tóxico cianeto.



Retardador de Chama Organofosforado


Tris(1,3-dicloro-2-propil)fosfato (TDCPP)


Um líquido viscoso transparente amarelo pálido. Contém 7,2% de fósforo e 49,4% de cloro, com ponto de fulgor de 251,7 graus Celsius, ponto de ignição de 282 graus Celsius e temperatura de combustão espontânea de 514 graus Celsius. Começa a se decompor a 230 graus Celsius e é solúvel em álcoois, benzeno, tetracloreto de carbono, etc. Quando utilizado a 5%, pode atingir propriedades autoextinguíveis e, a 10%, pode tornar o material autoextinguível ou não inflamável, além de possuir resistência à água, resistência à luz e propriedades antiestáticas.



Poliol Poliéter Retardante de Fogo


1. Ingredientes da Fórmula:


Poliéter poliol 3050: Mn3000;


Poliol poliéter retardador de chama: valor de hidroxila 28, fração de massa sólida retardante de chama 23%;


Óleo de silicone: L580


Solução de trietilenodiamina: Fração de massa 33%;


Solução de octoato de estanho: Fração de massa 33%;


TDI: Classe industrial

Condições de teste:


1. A formação rápida de espuma é retirada do centro da espuma, enquanto as amostras de espuma moldada são retiradas da parte central ou para testes de amostra inteira.


2. A espuma recém-fabricada deve ser amadurecida por 72 horas em seu estado natural antes da amostragem. As amostras devem ser colocadas em um ambiente constante de temperatura e umidade (conforme GB/T2918: 23
±
2
℃

, humidade relativa 50
±
5%).



Densidade

: Densidade = Massa (kg) / Volume (m3)



Dureza

: Deflexão de carga de indentação (ILD), Deflexão de carga de compressão (CLD)


A principal diferença entre esses dois métodos de teste é a área de carregamento da espuma plástica. No teste ILD a amostra é submetida a uma área comprimida de 323 cm2, enquanto no CLD toda a amostra é comprimida. Aqui, discutiremos apenas o método de teste ILD.


No teste ILD, o tamanho da amostra é 38*38*50mm, com diâmetro da cabeça de teste de 200mm (com canto redondo de R=10 na borda inferior) e placa de suporte com furos de 6mm espaçados de 20mm. A velocidade de carregamento da cabeça de teste é (100
±
20) mm/min. Inicialmente, uma pressão de 5N é aplicada como ponto zero, depois a amostra é comprimida até 70% de sua espessura no ponto zero e descarregada na mesma velocidade. Este carregamento e descarregamento são repetidos três vezes como pré-carregamento e imediatamente comprimidos na mesma velocidade. As espessuras de compressão são 25
±
1% e 65
±
1%. Depois de atingir a deformação, segure por 30
±
1s e registre o valor de recuo relativo. O valor registrado é a dureza da indentação naquele nível de compressão.


Além disso, 65% ILD / 25% ILD = Taxa de Compressão, que é uma medida do conforto da espuma.



Resistência à tração, alongamento na ruptura

: Refere-se à tensão máxima de tração aplicada durante o teste de tração até a fratura e ao alongamento percentual da amostra na fratura.


Resistência à tração = Carga na fratura / Área da seção transversal original da amostra


Alongamento na Ruptura = (Distância de Fratura - Distância Original) / Distância Original * 100%



Resistência ao rasgo

: Mede a resistência do material ao rasgo aplicando uma força de rasgo especificada em uma amostra de formato definido.


Tamanho da amostra: 150*25*25mm (GB/T 10808), com a direção da espessura da amostra como a direção de subida da espuma. Uma incisão de 40 mm de comprimento é feita ao longo da direção da espessura (direção de subida da espuma) no centro de uma extremidade da amostra. Meça a espessura ao longo da direção da espessura da amostra, depois abra a amostra e prenda-a no dispositivo da máquina de teste. Aplique carga a uma velocidade de 50-20mm/min, utilizando uma lâmina para cortar a amostra, mantendo a lâmina na posição central. Registre o valor máximo quando a amostra quebrar ou rasgar em 50 mm.


Resistência ao rasgo = Valor máximo da força (N) / Espessura média da amostra (cm)


Normalmente, três amostras são testadas e a média aritmética é obtida.



Resiliência

: Mede o desempenho de rebote da espuma, permitindo que uma bola de aço de determinado diâmetro e peso caia livremente sobre a superfície da amostra de espuma plástica a partir de uma altura especificada. A relação entre a altura do rebote e a altura de queda da bola de aço indica a resiliência da espuma.


Requisitos de teste: Tamanho da amostra 100*100*50mm, a direção de queda da bola deve ser consistente com a direção de uso da espuma. O tamanho da esfera de aço é

∮

164 mm, peso 16,3 ge cai de uma altura de 460 mm.


Taxa de resiliência = Altura de rebote da bola de aço / Altura de queda da bola de aço * 100%


Nota: As amostras devem ser horizontais, a esfera de aço deve ser fixada antes de cair (estática), cada amostra é testada três vezes com intervalos de 20s, e o valor máximo é registrado.



Deformação Permanente por Compressão

: Em um ambiente constante, a amostra de material de espuma é mantida sob deformação constante por um determinado período, depois recuperada por um período de tempo, observando o efeito da deformação na espessura da amostra. A razão entre a diferença entre a espessura inicial e a espessura final da amostra e a espessura inicial representa a deformação permanente por compressão da espuma plástica.


Deformação Permanente por Compressão = (Espessura Inicial da Amostra - Espessura Final da Amostra) / Espessura Inicial da Amostra * 100



Resistência ao fogo



VOC (compostos orgânicos voláteis)

Densidade:


A. As espumas flexíveis de PU com alta densidade possuem muitos poros pequenos, parecendo mais cheias. Porém, quanto maior a densidade, menor será a absorção de água.


B. Geralmente, as espumas flexíveis de PU com alta densidade também apresentam alta dureza, mas não está descartado que algumas espumas de alta densidade possam adicionar aditivos supermacios, tornando a esponja muito macia. Portanto, espumas flexíveis de PU da mesma densidade podem apresentar diferentes graus de maciez ou dureza.


C. Espumas de alta densidade são frequentemente usadas para algodão absorvente de som, almofadas de sofá, materiais de embalagem macios, etc. Espumas de média e baixa densidade são geralmente usadas para materiais de proteção.



Resiliência:


A. Espumas de recuperação lenta, também conhecidas como espumas inertes, espumas viscoelásticas, espumas com sensação de pressão zero, etc. As espumas de recuperação lenta têm uma estrutura em "favo de mel", de modo que não podem retornar rapidamente à sua forma original após serem comprimidas.


B. Características das espumas de recuperação lenta: boa absorção de água, desempenho de isolamento acústico; forte tenacidade, alta resistência à tração, boa absorção de choque e desempenho de amortecimento; bom isolamento térmico e isolamento térmico, pode suportar frio e calor intensos.


C. As espumas de alto rebote têm uma mistura de tamanhos de poros, diferentes espessuras de esqueleto e uma alta taxa de furos abertos. Quando comprimidos, produzem forças de ricochete com diferentes forças de apoio em diferentes estados de deformação.


D. As espumas de alto rebote têm resiliência e respirabilidade super fortes; excelente desempenho antifadiga e retardador de chama; a sensação é semelhante à superfície do látex.