A estabilidade da espuma de esponja de espuma macia de poliuretano refere-se a se a espuma quebra, fecha os poros, colapsa e também inclui dureza do produto, densidade, elasticidade, resistência à tração, tamanho dos poros e outros aspectos que atendem aos requisitos do cliente. Para conseguir isso, é necessário padronizar matérias-primas, formulações e parâmetros operacionais, e controlar as complexas e diversas reações químicas em diferentes ambientes.


Densidade:
A densidade é medida em quilogramas por metro cúbico ou gramas por centímetro cúbico. Para produtos pequenos de formato irregular, não é fácil medir a área da seção transversal. Pode-se usar papel milimetrado com pequenos quadrados (como papel milimetrado com lados quadrados de 2 milímetros) para desenhar a área da seção transversal do produto que está sendo medido e calcular a densidade contando quadrados. Durante o processo de produção, a densidade da formulação, a vazão, a velocidade da correia transportadora e a largura da espuma foram determinadas. Medir a altura da espuma revelará a densidade da espuma. Por exemplo, se uma esponja atinge uma altura de 95 centímetros, a densidade é de 20 quilogramas por metro cúbico. A densidade está relacionada à formulação e também é afetada pela taxa de reação. Existe uma diferença de densidade entre a parte superior e inferior da mesma espuma.


Dureza:
A dureza da esponja pode ser dividida em dois tipos. Um reflete a dureza superficial do produto, usado para materiais para calçados, enquanto o outro reflete a dureza geral do produto, usado para esponjas para móveis. A dureza da espuma está relacionada aos segmentos duros, ao calor e ao teor de matéria-prima durante a reação, correspondendo aos materiais TDI, MC e POP. A dureza da espuma também é afetada pelo grau de reticulação. À medida que a densidade da esponja diminui, torna-se difícil aumentar a quantidade de POP. Para espumas de baixa densidade e alta dureza, o foco está em como aumentar o POP e o TDI na formulação para reduzir o MC. Para espumas de densidade média-alta e alta dureza, o foco está em maximizar o efeito de endurecimento do POP e do TDI.


Elasticidade:
A elasticidade está principalmente relacionada ao peso molecular do poliéter. Quanto maior o peso molecular, maior a resiliência do produto. Em segundo lugar, está relacionado com a formação de cadeias laterais durante a reação da esponja; quanto menos cadeias laterais, melhor será a elasticidade. A redução do índice TDI pode reduzir a formação de cadeias laterais, e a redução do calor dentro da espuma também pode reduzir a formação de cadeias laterais. Contudo, se houver poucas cadeias laterais, a tolerância da formulação não é elevada e a espuma não é estável. A elasticidade da esponja também está relacionada ao equilíbrio da formulação. Quando uma esponja de espuma comum fecha os poros, a elasticidade cai drasticamente. A espuma de alta dureza não possui boa elasticidade, mas a espuma muito macia também não possui alta resiliência.


Resistência à tracção:
As esponjas para móveis são usadas principalmente para sentar e inclinar-se, portanto os requisitos de resistência à tração não são muito altos. A resistência à tração da esponja está relacionada ao conteúdo de NCO e ao grau de reticulação nos meridianos. Aumentar o índice TDI e aumentar o calor dentro da espuma pode fortalecer o conteúdo de NCO e o grau de reticulação. O aumento do MC reduz o aumento da resistência à tração em muitos casos. A quantidade de TDI que uma formulação pode “acomodar” está relacionada ao método de formação de espuma, como máquinas de alta pressão, máquinas de baixa pressão e formação de espuma manual, que são diferentes. Uma esponja com alta taxa de alongamento não tem necessariamente uma alta resistência ao rasgo. Para produtos que enfatizam a resistência à tração, adicionar uma pequena quantidade de pó de pedra pode reduzir bastante a resistência à tração sem perder o original.


Poros:
A espuma com poros muito bons geralmente se transforma em espuma de qualidade média a alta, e o preço também aumenta significativamente. A formação de poros é um problema abrangente e, para obter poros uniformes, delicados e livres de defeitos, é necessário ter um conhecimento profundo do maquinário, das matérias-primas, das formulações e dos parâmetros. A formação de furos e marcas é geralmente causada pela entrada excessiva de ar nas matérias-primas durante a agitação na cabeça da máquina ou durante o movimento das matérias-primas. Também pode resultar de má qualidade da matéria-prima ou contaminação. A teoria de que vazamentos de ar em tubulações causando furos não é sustentável. Durante a formação de espuma, a pressão dentro do tubo é maior que a pressão atmosférica fora do tubo. Apenas a matéria-prima sai do tubo e o ar externo não pode entrar

CLP (Controlador Lógico Programável)


É um dispositivo de controle automático com memória de instruções, interfaces de E/S digitais ou analógicas; usado principalmente para operações lógicas, sequenciais, de temporização, de contagem e aritméticas com operações de bits; usado para controlar máquinas ou processos de produção.



Unidade de frequência variável (VFD)


Um VFD é um dispositivo de controle que transforma a frequência de potência de uma frequência para outra usando a ação liga-desliga de dispositivos semicondutores de potência.


Os circuitos principais de um VFD geralmente podem ser divididos em dois tipos:


- Tipo de tensão: Converte a tensão CC de uma fonte de tensão em CA no VFD, com filtragem de capacitor no circuito CC.


- Tipo de corrente: Converte corrente CC de uma fonte de corrente em CA no VFD, com filtragem de indutor no circuito CC.



Interruptor Fotoelétrico


Utiliza a obstrução ou reflexão de um feixe de luz infravermelha por um objeto detectado, detectado pelo circuito síncrono, para determinar a presença ou ausência do objeto. Ele pode detectar qualquer objeto que reflita luz, não se limitando a metais.


Um interruptor fotoelétrico reflexivo de espelho é usado na máquina de perfuração a vácuo.



Sistema Trocador de Calor


Controla a temperatura das matérias-primas no sistema para atender aos requisitos.


À medida que a temperatura da matéria-prima aumenta após passar pelo trocador de calor, sua viscosidade aumenta. Para garantir o funcionamento normal da bomba de alta pressão, é necessária uma bomba de alimentação especial. Os requisitos específicos são calculados com base na vazão e na viscosidade da matéria-prima.


O controle de temperatura do trocador de calor deve ficar próximo ao cabeçote de mistura, correlacionando a temperatura da matéria-prima com a troca da água de resfriamento para controlar automaticamente o fluxo de água de resfriamento para resfriar a matéria-prima.



Máquina perfuradora


Existem máquinas de perfuração de rolo, máquinas de perfuração a vácuo e máquinas de perfuração de escova, com as máquinas de rolo tendo o melhor efeito de controle, seguidas pelas máquinas de perfuração a vácuo, e as máquinas de perfuração de escova sendo as piores. Atualmente, as perfuradoras com escova raramente são usadas.


O objetivo da perfuração é evitar a deformação do produto.


A máquina perfuradora de rolos controla o tamanho das lacunas. Se as lacunas forem muito grandes, o efeito de perfuração não é bom; se as lacunas forem muito pequenas, haverá marcas de pressão óbvias no produto.


Existem dois métodos de perfuração: 1. Método químico - utilizando agentes perfurantes, 2. Método mecânico - utilizando máquinas perfurantes.


Os produtos devem ser perfurados assim que saem do molde. Alguns produtos podem expandir após serem desmoldados e, neste momento, devem ser deixados por um período antes da perfuração.



TPR


Pode prevenir o encolhimento do produto e o colapso de bolhas; sua função mais básica é a perfuração eficaz para facilitar a desmoldagem. No entanto, também pode levar a flutuações no ILD (Indentation Load Deflection); O TPR afeta diretamente a velocidade de ascensão da espuma.



Válvula reguladora de pressão de circuito


É crucial para equilibrar a pressão do sistema no sistema de controle e deve ser colocado o mais próximo possível do bico. Se estiver longe do bico, podem ocorrer flutuações de pressão, levando à instabilidade do sistema e produtos instáveis.

1. Reações Básicas



A formação da espuma de poliuretano envolve duas reações básicas: reação de formação de espuma e reação de polimerização (também chamada de reação de gel).



Reação de formação de espuma: O isocianato reage com a água para produzir uma reação de uréia dissubstituída e dióxido de carbono. A equação da reação é a seguinte:



2R-N=C=O + HOH
→

R-NH-CO-NH-R + CO2

↑



O dióxido de carbono liberado atua como núcleo da bolha, fazendo com que a mistura reacional se expanda, resultando em espuma com estrutura de células abertas.



Reação de polimerização: O grupo hidroxila no poliéter sofre uma reação de polimerização gradual com isocianato para formar um aminoformato. A equação da reação é a seguinte:



R=N=C=O + R

&principal;

-OH
→

R-NH-COO
—
R
&principal;



2. Polióis



A produção doméstica de espuma em bloco usa poliéteres de espuma macia com 3 funcionalidades e peso molecular 3.000 (valor de hidroxila 56) ou 3.500 (valor de hidroxila 48, menos comumente usado).



3. Poliisocianatos



O principal poliisocianato utilizado é o diisocianato de tolueno (TDI). Existem três tipos principais de produtos industriais TDI: 2,4-TDI puro (ou TDI100), TDI80/20 e TDI65/35. O TDI80/20 tem o menor custo de produção e é a variedade mais utilizada em aplicações industriais.



O peso molecular do TDI é 174, com dois grupos isocianato (-N=C=O) tendo um peso molecular de 84. Portanto, o teor de isocianato no TDI é de 48,28%.



A quantidade de TDI utilizada tem um impacto significativo nas propriedades da espuma. Nas formulações de espuma, o excesso de TDI é expresso como o índice de isocianato, que é a razão entre o uso real e a quantidade teórica calculada. Ao produzir espuma macia, o índice é geralmente 105-115 (100 é igual ao valor teórico calculado). Dentro desta faixa, à medida que o índice TDI aumenta, a dureza da espuma aumenta, a resistência ao rasgo diminui, a resistência à tração diminui e o alongamento na ruptura diminui. Se o índice TDI for muito alto, pode levar a células grandes e fechadas, longos tempos de maturação e queima de espuma; se o índice TDI for muito baixo, pode causar rachaduras, recuperação deficiente, baixa resistência e deformação permanente por compressão significativa.



4. Agentes de sopro



A água reagindo com o TDI para produzir dióxido de carbono é o principal agente de expansão usado na formação de espuma macia. Aumentar a quantidade de água na formulação aumentará o teor de ureia, aumentará a dureza da espuma, diminuirá a densidade da espuma e reduzirá a capacidade de suporte de carga da espuma. No entanto, o TDI reage com a água para produzir uma grande quantidade de calor. Se o teor de água for muito alto, a espuma pode queimar ou pegar fogo.



O cloreto de metileno é um agente de expansão físico com ponto de ebulição de 39.8
°
C. É um gás não inflamável que pode vaporizar durante a formação de espuma, reduzindo a densidade e a dureza da espuma. A quantidade de cloreto de metileno adicionada deve evitar a queima da espuma, garantindo ao mesmo tempo que muito não remove muito calor, afetando a cura da espuma. A quantidade de cloreto de metileno utilizada é limitada.



5. Catalisadores



O principal papel dos catalisadores é ajustar a velocidade das reações de formação de espuma e gel para alcançar um bom equilíbrio.



A trietilenodiamina (A33, uma solução a 33% de éter diisopropílico ou dipropilenoglicol) é o catalisador de amina terciária mais importante na produção de espuma macia. É 60% eficaz na promoção da reação entre isocianato e água, ou seja, reação de formação de espuma, e 40% eficaz na promoção da reação entre hidroxila e isocianato, ou seja, reação em gel.



O dilaurato de dibutilestanho (A-1) é um catalisador de amina terciária de uso geral para espuma macia. É 80% eficaz na promoção da reação de formação de espuma e 20% eficaz na promoção da reação do gel. É frequentemente usado em combinação com trietilenodiamina.



O uso inadequado de catalisadores de amina pode ter um impacto significativo no produto. Muita amina pode causar:



(1) Tempo de reação curto, aumento rápido na viscosidade inicial e fumo excessivo durante a formação de espuma.


(2) Rachaduras de espuma. Pouca amina resultará em velocidade de iniciação lenta, afetando a altura da espuma.



O dilaurato de dibutilestanho é o catalisador de estanho orgânico mais comumente usado, que é muito fácil de hidrolisar e oxidar na presença de água e catalisadores de amina terciária em misturas de poliéter.



Quanto menor for a densidade da espuma, mais estreita será a faixa ajustável do dilaurato de dibutilestanho. O efeito da dosagem de estanho na espuma é o seguinte:



Dosagem muito baixa: rachaduras na espuma.



Dosagem excessiva: Aumento rápido da viscosidade, espuma formando células fechadas e encolhendo, formando películas na parte superior e nas laterais.



6. Estabilizadores de espuma (também chamados de óleos de silicone)



Os estabilizadores de espuma reduzem a tensão superficial da mistura do sistema de espuma, estabilizando assim as bolhas, evitando o colapso da espuma e controlando o tamanho e a uniformidade dos vazios.



Aumentar a quantidade de óleo de silicone da quantidade mínima para um nível apropriado pode produzir espuma plástica bem aberta. Quando a quantidade é muito alta, a taxa de células fechadas da espuma aumenta.



7. Outros fatores de influência



Além da formulação, os parâmetros do processo e o ambiente também têm um certo impacto nas propriedades da espuma.



Temperatura da matéria-prima: Sob temperaturas ambientes relativamente normais (20-28
°
C), a temperatura da matéria-prima é controlada em 25
±
3°
C, de preferência dentro de uma faixa de
±
1°
C. Também pode ser controlado dentro da faixa de 28-30
°
C.



O efeito do aumento ou diminuição da temperatura na velocidade das reações de formação de espuma e gel varia. Um aumento na temperatura resulta num aumento muito maior na reação de polimerização em comparação com a reação de formação de espuma. Os catalisadores precisam ser ajustados para mudanças de temperatura.



Para a mesma formulação, utilizando a mesma quantidade de agente de expansão, a densidade da espuma também está relacionada com a altitude. Em áreas de grande altitude, a densidade da espuma diminui sensivelmente.

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.