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

O plástico de espuma macia de poliuretano é um dos produtos importantes na indústria de poliuretano. A sua produção envolve necessariamente a utilização de catalisadores de aminas orgânicas, especialmente catalisadores de aminas terciárias orgânicas. Isso ocorre porque os catalisadores de aminas terciárias orgânicas desempenham um papel significativo nas principais reações de formação de espuma de poliuretano: as reações de dióxido de carbono e de polimerização molecular, promovendo rápida expansão das misturas reacionais, aumento da viscosidade e aumento acentuado do peso molecular do polímero. Essas condições são essenciais para a formação de corpos de espuma, garantindo que as espumas plásticas macias tenham vantagens como baixa densidade, alta relação resistência-peso, alta resiliência e conforto para sentar e deitar. Existem muitos tipos de catalisadores de aminas orgânicas que podem ser usados ​​para plásticos de espuma macia de poliuretano. Entre eles, os catalisadores altamente eficientes reconhecidos por diversos fabricantes são: trietilenodiamina (TDEA) e éter bis(dimetilaminoetílico) (referido como A1). Estes também são os catalisadores de aminas orgânicas mais utilizados no mundo atualmente, com o maior consumo entre vários catalisadores.



Devido às diferenças estruturais moleculares entre os catalisadores TDEA e A1, existem diferenças significativas no seu desempenho catalítico, particularmente nas suas reações ao gás dióxido de carbono e na polimerização molecular. Se o usuário não prestar atenção a essas diferenças na produção, não apenas deixará de produzir produtos de espuma qualificados, mas também será difícil a formação de corpos de espuma. Portanto, compreender e dominar as diferenças de desempenho entre estes dois catalisadores na produção de espuma de poliuretano é de grande importância. O TDEA existe no estado sólido em condições normais, tornando sua aplicação menos conveniente. Na produção real, compostos alcoólicos de baixo peso molecular são comumente usados ​​como solventes, formulados em soluções de 33% para facilidade de uso, comumente chamados de A33. Por outro lado, A1 é um líquido de baixa viscosidade que pode ser aplicado diretamente. Abaixo está uma comparação das diferenças de desempenho catalítico entre A1 e A33 na produção de plásticos de espuma macia de poliuretano.



A33 tem 60% de função catalítica para a reação com gás dióxido de carbono e 40% de função catalítica para polimerização molecular. Possui uma baixa taxa efetiva de utilização de gás dióxido de carbono, resultando em menor altura de formação de espuma e maior densidade de espuma. Como a maior parte da função catalítica é usada para reações de polimerização molecular, é fácil produzir corpos de espuma de células fechadas, que são rígidos e com baixo rebote, e a faixa ajustável de catalisadores de estanho torna-se mais estreita. Para atingir a mesma função catalítica, a quantidade utilizada é 33% maior que A1. Tanto a camada inferior quanto a externa do corpo de espuma são mais espessas. Aumentar a quantidade pode aumentar a velocidade da reação, mas a quantidade de catalisador de estanho deve ser reduzida em conformidade, caso contrário serão produzidos corpos de espuma de células fechadas.



A1 tem uma função catalítica de 80% para a reação com gás dióxido de carbono e uma função catalítica de 20% para polimerização molecular. Possui uma alta taxa efetiva de utilização de gás dióxido de carbono, resultando em maior altura de formação de espuma e menor densidade de espuma. Como a maior parte da função catalítica é usada para reações de geração de gás, é fácil produzir corpos de espuma de células abertas, que são macios e com alto rebote, e a faixa ajustável de catalisadores de estanho torna-se mais ampla. Para atingir a mesma função catalítica, a quantidade utilizada é inferior a A33. Tanto a camada inferior quanto a externa do corpo de espuma são mais finas. Aumentar a quantidade pode aumentar a velocidade da reação, mas a quantidade de catalisador de estanho deve ser aumentada de acordo, caso contrário pode ocorrer excesso de espuma e rachaduras.



Em termos de desempenho geral entre TDEA e A1, A1 tem um desempenho catalítico abrangente mais alto do que a trietilenodiamina. Seus efeitos reais de aplicação também são melhores, embora não tão convenientes quanto a trietilenodiamina em termos de transporte e armazenamento. Atualmente, a grande maioria das instalações mecânicas de produção contínua de espuma utiliza quase exclusivamente A1, enquanto todas as instalações de produção de espuma tipo caixa utilizam TDEA. No entanto, isso não é absoluto. Com uma compreensão clara das diferenças entre os dois e ajustes apropriados na formulação, eles podem ser intercambiáveis ​​e ambos podem produzir excelentes produtos de espuma.

Cálculo da distância de formação de espuma para c

máquina de formação de espuma contínua



Dado: O tempo de liberação da bolha para a fórmula é de 108 segundos, a velocidade da correia transportadora durante a formação de espuma é de 4,6 metros por minuto. Calcule as distâncias de oscilação e formação de espuma.


Distância de espuma ao balançar: (108/60) x 4,6 = 8,28 metros


Distância de formação de espuma durante a calha: [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 metros



Explicação: Para a mesma fórmula, a máquina de formação de espuma contínua tem um tempo de liberação de bolhas mais curto do que as bolhas pequenas. A distância de formação de espuma calculada é menor que a distância de formação de espuma real. Este método fornece apenas uma confirmação aproximada da distância de formação de espuma, apoiando o ajuste da placa de assentamento. Calha

:
18" indica o tempo em segundos que a matéria-prima permanece na calha de transbordamento.



Cálculo da altura de formação de espuma para
c

máquina de formação de espuma contínua



Dado: Taxa de fluxo da fórmula: 80 quilogramas por minuto para poliéter, 20 para poliéter branco, 60 para TDI, 20 para pó de pedra, velocidade da correia transportadora 4,5 metros por minuto, largura do molde 1,65 metros, produzindo espuma com densidade de 25 quilogramas por metro cúbico metro. Qual é a altura da espuma em metros?


Peso total da fórmula: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 quilogramas


Volume da fórmula: 180/25 = 7,2 metros cúbicos


Área base do transportador funcionando por minuto:


4,5 x 1,65 = 7,425 metros cúbicos


Altura de espuma: 7,2/7,425 = 0,97 metros



Explicação: O óleo de silicone, a amina e o estanho não são considerados aqui porque compensam a quantidade de dióxido de carbono utilizado durante o processo de formação de espuma. O teor de umidade (MC) não é considerado porque o MC não aumenta o peso da espuma quando vaporizado.



Espumando Operação Diária


Os iniciantes temem que o ajuste inadequado da placa de assentamento faça com que o líquido pulverizado do bico se mova para frente ou para trás, afetando a formação de espuma. A taxa de reação aumenta gradualmente nos primeiros dois minutos após a partida da máquina, às vezes exigindo ajustes correspondentes na placa de assentamento. Os ajustes na placa de decantação são mais críticos em fórmulas com baixa densidade e alto MC.


A vazão do TDI pode ser calculada determinando o valor da escala correspondente para a vazão, mas é recomendado medir a vazão do TDI durante a primeira produção de espuma. A taxa de fluxo é muito importante; se a vazão estiver incorreta, todo o resto ficará uma bagunça. É melhor confiar no método mais simples e intuitivo de medir a vazão.


Quando o pó estiver sendo misturado, o pó de pedra misturado deve ser deixado durante a noite e a produção deve começar no dia seguinte. Para formulações contendo melamina e pó de pedra, recomenda-se primeiro misturar a melamina com o poliéter por um período de tempo antes de adicionar o pó de pedra.


As fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais longa ou mais dentes no eixo de mistura normalmente têm menos amina e temperatura do material mais baixa. Por outro lado, as fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais curta ou menos dentes no eixo de mistura normalmente têm mais amina e temperatura do material mais alta.


Para a mesma fórmula, ao alternar entre cabeças oscilantes de pulverização duplas e cabeças oscilantes de pulverização simples, se a área da seção transversal dos dois bicos for semelhante, os requisitos para a finura e o número de camadas da malha são semelhantes.


A correção da taxa de fluxo de material pequeno pode ser feita medindo a taxa de fluxo de retorno do material pequeno ou dividindo o uso total pelo tempo de formação de espuma para correção. Quando os valores obtidos dos dois métodos de correção diferirem significativamente, deverão ser utilizados os dados do segundo método de correção.


As fórmulas para espuma macia com melhores propriedades geralmente estão em uma faixa instável, como menor índice de TDI, menor proporção de água para MC, menor dosagem de T-9 e menor dosagem de óleo de silicone. Assim como em nosso trabalho, deve haver esforço antes da recompensa.

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.

A espuma flexível de poliuretano, também conhecida como esponja, geralmente passa por um processo de transformação de líquido em sólido em dois minutos. Em comparação com outros campos de poliuretano, o tempo de reação curto e intenso da espuma flexível aumenta a dificuldade em alcançar uma estrutura celular fina e ordenada, bem como um arranjo molecular.



Pesquisa e desenvolvimento (R&D) envolvem a introdução de novos materiais para conferir novas propriedades aos produtos. Novos materiais podem ser categorizados em dois tipos com base em suas características de reação: um tipo consiste em matérias-primas que estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como poliéter, isocianato, óleo de silicone e catalisadores com diferentes propriedades e atividades. Esses materiais não perturbam fundamentalmente o processo de reação química. O outro tipo inclui matérias-primas (cargas) que não estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como adição de substâncias não espumantes, como pós metálicos especiais, pós inorgânicos ou orgânicos especialmente formulados com propriedades únicas, pós inorgânicos ultrafinos (com finura de mais de 5000 mesh), agentes antibacterianos especiais, etc. Às vezes, esses materiais interrompem completamente o processo de reação, levando a novos padrões de reação. Alguns enchimentos causam o colapso completo da fórmula original, enquanto outros causam uma alteração significativa na densidade do produto acabado em 30% a 50%. Algumas cargas alteram drasticamente o tempo de subida da reação na fórmula, e algumas cargas causam danos graves à estrutura da espuma após serem adicionadas.



R&D geralmente mantém certas matérias-primas à mão para lidar com problemas comuns encontrados durante o processo. Essas matérias-primas normalmente requerem uma ampla gama de propriedades físicas e químicas. Por exemplo, aminas como A33, A-1, A-210, A-230, A-260, 33-LV, CS-90, 9717 e 9727 são comumente usadas na produção, mas nem todas podem ser mantidas à mão para R&D propósitos porque sua reatividade não tem uma diferença fundamental. Em extenso R&D, as aminas acima mencionadas podem ser classificadas como materiais da mesma categoria. Por exemplo, se a adição de uma determinada substância causar um colapso significativo quando se utiliza A33 para a formação de espuma, então os restantes oito tipos de aminas podem ser considerados ineficazes.



Um problema comum encontrado em R&D é o colapso da espuma, que é o resultado menos eficiente. Costuma-se dizer que a análise e o ajuste só podem ser feitos de forma eficaz quando a estrutura da espuma estiver estável. Muitos casos de colapso da espuma não podem ser resolvidos apenas com o ajuste da fórmula; ou as propriedades da espuma mudam drasticamente, tornando-a impraticável, ou a espuma permanece instável. Para resolver isso, são introduzidos agentes de reticulação. Agentes de reticulação, comumente usados ​​como aditivos em R&D, geralmente vêm em dois tipos: agentes estruturados lineares, onde 1,4-butanodiol representa a matéria-prima e a formação de uréia ocorre através do crescimento da cadeia linear, e agentes estruturados em massa, como dietanolamina e glicerol, que estão mais próximos dos padrões de crescimento da cadeia de poliéter. .



Por exemplo, em um R&No caso D, o ajuste da fórmula não conseguiu evitar o colapso da espuma. A experiência revelou que a forte atividade das aminas causava desequilíbrio. O teor de amina foi reduzido de 0,2 partes por cem poliéter para 0,05 partes, e o alto teor de cianato na fórmula parecia estranho. A taxa global de reacção também diminuiu significativamente com a redução do teor de amina, mas o colapso persistiu. Mais tarde, a mudança para uma amina mais fraca resolveu o problema. Assim, por vezes a actividade de uma amina não pode ser compensada apenas pela sua concentração. Deve-se notar que a adição de certas substâncias pode resultar em diferenças significativas no desempenho entre a produção de espuma em pequena e grande escala. Nesses casos, o desempenho da última espuma produzida em larga escala deve ser a principal referência para ajuste.



Luz solar, ar e água
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as coisas mais comuns e muitas vezes esquecidas
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são os mais preciosos. Dominar a produção de espuma, que à primeira vista parece simples e sem conteúdo, é na verdade bastante desafiador. Como colega em R&D costuma dizer: “Tenho muito pouco conhecimento (lamentamos ter muito pouco conhecimento quando necessário)” e “Por quanto tempo continuaremos fazendo isso? (Há pressão)”. R&D e aprender a produção de espuma envolvem o uso de pontos conhecidos para compreender áreas desconhecidas, enquanto a produção e o ensino da produção de espuma envolvem o uso de áreas conhecidas para operar pontos desconhecidos. Embora estes dois aspectos pareçam semelhantes, colmatar a lacuna entre eles é bastante difícil.