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.

14. Recuperação ruim

A  Matérias-primas: polióis poliéter de alta atividade, baixo peso molecular, óleo de silicone altamente ativo.

B  Formulação do processo: alto teor de óleo de silicone, excesso de estanho, alto teor de água com o mesmo uso de estanho, alto índice de TDI, grande quantidade de óleo branco e pó.

15  Fraca resistência à tração

A  Matérias-primas: excesso de poliéter polióis de baixo peso molecular, baixo valor de hidroxila de funcionalidade.

B  Formulação do processo: estanho insuficiente, má reação de gelificação, alto índice de TDI com o mesmo uso de estanho, baixo teor de água, baixa reticulação.

16  Fumaça durante a formação de espuma

O excesso de aminas libera uma grande quantidade de calor durante a reação da água e do TDI, causando evaporação de substâncias de baixo ponto de ebulição e fumaça. Se não for abrasador do núcleo, a fumaça consiste principalmente de TDI, substâncias de baixo ponto de ebulição e monômeros cicloalcanos em poliéter polióis.

17  Espuma com listras brancas

Rápida reação de formação de espuma e gelificação, mas transferência lenta em formação de espuma contínua, resultando em uma camada densa devido à compressão localizada, causando listras brancas. Aumente a velocidade de transferência ou diminua a temperatura do material, reduza o uso do catalisador.

18  Espuma quebradiça

O excesso de água na formulação leva à formação excessiva de biureto, que não se dissolve no óleo de silicone. Mau uso de catalisador de estanho, reação de reticulação insuficiente, alto teor de polióis poliéter de baixo peso molecular, alta temperatura de reação causando quebra da ligação éter e diminuição da resistência da espuma.

19  Densidade da espuma inferior ao valor definido

O índice de espuma é muito alto devido a medições imprecisas, alta temperatura e baixa pressão.

20  Espuma com pele, pele de borda e ar inferior

Excesso de estanho, amina insuficiente, taxa de formação de espuma lenta, taxa de gelificação rápida, baixa temperatura durante a formação de espuma contínua.

21  Taxa de alongamento muito alta

A  Matérias-primas: poliéter polióis de alta atividade, baixa funcionalidade.

B  Formulação do processo: baixo índice TDI, reticulação insuficiente, alto teor de estanho

22  Espuma descontrolada (pequenas bolhas movendo-se rapidamente abaixo da superfície )

A  Máquina de formação de espuma de baixa pressão: aumenta a velocidade da cabeça de mistura, diminui a injeção de gás.

B  Máquina de formação de espuma de alta pressão: aumenta a pressão da cabeça de mistura.

23.Linhas Móveis Milky

A  Aumentar a velocidade do transportador

B  Ajuste a inclinação da placa de amortecimento.

C  Reduza o uso de catalisador de amina

24.Refluxo de material inserido

A  Aumentar a velocidade do transportador

B  Ajuste a inclinação da placa de amortecimento.

C  Aumente o uso do catalisador de amina.

25.Poços da Lua

A  Máquina de formação de espuma de baixa pressão: reduza a velocidade da cabeça de mistura e a injeção de gás.

B  Máquina de formação de espuma de alta pressão: aumenta a pressão da cabeça de mistura.

C  Qualidade do óleo de silicone emitir.

D  Aumente a quantidade de amina enquanto reduz a quantidade de estanho para garantir a abertura celular adequada.

26. Cura lenta, pegajosa Superfície

A resistência do polímero aumenta muito lentamente, resultando em uma espuma macia e pegajosa que é difícil de cortar.

Os blocos de espuma parecem instáveis ​​ao sair dos canais

Aumente o uso do catalisador, verifique a precisão da medição de poliol, água e TDl.

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)

A quantidade de estabilizador de espuma determina o tamanho das células da estrutura da espuma. Mais estabilizador leva a células mais finas, mas muito pode causar encolhimento. Encontrar o equilíbrio certo é crucial; muito pouco estabilizador e as células não se apoiarão, resultando em colapso durante a formação. Ambos são catalisadores em ação.

Poliuretano (espuma macia) refere-se a um tipo de espuma plástica flexível de poliuretano com certa elasticidade, principalmente com estruturas de células abertas.

Poliuretano (Espuma Dura) refere-se a espumas plásticas que não sofrem deformação significativa sob certas cargas e não podem recuperar seu estado inicial após cargas excessivas. Principalmente de célula fechada.

Óleo de silicone de espuma dura

O óleo de silicone de espuma dura é um tipo de estabilizador de espuma não hidrolisável altamente ativo com uma ligação silício-carbono, pertencente a uma categoria de óleo de silicone de amplo espectro. Possui excelente desempenho abrangente e é adequado para sistemas de formação de espuma de água e HCFC-141b, usados ​​em aplicações como placas, energia solar, tubulações, etc.

Características do produto:

1. Bom desempenho de emulsificação: O excelente desempenho de emulsificação permite boa dispersão e mistura dos materiais compósitos durante a reação com isocianato, resultando em boa fluidez. O produto produzido possui células uniformes e uma taxa de células fechadas muito alta.

2. Boa estabilidade: A estrutura molecular especial controla eficazmente a tensão superficial das células, estabilizando a estrutura celular e conferindo ao produto excelentes propriedades mecânicas.

Óleo de silicone de espuma macia:

Um surfactante de siloxano de uso geral para plásticos de espuma de poliuretano flexível do tipo poliéter, é um copolímero de polidimetilsiloxano-polietileno não hidrolisável, um estabilizador de alta atividade. É utilizado como estabilizador de espuma na produção de espuma macia de poliuretano (esponja). Pode fornecer uma pele fina. Em espuma de baixíssima densidade, proporciona forte estabilidade com células finas e uniformes. Em espuma de profundidade média, em comparação com óleos de silicone semelhantes, apresenta melhores propriedades de abertura de espuma e respirabilidade.

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.