Fabricação de poliuretano

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a espuma normalmente envolve dois estágios principais. A primeira etapa envolve a preparação de espuma de poliuretano de células abertas ou parcialmente abertas de acordo com a porosidade desejada. Se a espuma tiver células fechadas, necessita de ser sujeita a compressão por rolo para romper as paredes das células, criando assim a estrutura porosa necessária. A segunda etapa é remover todas as membranas celulares para formar uma estrutura reticulada.



Para produzir poliuretano

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espuma, o tamanho dos poros e a estrutura da rede da espuma são amplamente determinados pelo catalisador, agente espumante e surfactante.



Em operações práticas, existem dois métodos comuns para formar a rede:



O primeiro é o método de hidrólise alcalina. As etapas deste método envolvem a imersão da espuma macia de poliuretano tipo poliéster obtida na primeira etapa em uma solução de hidróxido de sódio a 10% a 50 graus Celsius por cerca de 10 minutos. Em seguida, passa por processos como lavagem com água, neutralização com ácido acético, outra rodada de lavagem com água e secagem, resultando no produto final de poliuretano

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espuma.



Outro método é o método de combustão, também conhecido como método de explosão. Este método requer a colocação da espuma macia de poliuretano do tipo poliéter ou do tipo poliéster obtida no primeiro estágio em um recipiente selado. O recipiente é então evacuado até 13,3 Pa, seguido pela introdução de oxigênio e gás natural (na proporção volumétrica de 2:1), levando a pressão interna do recipiente a um determinado nível (que aumenta com a porosidade). Em seguida, o gás dentro do recipiente é aceso por meio de uma vela de ignição. O calor gerado pelo processo de combustão queimará ou derreterá as membranas celulares sem danificar os suportes celulares. Finalmente, o produto resultante após a combustão é purificado com ar, e o

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a espuma é removida do recipiente.



Ambos os métodos são formas eficazes de preparar poliuretano

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espuma, e a escolha específica entre eles depende do material da espuma e das características estruturais desejadas.

Na produção industrial moderna, a espuma flexível de poliuretano desempenha um papel importante em diversas áreas, como móveis, assentos automotivos e palmilhas de calçados. No entanto, os principais pontos de controle técnico para a produção de produtos plásticos de espuma flexível de poliuretano de alta qualidade não podem ser negligenciados. Aqui estão vários pontos técnicos importantes no processo de produção:



Controle de Diisocianato de Tolueno (TDI):


A proporção isomérica ideal de TDI é 80/20. Se esta proporção for ultrapassada, pode levar à formação de células grandes e fechadas na espuma, prolongando o tempo de cura. Particularmente na produção de produtos de espuma de baixa densidade em blocos grandes, uma proporção isomérica excessiva pode atrasar a liberação de calor, potencialmente fazendo com que a temperatura central da espuma permaneça alta por um longo tempo, levando à carbonização e até mesmo à ignição. Se a proporção isomérica for muito baixa, a densidade e a resiliência do produto de espuma diminuirão e podem aparecer rachaduras finas na superfície da espuma, resultando em baixa repetibilidade do processo.



Adição de agentes de expansão externos:


Agentes de expansão externos (água) não apenas reduzem a densidade da espuma, mas também melhoram a maciez do produto e ajudam a remover o calor da reação. Para evitar a carbonização central no processo de formação de espuma de produtos de espuma de grandes blocos, geralmente é adicionada uma certa quantidade de água. Contudo, à medida que a quantidade de água aumenta, a quantidade de catalisador também deverá aumentar correspondentemente; caso contrário, poderá prolongar o tempo de pós-cura da espuma. Geralmente, para cada aumento de 5 partes de água, devem ser adicionadas 0,2 a 0,5 partes de óleo de silicone.



Razão Catalisadora:


Catalisadores orgânicos de estanho e amina terciária são comumente usados ​​para controlar as reações NCO-OH e NCO-H2O. Ajustando a proporção de diferentes catalisadores, o crescimento das cadeias poliméricas e a reação de formação de espuma podem ser controlados. Sob certas densidades de produto, a escolha da proporção de catalisador apropriada pode controlar a taxa de células abertas da espuma, o tamanho das células e o valor da carga vazia. Aumentar a quantidade de catalisador de estanho orgânico geralmente pode produzir espumas com tamanhos de células menores, mas o uso excessivo pode aumentar a taxa de células fechadas. É necessário determinar a dosagem ideal de catalisador através de experimentos para alcançar o melhor desempenho dos produtos de espuma.



Estabilizadores de Espuma:


O papel dos estabilizadores de espuma é reduzir a tensão superficial do material, tornando a parede do filme de espuma elástica e evitando a ruptura da parede da espuma até que o crescimento da cadeia molecular e as reações de reticulação levem à solidificação do material. Portanto, os estabilizadores de espuma desempenham um papel crítico na produção de esponjas de poliéter de uma etapa e seu uso deve ser rigorosamente controlado.



Controle de temperatura:


A reação de geração de espuma é altamente sensível à temperatura, e mudanças no material e na temperatura da formação de espuma afetarão as operações de formação de espuma e as propriedades físicas. Portanto, o controle da temperatura é uma das condições importantes para garantir processos de formação de espuma estáveis. A temperatura do material é geralmente controlada a 20-25
°
C.



Velocidade e tempo de agitação:


A velocidade e o tempo de agitação afetam a quantidade de energia aplicada durante o processo de formação de espuma. Se a agitação for irregular, um grande número de bolhas pode aparecer na superfície da espuma, causando defeitos como rachaduras. Durante a mistura do Componente A, a velocidade é de 1000 r/min; depois que o Componente B é adicionado ao Componente A, a velocidade de agitação em alta velocidade é de 2800-3500 r/min por 5-8 segundos.



Em resumo, as principais tecnologias para a produção de espuma flexível de poliuretano incluem o controle de TDI, a adição de agentes de expansão externos, o ajuste das proporções do catalisador, o uso de estabilizadores de espuma, o controle de temperatura e o controle da velocidade e do tempo de agitação. O controle adequado desses parâmetros técnicos pode garantir a produção de produtos plásticos de espuma flexível de poliuretano de qualidade estável e alto desempenho.

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.

Os surfactantes usados ​​para estabilização de espuma, também conhecidos como estabilizadores de espuma, são um aditivo crucial na produção de espumas plásticas de poliuretano. Ao selecionar surfactantes, quais fatores devem ser considerados?



Os surfactantes podem ser divididos em dois tipos: surfactantes de espuma macia e surfactantes de espuma dura. Vamos examinar cada:



Surfactantes de espuma macia:


Durante o estágio inicial de formação de espuma, os surfactantes de espuma macia podem se dissolver para formar poliureia e, nos estágios posteriores, podem auxiliar na abertura e ruptura das células. Portanto, ao selecionar surfactantes de espuma macia, os seguintes fatores precisam ser considerados:



1
A atividade do surfactante;


2
A relação entre a faixa operacional do surfactante e a faixa de dosagem necessária;


3
O impacto dos vários componentes do surfactante na faixa operacional.



Surfactantes de espuma dura:


Os surfactantes de espuma dura apresentam um maior grau de reticulação, tornando as bolhas mais estáveis. Eles são comumente usados ​​para produtos moldados ou espuma em cavidades restritas. Ao selecionar surfactantes de espuma dura, os seguintes fatores precisam ser considerados:



1
Forte capacidade de emulsificação dos componentes da matéria-prima;


2
Capacidade de controlar eficazmente o tamanho das células espumosas;


3
Capacidade de melhorar a fluidez do material e garantir distribuição uniforme de densidade.



Os surfactantes não apenas desempenham um papel na estabilização da espuma, mas também afetam a densidade, elasticidade, resistência à tração e outras propriedades da espuma. Portanto, ao escolher os surfactantes, fatores como a atividade das matérias-primas, as condições operacionais e o processo de formação de espuma precisam ser considerados.

A espuma de poliuretano frequentemente encontra vários acidentes e problemas durante a produção real da espuma, cada um deles causado por múltiplos fatores. Na análise de acidentes causados ​​por factores complexos, é geralmente difícil enumerar todos os factores que influenciam e os principais factores que realmente desempenham um papel. Abaixo estão 15 problemas encontrados com frequência e suas causas, vamos dar uma olhada juntos!



1. Alto conteúdo de células fechadas


a. Poliéter polióis: alta proporção de óxido de etileno, alta atividade, geralmente ocorre quando se muda para poliéter polióis com atividades diferentes.


b. Formulação do processo: uso excessivo de octoato de estanho, alta atividade de isocianato, alto grau de reticulação, rápida velocidade de reticulação, excesso de aminas e agentes de expansão físicos causando baixa pressão interna da espuma, incapacidade de abrir células quando a elasticidade da espuma é alta e alto índice de TDI também pode resultar em alto conteúdo de células fechadas.



2. Encolhimento (velocidade de gelificação maior que a velocidade de formação de espuma)


a. Alto conteúdo de células fechadas, encolhimento durante o resfriamento.


b. Condições do processo: baixa temperatura do ar, baixa temperatura do material.


c. Formulação do processo: excesso de óleo de silicone, excesso de agente de expansão físico, baixo índice de TDI.



3. Rachaduras internas


a. Condições do processo: baixa temperatura do ar, alta temperatura do centro de reação.


b. Formulação do processo: baixo índice de TDI, teor excessivo de estanho, alta resistência à formação de espuma inicial.


c. Alta atividade de óleo de silicone, pequeno uso.



4. Rachadura superior (velocidade de gelificação de gaseificação desequilibrada)


a. Condições do processo: baixa temperatura do ar, baixa temperatura do material.


b. Formulação do processo: uso insuficiente de catalisador, uso de pequenas aminas, óleo de silicone de baixa qualidade.



5. Rachaduras no canto inferior (uso excessivo de amina, velocidade de formação de espuma muito rápida)


Superfície de poros grandes: agente de expansão físico excessivo, óleo de silicone e catalisador de baixa qualidade.



6. Fraco desempenho da espuma em baixas temperaturas


Má qualidade intrínseca dos poliéter polióis, mesmo valor de hidroxila, baixa funcionalidade, alta insaturação, baixo índice de TDI com o mesmo uso de estanho.



7. Fraca permeabilidade ao ar


a. Condições climáticas: baixa temperatura do ar.


b. Matérias-primas: polióis de alto poliéter, óleo de silicone de alta atividade.


c. Formulação do processo: uso excessivo de estanho ou mesmo estanho, baixo teor de água e amina, alto índice de TDI.



8. Fraca resiliência


a. Matérias-primas: polióis poliéter de alta atividade, baixo peso molecular relativo, óleo de silicone de alta atividade.


b. Formulação do processo: grande quantidade de óleo de silicone, teor excessivo de estanho, mais água com o mesmo uso de estanho, alto índice de TDI.



9. Fraca resistência à tração


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


b. Formulação do processo: estanho insuficiente causa má reação de gelificação, alto índice de TDI com o mesmo uso de estanho, baixo grau de reticulação com menos água.



10. Fumar durante a formação de espuma


a. O excesso de amina faz com que uma grande quantidade de calor seja liberada pela reação da água e do TDI, evaporando substâncias de baixo ponto de ebulição e causando fumaça.


b. Se não for carbonizada, a fumaça é composta principalmente de TDI, substâncias de baixo ponto de ebulição e cicloalcanos monoméricos em poliéter polióis.



11. Espuma com listras brancas


Velocidade rápida de reação de formação de espuma e gelificação, velocidade de transmissão lenta em formação de espuma contínua, compressão local para formar uma camada densa, resultando em fenômeno de listras brancas. A velocidade de transmissão deve ser aumentada imediatamente, ou a temperatura do material deve ser reduzida e o uso do catalisador deve ser reduzido.



12. Espuma quebradiça


A fórmula tem excesso de água, resultando em muitas formações de ureia que não reagem e que não são dissolvidas em óleo de silicone, mau uso do catalisador de estanho, reação de reticulação insuficiente, alto teor de poliéter polióis de baixo peso molecular relativo, temperatura de reação excessivamente alta e quebra da ligação éter que reduz resistência da espuma.



13. Densidade da espuma inferior ao valor definido


O índice de formação de espuma é muito grande devido à medição imprecisa, alta temperatura do ar e baixa pressão do ar.



14. Espuma com pele, pele de borda, vazios inferiores


Excesso de estanho e amina insuficiente, velocidade de formação de espuma lenta, rápida


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Alto alongamento na ruptura


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


b. Formulação do processo: reticulação insuficiente devido ao baixo índice de TDI, excesso de estanho e alto teor de óleo de silicone.