Quais são os fatores resumidos e que influenciam a formulação da espuma de poliuretano?

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.