Qual é o processo de formação de espuma em uma etapa para espuma flexível à base de éter?

(1) Matérias-primas

As principais matérias-primas incluem polióis de poliéter, TDI (normalmente 80/20 TDI), estabilizadores de espuma de silicone, catalisadores, água e outros aditivos, como agentes de expansão externos, enchimentos ou outros aditivos, dependendo das necessidades.

(2) Fórmula Espumante

A fórmula de formação de espuma para espumas à base de poliéter é geralmente semelhante à da espuma à base de poliéster. Como o poliéter tem uma viscosidade muito menor que a do poliéster, é necessário adicionar um estabilizador de espuma altamente eficaz, tipicamente um copolímero em bloco de polissiloxano-polioxialquileno. Como os grupos hidroxila no final das cadeias de poliéter são principalmente grupos hidroxila secundários, que apresentam menor reatividade, catalisadores compostos de alta eficiência, como octoato de estanho, dilaurato de dibutilestanho e trietilenodiamina, são geralmente utilizados.

A fórmula típica para espuma flexível à base de poliéter em formação de espuma em uma etapa é a seguinte:

(3) Fatores de Processo

①Características do poliol poliéter

Os polióis poliéter usados ​​em espumas flexíveis normalmente têm funcionalidade de 2 ou mais, com um valor hidroxila equivalente em torno de 1000. Os mais comumente usados ​​são os poliéteres triol com peso molecular em torno de 3000. Quando o peso molecular do poliéter excede 4000, o produto de espuma tende a apresentar tamanhos de células maiores, menor rebote e maior deformação por compressão. Poliéteres com grupos hidroxila primários não são usados ​​neste caso.

À medida que a funcionalidade do poliéter aumenta, o módulo de compressão da espuma também aumenta, mas propriedades como resistência ao rasgo, resistência à tração e alongamento diminuem. Por outro lado, a redução da funcionalidade resulta em uma diminuição do módulo de compressão, mas melhora outras propriedades.

Para aumentar a atividade, alguns polióis de poliéter são revestidos com óxido de etileno para aumentar o conteúdo de grupos hidroxila primários, o que reduz o tempo de cura e melhora ligeiramente o módulo de compressão, a resistência à tração, a resistência ao rasgo e o alongamento.

②Taxa TDI

Em espumas flexíveis de uma etapa, o TDI 80/20 é comumente utilizado, e o índice de TDI é tipicamente controlado entre 103% e 107%. Se o índice de TDI for muito alto, pode levar a poros dilatados e células fechadas na espuma. Se o índice for muito baixo (por exemplo, abaixo de 100%), a resistência e o rebote da espuma diminuirão, e pequenas rachaduras poderão aparecer na espuma. Um índice de TDI alto também prolonga o tempo de cura, particularmente em grandes blocos de espuma de baixa densidade, onde o excesso de TDI não reagido pode formar isocianuratos e derivados de ureia, gerando calor ao longo de várias horas e potencialmente causando carbonização ou até mesmo incêndio.

③Teor de água

Aumentar o teor de água, mantendo o índice de TDI constante, diminui a densidade da espuma e a carga compressiva. No entanto, após um certo valor, aumentar ainda mais o teor de água causa apenas uma pequena redução na carga compressiva, pois o aumento da densidade do grupo ureia no polímero aumenta a resistência à compressão da espuma, compensando a perda devido à redução da densidade da espuma.

④Agentes de expansão externos

Agentes de expansão externos ajudam a reduzir a densidade da espuma, melhoram a maciez e dissipam o calor da reação, evitando a carbonização em espumas de blocos grandes. Os agentes de expansão comumente utilizados incluem solventes de baixa toxicidade, não inflamáveis ​​e com baixo ponto de ebulição, como diclorometano ou HFC-245fa. Aumentar a quantidade de agentes de expansão externos reduz a densidade da espuma e a carga compressiva. No entanto, quando se utiliza mais agente de expansão, a quantidade de catalisador também deve ser ajustada para evitar atrasos no processo de cura.

⑤Efeitos Catalisadores

O processo de uma etapa requer catalisadores mais ativos em comparação com o método do pré-polímero. Um sistema catalítico comum consiste em compostos organoestânicos e aminas terciárias. Embora o dilaurato de dibutilestanho tenha sido historicamente utilizado, ele pode causar oxidação térmica e acelerar a clivagem da ligação éter, levando à degradação do polímero. Portanto, o octoato estanoso é atualmente comumente utilizado, o que também resulta em maior resistência à compressão na espuma final. A combinação correta de catalisadores permite o controle da porosidade da espuma, do tamanho dos poros e da resistência à compressão.

⑥Estabilizadores de espuma de silicone

Os estabilizadores de espuma de silicone reduzem a tensão superficial, permitindo que a parede da espuma mantenha a elasticidade e previna a ruptura. Eles também ajudam a controlar o tamanho dos poros e a uniformidade. São essenciais na produção de espuma de poliéter em uma única etapa. Os primeiros estabilizadores eram copolímeros em bloco de siloxano e polioxialquileno, que eram propensos à hidrólise. Atualmente, existem produtos mais estáveis ​​que não se degradam tão facilmente no processo de formação de espuma.

⑦Enchimentos e outros aditivos

Enchimentos como carbonato de cálcio precipitado ou outros materiais inorgânicos podem melhorar a resistência à compressão de espumas flexíveis. No entanto, esse método é menos utilizado na prática, pois espumas que contêm enchimentos tendem a amolecer após uso prolongado devido à fadiga. Outros aditivos, como antioxidantes, agentes antiestáticos, retardantes de chama, absorvedores de UV e pigmentos, podem ser adicionados dependendo das necessidades do produto final.