Une introduction aux matières premières et aux auxiliaires de moussage de la mousse de polyuréthane

Le composant principal de la mousse de polyuréthane (mousse PU) est le polyuréthane. Les matières premières sont principalement des polyisocyanates et des polyols. En ajoutant des additifs appropriés, dont le plus important est une série d'additifs moussants liés au moussage, une grande quantité de mousse est générée dans le produit de réaction, obtenant ainsi un produit en mousse de polyuréthane. Cet article présentera brièvement les matières premières et les auxiliaires de moussage pour la production de mousse PU.

1. Polyisocyanate
Les polyisocyanates les plus couramment utilisés dans la production de mousses de polyuréthane sont le diisocyanate de toluène (TDI), le polyméthylène polyphénylisocyanate (PAPI), le diisocyanate de diphénylméthane (MDI) et le MDI liquéfié (L-MDI).

Le TDI est principalement utilisé dans l’industrie des mousses plastiques pour produire de la mousse de polyuréthane flexible. Le MDI est plus réactif que le TDI et moins volatil. Certains MDI modifiés liquéfiés peuvent être utilisés comme substitut au TDI dans la production de mousse de polyuréthane flexible, telle que la mousse de polyuréthane flexible haute densité et la mousse semi-rigide ou les matériaux élastiques en polyuréthane microcellulaire. fabrication.

Le PAPI est également appelé MDI brut et MDI polymère. Le poids moléculaire moyen des produits PAPI typiques se situe généralement entre 30 et 400, et sa fraction massique de NCO est de 31 % à 32 %. La fonctionnalité moyenne des PAPI à faible viscosité est généralement comprise entre 2,5 et 2,9.

Dans le domaine des mousses plastiques, le PAPI et le PAPI modifié sont principalement utilisés pour produire diverses mousses de polyuréthane rigides, et une petite quantité est utilisée pour produire des mousses souples à haute résilience, des mousses à peau entière et des mousses semi-rigides. Le PAPI peut être mélangé au TDI pour produire une mousse durcie à froid et à haute résilience. 2. Polyéther et polyester polyol

1. Polyol polyéther
Les polyéthers polyols utilisés pour produire des mousses de polyuréthane flexibles sont généralement des polyéthers à longue chaîne et à faible fonctionnalité. La fonctionnalité du polyéther polyol dans la formulation de mousse souple est généralement de 2 à 3 et le poids moléculaire moyen est compris entre 2 000 et 6 500. Le polyéther triol est le plus couramment utilisé dans la mousse souple. Généralement, la glycérine (glycérol) est utilisée comme agent de départ, qui est obtenue par polymérisation par ouverture de cycle de l'oxyde de 1,2-propylène ou copolymérisée avec une petite quantité d'oxyde d'éthylène. Le poids moléculaire est généralement compris entre 3 000 et 7 000.

Parmi eux, le polyéther à haute réactivité est principalement utilisé pour la mousse souple à haute résilience et peut également être utilisé pour les produits en mousse tels que la mousse semi-rigide. Une petite quantité de polyéther glycol peut être utilisée comme matériau auxiliaire et mélangée avec du polyéther triol dans des formulations de mousse souple. Des polyéther polyols à faible insaturation et à poids moléculaire élevé peuvent être utilisés pour produire des mousses souples et réduire la quantité de TDI.

Généralement, des polyéther polyols présentant une fonctionnalité élevée et un indice d'hydroxyle élevé sont utilisés dans les formulations de mousse rigide, de sorte qu'une réticulation et une rigidité suffisantes puissent être produites. L'indice d'hydroxyle du polyéther polyol en mousse rigide est généralement de 350 à 650 mg de KOH/g et la fonctionnalité moyenne est supérieure à 3. Les formulations générales de mousse dure sont principalement mélangées à deux polyéthers et l'indice d'hydroxyle moyen est d'environ 4 000 mg de KOH/g.

Les formulations de mousse semi-rigide utilisent généralement une partie de polyéthers de poids moléculaire élevé, en particulier des polyéthers polyols à haute réactivité, et une partie de polyéthers de mousse rigide de faible poids moléculaire à haute fonctionnalité.

2. Polyol de polyester
Des polyester-polyols aliphatiques ordinaires à faible viscosité tels que le polydiéthylène adipate diol avec un indice d'hydroxyle d'environ 56 mg KOH/g ou des polyester-polyols légèrement ramifiés peuvent être utilisés pour fabriquer une mousse souple de polyester-polyuréthane. Le polyester polyol a une réactivité élevée. À l’heure actuelle, la mousse en bloc de polyester PU n’est utilisée que dans un petit nombre de domaines tels que les accessoires vestimentaires.

Polyols aromatiques synthétisés à partir d'acides dibasiques (tels que l'anhydride phtalique, l'acide téréphtalique, etc.) et de diols à petites molécules (diéthylène glycol, etc.) ou de polyols. Parmi eux, l’indice d’hydroxyle élevé peut être utilisé pour produire de la mousse rigide de polyuréthane et des polyols. Mousse rigide isocyanurate. L'indice d'hydroxyle inférieur de l'alcool polyester anhydride phtalique peut également être utilisé pour la mousse flexible à haute résilience, la mousse à peau entière et la mousse semi-rigide, ainsi que les matériaux de polyuréthane non mousseux.

3. Polyol polymère
Les polyols polymères (polyols de polyéther greffés) contiennent du styrène rigide, des homopolymères et copolymères d'acrylonitrile et des polymères greffés. Ces polymères vinyliques agissent comme des « charges » organiques pour améliorer les performances portantes.

Les polyols polymères peuvent être utilisés pour produire des mousses flexibles de haute dureté, des mousses à haute résilience, des mousses souples moulées à chaud, des mousses semi-rigides, des mousses à peau lisse, des produits de moulage par injection-réaction (RIM), etc., qui peuvent réduire l'épaisseur du produit. et réduire La densité de la mousse réduit le coût, peut également augmenter les cellules ouvertes de la mousse plastique et donner au produit une certaine performance ignifuge.

Le polyol de polyurée (dispersion PHD) est également un polyol spécial modifié par un polymère, qui peut être utilisé pour la mousse souple à haute résilience, la mousse semi-rigide et la mousse souple. Il existe actuellement peu de produits sur le marché.

Il existe également des polyols spéciaux utilisés dans la production de mousses de polyuréthane, tels que les polyols d'huile végétale, les polyols de polyester de colophane et les polyols de polyester polymère.

3. Aides à la mousse
Les agents moussants sont indispensables dans la fabrication des mousses de polyuréthane, notamment les catalyseurs, les stabilisants de mousse (stabilisateurs de mousse), les agents moussants, etc. Il existe également certains additifs facultatifs et pouvant être utilisés en cas de besoin, comme les barrières. Agent brûlant, agent d'extension de chaîne/agent de réticulation, antioxydant, stabilisant à la lumière, adoucisseur de mousse, ouvreur de cellules, charge, pâte colorée, agent antistatique, stabilisant d'hydrolyse, stabilisant de stockage de composition de mousse, etc.

1. Agent moussant
L'eau est un agent moussant important dans la production de matériaux polyuréthane. C'est un agent moussant chimique. Le dioxyde de carbone généré par la réaction avec l'isocyanate se dilate, mousse et solidifie le matériau en mousse viscoélastique pour obtenir diverses mousses de polyuréthane.

Étant donné que le dioxyde de carbone a une conductivité thermique élevée et une forte perméabilité, des agents moussants physiques doivent être utilisés pour les formulations de mousse de polyuréthane rigide qui nécessitent des propriétés d'isolation thermique élevées. Étant donné que l'étape initiale du mélange des matériaux dans la production de mousse rigide génère beaucoup de chaleur en quelques dizaines de secondes, elle a besoin que l'agent moussant absorbe une partie de la chaleur, et en même temps, la gazéification de l'agent moussant fait gonfler la mousse et mousse.

Dans la production de mousses de polyuréthane flexibles, afin d'obtenir des mousses flexibles de faible densité sans que trop d'eau ne rende la mousse rigide, il est généralement nécessaire de contrôler la quantité d'eau et d'ajouter une quantité appropriée d'agent moussant physique comme auxiliaire. agent moussant.

Le CFC-11 (trichlorofluorométhane) a été produit industriellement à la fin des années 1920. Parce que le CFC-11 présente les caractéristiques d'incombustibilité, de point d'ébullition approprié, de gazéification facile, de faible conductivité thermique des gaz, de faible toxicité, de bonne compatibilité avec les matières premières en polyuréthane, de non-corrosif, de prix bas, de processus de moussage simple, etc., il est une production de mousse polyuréthane Agent gonflant très idéal dans le milieu.

Des années 1960 au début des années 1990, le CFC-11 a été largement utilisé comme agent gonflant pour les mousses de polyuréthane. Cependant, dans les années 1970, des scientifiques ont découvert que le CFC-11 émis dans l’atmosphère pouvait détruire lentement la couche d’ozone, ce qui a attiré l’attention des écologistes du monde entier. Les principaux types d’agents gonflants actuellement utilisés comme alternatives au CFC-11 sont les HCFC (hydrochlorofluorocarbone), HFC (hydrofluorocarbone), HC (alcane), CO2 liquide et eau.

2. Stabilisateur de mousse
Lors de la production de mousse de polyuréthane, le stabilisateur de mousse (ou stabilisateur de mousse) est un composant indispensable. Il peut augmenter la solubilité mutuelle de chaque composant et jouer le rôle d'émulsifiant les matériaux en mousse, de stabilisation de la mousse et d'ajustement des cellules. Les stabilisants de mousse sont des tensioactifs et il existe deux types de composés non silicium et de composés organosiliciés.

La plupart des stabilisants de mousse actuellement utilisés sont des copolymères séquencés polysiloxane oxyalkylène, qui sont des tensioactifs de silicone modifiés par des polyéthers, parfois communément appelés « huile de silicone » dans l'industrie. En raison de la large gamme de compositions structurelles de ce type de tensioactif et de son bon effet d'utilisation, les tensioactifs de silicone modifiés par polyéther ont été largement utilisés comme stabilisants de mousse dans l'industrie de la mousse de polyuréthane.

3. Ouvre-pores
Méthode d'obtention de la mousse polyuréthane à cellules ouvertes :

Utilisez un catalyseur approprié pour atteindre l’équilibre requis entre la réaction de gel et la réaction de moussage. Lorsque le matériau en mousse atteint le point le plus élevé, la résistance du film de la paroi cellulaire n'est pas suffisante pour sceller les bulles à l'intérieur et le gaz s'échappe de la paroi pour former des cellules ouvertes. La structure de la mousse ;
Utilisez des matières premières polyéther polyol appropriées pour former une mousse à cellules ouvertes ;
Lorsque le catalyseur et les principales matières premières ne suffisent pas à résoudre le problème, une petite quantité d'ouvreur de cellules est utilisée pour disperser l'urée formée par le moussage de l'eau afin d'obtenir une mousse avec un certain rapport de cellules ouvertes.

L'ouvreur de cellules est un type spécial de tensioactif, contenant généralement des segments ou des groupes hydrophobes et hydrophiles. Sa fonction est de réduire la tension superficielle de la mousse, de favoriser la rupture cellulaire et d'augmenter le taux de cellules ouvertes de la mousse polyuréthane. Améliore le retrait des produits en mousse plastique souple, semi-rigide et rigide provoqué par les cellules fermées.

En raison de la densité de réticulation élevée de la mousse de polyuréthane rigide ordinaire, la résistance du film de la paroi cellulaire dans le moussage est élevée et il s'agit généralement d'une structure à cellules fermées. Cependant, en ajoutant un agent d'ouverture des cellules, une mousse de polyuréthane rigide à cellules ouvertes peut être fabriquée pour réduire le bruit, à des fins telles que le filtrage.

La paraffine liquide hydrophobe précoce, le polybutadiène, le diméthylpolysiloxane, etc. peuvent être utilisés comme stabilisants de mousse et ouvreurs de cellules. Les dispersions de paraffine et l'oxyde de polyéthylène peuvent également être utilisés comme ouvreurs de cellules. À l'heure actuelle, des compositions chimiques spéciales de copolyéther polyoxypropylène-oxyde d'éthylène, de copolymère polyoxyalkylène-polysiloxane, etc. sont utilisées comme agents d'ouverture des pores.

4. Adoucisseur
L'utilisation d'adoucissants dans la production de mousses de polyuréthane flexibles formulées avec une teneur élevée en eau peut inhiber la rigidité de la mousse provoquée par un excès de groupes urée. Le modificateur adoucissant la mousse a un effet adoucissant. L'utilisation d'adoucissants peut réduire la quantité d'isocyanate et donc la dureté de la mousse. Il est utilisé dans la production de mousse de polyuréthane flexible. Les adoucisseurs commerciaux contiennent généralement des polyéthers spéciaux, des polyols spéciaux et de l'eau.