Obținerea Spumelor Poliuretanice Flexibile

1. PREZENTARE GENERALA

Poliuretanii reprezintă un nume colectiv pentru un grup extins de polimeri cu compoziţii foarte diferite corespunzând unor profile cu proprietăţi variate. Toţi poliuretanii au fost obţinuţi după o metodă comună: au fost produşi printr-o reacţie de poliadiţie a diizocianaţilor.

Spumele poliuretanice flexibile reprezintă o mare parte din piaţa şi producţia mondială a poliuretanilor. Aceste spume reprezintă materiale celulare uşor reticulate cu celule deschise. Se pot obţine sub formă de blocuri sau repere turnate în formă.

Spumele poliuretanice flexibile sunt caracterizate de deformarea reversibilă si de structura deschisă a celulelor, asociate cu permeabilitatea aerului.

Formula generală de obţinere a spumelor poliuretanice flexibile este următoarea:

• POLIOL

• APĂ

• CATALIZATORI + IZOCIANAT SPUMĂ

• STABILIZATORI POLIURETANICĂ

• EXTENDER DE LANŢ

Reacţia dintre izocianat si apă (procesul chimic de expandare) este baza obţinerii spumelor flexibile, spume cu celule deschise. Acest proces chimic de expandare (explozie) a fost suplimentat începând cu anul 1960 de un proces fizic de expandare folosind drept agent de expandare un lichid cu punct de topire foarte scăzut. Aceste lichide sunt vaporizate de caldura degajată în timpul reacţiei dintre izocianat si poliol de aici rezultă structura celulară a spumei flexibile.

Deci spuma poliuretanică flexibilă se obţine datorită reacţiei dintre un diizocianat cu un poliol – polieter (triol) şi apă. Pentru un bun echilibru între cele doua reacţii, izocianat + apă şi poliol + izocianat, este important să utilizăm polioli si izocianaţi cu reactivitate corespunzătoare procedeului, să utilizăm catalizatori şi stabilizatori de celule şi nu în ultimul rând să controlăm temperatura materialelor.

Principalele tipuri de spume poliuretanice flexibile produse sunt: spumele bloc si spumele turnate. Spumele bloc sunt şi ele împarţite în: spume bloc convenţionale si spume bloc de înaltă rezilienţă. Spumele convenţionale au ca extender de lanţ apa iar cele de înaltă rezilienţă apa si diolii. Spumele turnate se împart şi ele în spume turnate la cald si spume turnate la rece.În cazul spumelor turnate la cald avem ca extender de lanţ apa iar pentru spumele turnate la rece avem apa, dioli, diamine sau trioli.

Izocianatul folosit pentru spumele poliuretanice flexibile este toluilendiizocianat (TDI) 80/20, amestec de izomeri 2, 4 / 2, 6.

2. PROCESUL DE OBŢINERE A SPUMELOR POLIURETANICE FLEXIBILE

2.1 REACTII CHIMICE

Reacţiile care stau la baza procesului de obţinere a spumelor poliuretanice flexibile sunt cele date de grupa izocianat cu toţi compuşii ce conţin hidrogen activ.

• Reacţia între izocianat şi poliol – polieter:

• Reacţia între izocianat şi apă:

• Reacţia între izocianat şi uree:

• Reacţia între izocianat şi uretan:

Reacţiile principale în formarea polimerului şi expandarea lui sunt reacţiile (1) şi (3). Reacţiile secundare sunt reacţiile (4) şi (5) favorizate de exces mare de izocianat (indexul de izocianat este 120). Pentru că produsele de reacţie sunt instabile la temperaturi mici (110 - 130°C- reacţii reversibile) sunt evitate folosirea unei stoechiometrii a sistemului apropiate de 1(1.02 – 1.05). În ultimul stadiu al polimerizarii avem ca grupe terminale grupe de izocianat.

Masa moleculară medie pe punctul de ramificare a polimerului este pentru spume flexibile 2500 – 20000.

Reacţiile cele mai importante pentru întărirea spumei sunt: apă - izocianat si component hidroxilic – izocianat. În primele faze ale acestui proces capetele de lanţ au suficientă mobilitate pentru a reacţiona intre ele şi astfel are loc o creştere a masei moleculare a polimerului si ca urmare şi a vâscozitaţii masei de reacţie. La final de proces capetele de lanţ sunt practic imobile dar şi împiedicate steric scăzând viteza de reacţie. Dupa acest fapt capetele de lanţ sunt grupe amino si unele grupe izocianat. Aceste grupe izocianat pot disparea prin reacţia cu apa din atmosferă sau aflate în exces în sistem:

O altă reacţie a grupei terminale izocianat este cu grupa amino. Grupa amino mai poate reacţiona cu orice grupă alofanat, biuret şi chiar şi cu uree sau uretan. Aceste reacţii modifică gradul de reticulare si convertirea punctelor de ramificare din materii prime în puncte de reticulare ale spumei. Toate proprietaţile spumei sunt oarecum influenţate de reacţia de întarire a spumei. În parte mai mare proprietaţile sunt influenţate de comportarea la oboseală, spumele având pierderi de proprietaţi şi deformare remanentă mare.