Wytwarzanie pianki poliuretanowej – w procesie wytwarzania pianek poliuretanowych wyróżnia się cztery zasadnicze etapy:

1. Okres utajony – zaczyna się z chwilą zmieszania komponentów, kończy, gdy mieszanina zacznie powiększać swoją objętość. W tym czasie rozpoczyna się wydzielanie dwutlenku węgla w ilości niewiele przekraczającej granice jego rozpuszczalności. Etap ten jeśli chodzi o wytwarzanie pianki poliuretanowej, ze względu na tworzenie się zaczątków porów, nazywa się okresem tworzenia zarodników.
2. Okres wzrostu pianki – rozpoczyna się w momencie, gdy pianka w sposób wyraźny i szybki zaczyna powiększać swoją objętość, a kończy z chwilą uzyskania przez piankę maksymalnej objętości. Okres ten charakteryzuje się intensywnym wydzielaniem dwutlenku węgla, wydzielające się pęcherzyki gazu powodują spienianie mieszaniny;
3. Okres stabilizacji pianki – okres powstawania polimeru. Proces ten nabiera intensywności w końcowym etapie wzrostu pianki. Charakteryzuje się przechodzeniem ciekłych składników mieszaniny w stały polimer o dużym ciężarze cząsteczkowym;
4. Okres dojrzewania – jest to dość długi etap (od kilku godzin do kilku dni), w którym budowa strukturalna polimeru ulega usztywnieniu. Zachodzi proces sieciowania poliuretanu, a makrocząsteczki polimeru wiążą się z wiązaniami poprzecznymi, tworząc produkt usieciowany.

Wytwarzanie pianki poliuretanowej – metoda jednoetapowa

Na świecie znanych jest wiele metod wytwarzania elastycznych pianek poliuretanowych, z których najbardziej popularna jest metoda jednoetapowa. Metoda ta polega na energicznym wymieszaniu i wlaniu do formy wszystkich surowców biorących udział w procesie spieniania systemu PUR i wykorzystywana jest głównie w produkcji pianek blokowych.

W metodzie jednoetapowej, ciepło egzotermicznej reakcji powstawania polimeru generowane jest szybko i w krótkim czasie, więc konieczna jest kontrola temperatury reakcji, szczególnie ważna w przypadku produkcji bloków o dużych gabarytach (jak np. dla przemysłu meblarskiego).

Wytwarzanie pianki poliuretanowej – metoda prepolimerowa

Drugą metodą jest metoda prepolimerowa, która polega na prowadzeniu procesu w dwóch etapach.

W pierwszym poliol reaguje wstępnie z umiarkowanym nadmiarem diizocyjanianu w stosunku do grup wodorotlenowych poliolu. Izocyjanian przyłącza się do grup końcowych poliolu z utworzeniem produktu zawierającego wolne grupy izocyjanianowe.

Powstały prepolimer w drugim etapie poddaje się spienianiu mieszając z wodą i ewentualnymi aktywatorami. Woda reaguje z grupą izocyjanianową z wydzieleniem CO₂, który jest czynnikiem spieniającym oraz z utworzeniem grupy aminowej, zdolnej do dalszej reakcji z grupą izocyjanianową następnego łańcucha, w wyniku czego powstaje wiązanie mocznikowe.

Jak ważna jest woda w produkcji pianek?

W procesie wytwarzania elastycznych pianek poliuretanowych bardzo istotną rolę odgrywa woda. W połączeniu z izocyjanianem generuje ona dwutlenek węgla (CO₂) stanowiący główny czynnik spieniający. Woda jest zatem tzw. reaktywnym (chemicznym) środkiem porotwórczym.

Reakcja izocyjanianu z wodą jest reakcją silnie egzotermiczną. Wydzielają się duże ilości ciepła powodującego nagły wzrost temperatury wewnątrz bloku, nawet do 165°C. Przekroczenie tej wartości może prowadzić do termodestrukcji wyrobu, a nawet jego samozapłonu.

Kiedy woda szkodzi piankom?

Zakłada się, że niebezpieczne jest użycie wody powyżej 4,8 php (ang. parts per one hundred parts of polyols) czyli 4,8 g wody na 100 g sumy polioli. W tych warunkach uzyskuje się piankę o gęstości 21-22 kg/m².