Reaksi Kimia Polyurethane Foam

Ada dua reaksi kimia penting pada pembentukan polyurethane foam, reaksi pertama adalah antaraisocyanate dengan polyol membentuk polyurethane (reaksi 2.1). Reaksi kedua adalah reaksi antara air dan isocyanate menghasilkan polyurea dan gas CO₂ sebagai chemical blowing agent.(Wang,1998)

Reaksinya secara sederhana dapat digambarkan sebagai berikut:

Reaksi pembentukan polyurethane :

R–NCO + HO–R₁             R–NHCOO–R₁ + 24 kcal/mole                            

Isocyanate  alkohol          Urethane          

Reaksi produksi gas :

• Tahap I:

R-NCO + H₂O              R–NH₂ + CO₂↑+22 kcal/mole             

Isocyanate  Air                 Amine    Karbondioksida

• Tahap II :                 

R-NH₂ + R-NCO            R-NH-CO-NH-R’+22 kcal/mole    

Amine   Isocyanate                    Urea

Adanya senyawa hidrogen aktif dalam air akan mempercepat reaksi antara air dan isocyanate, dimana reaksi tersebut diawali dengan memproduksi asam karbamat yang tidak stabil sehingga cepat terdekomposisi menjadi amine dan melepaskan gas CO₂. Selanjutnya amine akan bereaksi dengan isocyanate yang belum terkonversi untuk menghasilkan urea sebagai hard segment.

Pada awal campuran, polyisocyanate dan polyol bereaksi sangat lambat. Setelah reaktan sedikit terkonversi, laju reaksi mulai meningkat karena hasil reaksi mempercepat pembentukanpolyurethane (auto catalysis). Agar pembuatan polyurethane terjadi cepat maka perlu digunakan katalis. Katalis yang dapat mempercepat reaksi pembentukan polyurethane adalah katalis basa dan katalis logam. Mekanisme antara katalis logam dan basa yang berbeda memungkinkan penggunaan kedua jenis katalis secara simultan dan sinergis. (Wang,1998)

Katalis basa mengandung gugus amine berfungsi untuk mempercepat reaksi isocyanate, baik terhadap polyol maupun air. Sedangkan katalis logam dapat mempercepat reaksi isocyanatedengan polyol. Surfaktan digunakan untuk mencampurkan komponen-komponen yang tidak saling larut, mengurangi tegangan permukaan pada fase fluida, dan menstabilkan ekspansi bubble dan menghasilkan struktur sel  (sel terbuka atau sel tertutup). (Luis,1994)

Salah satu faktor yang penting dalam pembuatan polyurethane adalah reaksi oleh isocyanate.Isocyanate sangat reaktif terhadap suatu nukleofil, hal ini disebabkan oleh posisi atom C padaisocyanate berada di antara dua elemen elektronegatif, yaitu oksigen dan nitrogen. Pada kondisi ini, atom karbon menjadi kekurangan elektron sehingga ketika bertemu dengan atom yang kaya elektron (nukleofil), dengan cepat akan membentuk suatu ikatan. Dengan kata lain, atom C adalahelectron acceptor dan sebagai electron donor adalah atom oksigen dari polyol, ikatan kedua atom tersebut kemudian menghasilkan polyurethane.

Polyurethane Foam

 Poliuretan – Foam- Perhitungan Persiapan

Resep untuk formulasi busa yang diinginkan dapat berasal dari pekerjaan sebelumnya atau mungkin unik . Dalam kasus apapun , teknik berbusa tepat mensyaratkan bahwa setiap bahan dimaksudkan dan konsentrasi terdaftar . Daftar ini dapat ditulis tangan di databook sebuah , tulisan tangan pada selembar run mesin busa atau dihasilkan pada komputer .

  Contoh rinci perhitungan komputerisasi diberikan dalam Referensi 6,1-6,3 . Tabel di bawah menunjukkan output khas dari perhitungan spreadsheet komputer .

    Jumlah isosianat diperlukan untuk bereaksi dengan poliol , air dan aditif reaktif lainnya dihitung untuk memberikan stoikiometri yang diinginkan .  

    Banyak busa yang disiapkan di sedikit kelebihan dari isosianat ; misalnya , 105 % dari kesetaraan teoritis    Dalam praktek yang sebenarnya , jumlah isosianat disesuaikan naik atau turun tergantung pada sistem busa khusus, sifat yang diinginkan dari sistem atau pengetahuan efek lain seperti kondisi ambient dan skala manufaktur .

SPECFLEX ™ dan Voranate ™

TEGOSTAB adalah merek dagang dari Evonik Goldschmidt GMBH

DABCO dan Polycat adalah merek dagang dari Air Products and Chemicals, Inc.

Niax adalah merek dagang dari Kinerja Momentive Bahan Inc

Sebagai meja menunjukkan, semua resep dan perhitungan didasarkan pada 100 Total bagian berat poliol. Mungkin ada lebih dari satu poliol dalam resep, tetapi konvensi menyatakan bahwa jumlah semua poliol menambahkan hingga 100 bagian. Jumlah bahan lain biasanya terdaftar sebagai beberapa bagian yang diinginkan berat per seratus bagian poliol.

Prosedur perhitungan formulasi busa sangat mudah:

1. Tentukan bagian dari setiap poliol. Jumlah poliol bagian harus sama 100.

2. Tentukan bagian dari komponen B-sisi lain per 100 bagian poliol.

entukan A - Side dan B - Side .

A - Side : Bahan isosianat mengandung .

B - Side : The poliol yang mengandung bahan , biasanya campuran poliol , pemanjang rantai , cross- linker , air , katalis dan surfaktan .

CATATAN: Jika diinginkan, jumlah air yang masuk ke formulasi sebagai sisa dalam poliol dapat dihitung dan digunakan untuk mengatur jumlah air yang akan sengaja ditambahkan. Dengan sebagian poliol, jumlah residu hadir air sangat rendah sehingga dapat diabaikan dalam perhitungan busa paling. Beberapa poliol kopolimer memiliki kadar air yang cukup. Jika Anda sedang mempersiapkan busa kepadatan yang sangat tinggi, air di poliol mungkin merupakan persentase yang signifikan dari total.

 3. Sum bagian dari semua bahan B-side untuk mendapatkan total rumus berat.

    4. Catat berat setara dari masing-masing komponen B-side dari perhitungan di atas atau dari daftar bobot setara khas seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah.

    5. Hitung setara dari masing-masing komponen B-side

Contoh : VORANOL ™ 4703 poliol digunakan di atas memiliki berat setara dengan 1621. Berapa banyak yang setara disumbangkan oleh 50 bagian dari bahan ini ?

Contoh : Berapa banyak setara yang terkandung dalam 4,2 bagian air ?

6. Sum yang setara reaktif dari masing-masing komponen B - side untuk mendapatkan total setara B -side .

7. Catat berat setara isosianat .

8. Pilih indeks isosianat yang diinginkan .

9. Hitung bagian isosianat diperlukan .

Contoh: Untuk perumusan pada tabel pertama di atas pada indeks yang diinginkan 105

atau , 52,2281 bagian dari isosianat menggabungkan dengan 107,9842 bagian dari jumlah B - side untuk memberikan busa indeks 105 .

 10. Hitung rasio B / A .

Untuk contoh di atas ,

Banyak skenario perhitungan lainnya ada untuk keadaan khusus dalam produksi  busa fleksibel . Lihat skema perhitungan tambahan dalam Referensi 6,1-6,14 .