3.3.3 - Espumas flexíveis de alta resiliência

As espumas de alta resiliência (HR) são normalmente processadas nos mesmos equipamentos que as convencionais. No caso das espumas HR a água é totalmente solúvel na mistura poliol/isocianato. As mesmas regras anteriormente mencionadas para as espumas convencionais são aplicadas para a nucleação e crescimento da espuma, exceto que os silicones usados não impedem a coalescência das bolhas. Diferentes fatores contribuem para as diferenças de propriedades mecânicas nos dois tipos de espumas como: a diferença na seqüência de reações químicas, que tem apoio na morfologia do polímero; o fato que durante o crescimento da espuma de HR ocorre coalescência das bolhas, que alarga a distribuição final do tamanho das células; e a pequena capacidade de abertura das células nas espumas de HR, que freqüentemente possuem células fechadas que devem ser rompidas por esmagamento mecânico para obtenção das propriedades finais desejadas.

a) janela da célula intacta; b) fase flexível contínua; c) domínio dos segmentos rígidos; d) cadeia polimérica; f) partícula de carga de poliol polimérico.
Figura 3.7 - Morfologia da espuma de alta resiliência (HR)

Nas espumas HR, devido à natureza das hidroxilas primárias reativas, o poliol compete com a água na reação com o isocianato. Em termos molares, mais isocianato é consumido do que água durante o crescimento da espuma. Não é verificado nenhum aumento súbito da viscosidade, nem precipitação da poliuréia, e somente uma pequena abertura das células é observada. Todavia, a espectroscopia de raios X mostra uma forte separação de fase durante o crescimento da espuma HR, em comparação com a convencional. A explicação para este fenômeno é a seguinte. Uma vez que a água está numa fase homogênea, ela compete com as hidroxilas primárias do poliol reativo e da dietanolamina (DEA). A DEA é incorporada aos segmentos rígidos de poliuréia, aumentando seu tamanho, e devido a sua trifuncionalidade, forma estruturas reticuladas impedindo o alinhamento macromolecular e formação de ligações hidrogênio. Além disso, as hidroxilas primárias do poliol poliéter reagem com o isocianato, formando prepolímeros terminados em NCO (Figura 5.1-a), que reagem posteriormente com a água e outro grupo isocianato do segmento rígido. Isto une os segmentos rígidos com o poliol e impede a separação de fase. Esta falta de separação macrofásica é mostrada na microscopia eletrônica de transição, onde o precipitado (esferas) de poliuréia está ausente na espuma de HR (Figura 3.7). A Tabela 3.2 compara as espumas convencionais e HR, quanto as pricipais características de processo, da estrutura e propriedades.

3.3.4 - Medidas da reatividades

Durante a reação de formação das espumas flexíveis em bloco, as seguintes características da reatividade do sistema devem ser medidas:

1) Tempo de creme - O tempo de creme (aproximadamente 10 segundos) é o tempo em que o gás carbônico formado e/ou os agentes de expansão auxiliares difundem para os pequenos núcleos originais de ar, dando a mistura uma aparência cremosa;

2) Tempo de crescimento - Os gases se expandem como conseqüência do calor desprendido pela massa reagente, que fica mais viscosa à medida que a polimerização prossegue, porém, o número de bolhas permanece inalterado. No crescimento total (aproximadamente 2 minutos) o gás presente nas células está totalmente expandido e a espuma ocupa 70 vezes o seu volume original.

3) Suspiro - Células abertas são formadas pela ruptura das membranas celulares que não resistem à pressão dos gases em expansão e a espuma relaxa (blow off).

4) Tempo de gel - A reação de polimerização prossegue e o tempo de gel é definido como o tempo necessário para a espuma formada apresentar uma certa resistência mecânica, como resistir a penetração de uma espátula.

5) Tempo de pega - O tempo pega livre (tack free) ocorre quando não houver mais aderência da pele da espuma quando tocada levemente.

3.4 - Processos de fabricação