निम्नलिखित अनुभाग प्रतिक्रिया तंत्र, अवलोकन योग्य घटनाओं और व्यावहारिक उत्पादन संबंधी विचारों को मिलाकर, पॉलीयुरेथेन फोम के विस्कोइलास्टिक विकास को चरण दर चरण समझाते हैं।

1. बुनियादी अवधारणाएँ

1. श्यानता

श्यानता किसी पदार्थ के प्रवाह के प्रतिरोध को दर्शाती है और उसके श्यान व्यवहार को प्रतिबिंबित करती है। उच्च श्यानता का अर्थ है कम प्रवाह क्षमता।

2. प्रत्यास्थता

प्रत्यास्थता किसी पदार्थ की विरूपण के बाद अपनी मूल आकृति में वापस आने की क्षमता को संदर्भित करती है। अधिक प्रत्यास्थता विरूपण और फोम के ढहने के प्रति बेहतर प्रतिरोध प्रदान करती है।

3. जेल बिंदु

जेल बिंदु वह महत्वपूर्ण परिवर्तन बिंदु है जिस पर प्रणाली एक प्रवाहशील तरल से एक गैर-प्रवाहशील ठोस नेटवर्क में परिवर्तित हो जाती है। यह झाग बनने की प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण विभाजक बिंदु है।

4. समग्र रुझान

झाग बनने की पूरी प्रक्रिया के दौरान, श्यानता लगातार बढ़ती रहती है, जबकि प्रत्यास्थता धीरे-धीरे बहुत कमजोर से प्रमुख स्तर तक विकसित होती है। जेल बनने के बाद, प्रत्यास्थता ही इस प्रणाली का प्रमुख गुण बन जाती है।

2. झाग बनने की अवस्था द्वारा श्यानतात्मक विकास

चरण 1: प्रारंभिक मिश्रण चरण (क्रीम लगाने से पहले का प्रेरण काल)

राज्य

पॉलीओल, आइसोसाइनेट और अन्य योजक पदार्थों को अभी-अभी मिलाया गया है। रासायनिक अभिक्रियाएं धीमी गति से होती हैं, गैसों का उत्पादन न्यूनतम होता है, और प्रणाली एक समरूप तरल अवस्था में बनी रहती है।

विस्कोइलास्टिक विशेषताएँ

• कम चिपचिपाहट और उत्कृष्ट प्रवाह क्षमता।
• लगभग न के बराबर लचीलापन।
• बाह्य बल के प्रभाव में, पदार्थ स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होता है और विरूपण अपरिवर्तनीय होता है।

परिवर्तन का कारण

आणविक श्रृंखलाओं में अभी तक महत्वपूर्ण क्रॉसलिंक नहीं बने हैं। एनसीओ-ओएच अभिक्रिया की दर कम बनी हुई है, और कोई बहुलक नेटवर्क स्थापित नहीं हुआ है।

उत्पादन अवलोकन

यह मिश्रण पारदर्शी या हल्का दूधिया दिखाई देता है और आसानी से बहता है।

चरण 2: क्रीम चरण (झाग बनने की शुरुआत)

राज्य

अभिक्रिया की गति तेज हो जाती है। जल, आइसोसाइनेट के साथ अभिक्रिया करके काफी मात्रा में CO₂ उत्पन्न करता है। सिस्टम सफेद हो जाता है, छोटे-छोटे बुलबुले दिखाई देने लगते हैं और प्रारंभिक विस्तार शुरू हो जाता है।

विस्कोइलास्टिक विशेषताएँ

• ऑलिगोमर्स और लंबी आणविक श्रृंखलाओं के बनने पर श्यानता तेजी से बढ़ती है।
• प्रारंभिक श्रृंखला संघों के गठन के कारण कमजोर लोच दिखाई देने लगती है।
• यह प्रणाली मुख्य रूप से चिपचिपी बनी रहती है और बहती और फैलती रहती है।

मुख्य विशेषता

बुलबुले लगातार बनते और बढ़ते रहते हैं। यह प्रणाली मुख्य रूप से अपनी श्यानता पर निर्भर करती है, जिससे गैस के बुलबुले अंदर ही बंद रहते हैं और गैस बाहर नहीं निकल पाती।

चरण 3: उभार का चरण (जेल बनने से पहले तीव्र झाग बनने की अवधि)

राज्य

अभिक्रिया की गति अपने चरम पर पहुँच जाती है। बड़ी मात्रा में गैस उत्पन्न होती है, झाग का आयतन तेजी से बढ़ता है और कोशिकाएँ तेजी से विकसित होती हैं। झाग निर्माण के लिए यह सबसे महत्वपूर्ण चरण है।

विस्कोइलास्टिक विशेषताएँ

• श्यानता में लगातार तीव्र वृद्धि हो रही है।
• प्रवाह क्षमता में काफी कमी आती है।
• क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रियाएं तीव्र हो जाती हैं, जिससे लोच में तेजी से वृद्धि होती है।
• विस्कोइलास्टिक व्यवहार अधिक स्पष्ट हो जाता है, और धीरे-धीरे इलास्टिक प्रभुत्व की ओर बढ़ने लगता है।
• इस पदार्थ में तन्यता शक्ति और ढहने के प्रति प्रतिरोधक क्षमता विकसित होती है।

खींचने पर फोम विकृत हो जाता है, लेकिन बल हटाने पर आंशिक रूप से अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है। बढ़ते हुए बुलबुले मैट्रिक्स के भीतर प्रभावी रूप से स्थिर रहते हैं।

प्रक्रिया निहितार्थ

• यदि प्रत्यास्थता अपर्याप्त हो और श्यानता हावी हो, तो बुलबुले फट सकते हैं, आपस में मिल सकते हैं या ढह सकते हैं।
• यदि लोच बहुत जल्दी या बहुत अधिक विकसित हो जाती है, तो फोम का विस्तार सीमित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अंतिम घनत्व अधिक हो जाता है।

चरण 4: जेल बिंदु (महत्वपूर्ण संक्रमण चरण)

राज्य

एक त्रिविमीय क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क स्थापित हो जाता है। झाग बनना और जेल बनना एक संतुलन में पहुँच जाते हैं, जिससे यह पूरी प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण बिंदु बन जाता है।

विस्कोइलास्टिक रूपांतरण

• सिस्टम अपनी प्रवाह क्षमता खो देता है।
• आभासी श्यानता अनंत की ओर अग्रसर होती है।
• प्रत्यास्थता प्रमुख गुण बन जाती है।
• संपीड़न या खिंचाव के बाद विरूपण मुख्य रूप से प्रत्यास्थ हो जाता है, और तेजी से अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है।
• कोशिका भित्ति के ठोस होने पर कोशिका संरचनाएं स्थायी रूप से स्थिर हो जाती हैं।

उत्पादन का महत्व

• बहुत जल्दी जेल बनने की प्रक्रिया होने से अपूर्ण विस्तार और उच्च फोम घनत्व हो सकता है।
• यदि जेल बनने की प्रक्रिया बहुत देर से होती है, तो इससे गैस का नुकसान, फोम का सिकुड़ना और उसका ढह जाना हो सकता है।

चरण 5: उपचार और परिपक्वता चरण (जेल बनने के बाद का चरण)

राज्य

शेष प्रतिक्रियाशील समूह प्रतिक्रिया करना जारी रखते हैं, जिससे क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क और मजबूत होता है। फोम का विस्तार रुक जाता है और पदार्थ धीरे-धीरे कठोर हो जाता है।

विस्कोइलास्टिक विशेषताएँ

• क्रॉसलिंक घनत्व में लगातार वृद्धि हो रही है।
• कठोरता धीरे-धीरे बढ़ती है।
• प्रत्यास्थता स्थिर हो जाती है।

लचीले फोम के लिए:

• उच्च लोच बरकरार रहती है।
• अच्छी सहनशीलता और मजबूती बरकरार रखी जाती है।

कठोर फोम के लिए:

• प्रत्यास्थता घटती है।
• पदार्थ एक कठोर ठोस अवस्था में परिवर्तित हो जाता है।
• विरूपण प्रत्यास्थता की तुलना में अधिक प्लास्टिक हो जाता है।

शुरुआत में अवशिष्ट आंतरिक तनाव मौजूद होते हैं, लेकिन उपचार के दौरान वे धीरे-धीरे मुक्त हो जाते हैं, जिससे श्यानता संबंधी गुण स्थिर हो जाते हैं।

बाद के परिवर्तन

सामान्य परिस्थितियों में पर्याप्त उपचार के बाद, क्रॉसलिंकिंग लगभग पूरी हो जाती है, और यांत्रिक और विस्कोइलास्टिक गुण अपेक्षाकृत स्थिर रहते हैं।

3. श्यानता संबंधी व्यवहार को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

1. उत्प्रेरक (सबसे महत्वपूर्ण नियंत्रण कारक)

उत्प्रेरक उड़ाना

• गैस उत्पादन को गति दें।
• प्रारंभिक चिपचिपाहट विकास को बढ़ावा दें।
• फोम के विस्तार की प्रक्रिया को और अधिक तीव्र बनाएं।

जेल उत्प्रेरक

• क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रियाओं को तेज करें।
• लचीले नेटवर्क को जल्द से जल्द स्थापित करें।
• जेल लगाने का समय कम करें।

उत्प्रेरक असंतुलन

ब्लोइंग और जेल उत्प्रेरकों के बीच अनुचित संतुलन फोमिंग-जेलिंग के मेल को बाधित करता है, विस्कोइलास्टिक प्रोफाइल को विकृत करता है, और फोम के ढहने, सिकुड़ने या खुरदरी कोशिका संरचनाओं का कारण बन सकता है।

2. कच्चे माल का तापमान

उच्च तापमान

• समग्र प्रतिक्रिया दरों को बढ़ाता है।
• यह श्यानता और प्रत्यास्थता के विकास की दर को बढ़ाता है।
• इससे जिलेटिन जल्दी बन जाती है।

कम तापमान

• प्रतिक्रिया की गति धीमी हो जाती है।
• इससे श्यानता संबंधी गुणों में अधिक क्रमिक वृद्धि होती है।
• इससे जैल बनने की प्रक्रिया में देरी होती है और गैस के रिसाव का खतरा बढ़ जाता है।

3. एनसीओ सूचकांक (आइसोसाइनेट सूचकांक)

उच्च एनसीओ सूचकांक

• यह मजबूत क्रॉसलिंकिंग को बढ़ावा देता है।
• इससे लोच और कठोरता में तेजी से वृद्धि होती है।
• इससे अधिक भंगुर झाग बनता है।

निम्न एनसीओ सूचकांक

• इसके परिणामस्वरूप अपर्याप्त क्रॉसलिंकिंग होती है।
• इसके परिणामस्वरूप लोच कम हो जाती है और अवशिष्ट चिपचिपाहट बढ़ जाती है।
• इससे नरम झाग बनता है जिसमें अधिक विरूपण होता है और पुनर्प्राप्ति की क्षमता कम होती है।

4. सर्फेक्टेंट और फिलर्स

सिलिकॉन सर्फेक्टेंट

• अंतरसतही तनाव नियंत्रण में सुधार करें।
• फोम में एकसमान चिपचिपाहट-लोचदार वितरण को बढ़ावा दें।
• स्थानीय चिपचिपाहट या लोच में अंतर के कारण होने वाली असमान कोशिका संरचनाओं को रोकें।

अकार्बनिक भरावक

• प्रारंभिक सिस्टम की चिपचिपाहट बढ़ाएँ।
• लोच को कम करें।
• फोम की संरचना को समग्र रूप से अधिक कठोर बनाएं।

5. पॉलीओल संरचना

उच्च कार्यक्षमता वाले पॉलीओल्स

• सघन क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क को अधिक आसानी से बनाएं।
• लोच और कठोरता में तेजी से वृद्धि।

उच्च आणविक भार, लंबी श्रृंखला वाले पॉलीओल्स

• एक अधिक क्रमिक क्रॉसलिंकिंग प्रक्रिया उत्पन्न करें।
• नरम और लोचदार व्यवहार उत्पन्न करें।
• अधिक समय तक चिपचिपाहट बनाए रखें।
• ये लचीले फोम फॉर्मूलेशन की विशेषताएँ हैं।

4. सारांश: झाग बनने की पूरी प्रक्रिया के दौरान समग्र चिपचिपाहट संबंधी प्रवृत्ति

संक्षेप में, संपूर्ण झाग बनने की प्रक्रिया एक रियोलॉजिकल परिवर्तन है जिसमें प्रणाली एक अवस्था से विकसित होती है।शुद्ध श्यान तरलएक मेंत्रि-आयामी क्रॉसलिंक्ड इलास्टोमेरिक नेटवर्क.

बीच संतुलनझाग का विस्तार और जिलेटिनसिस्टम के बदलते विस्कोइलास्टिक गुणों से परिलक्षित होने वाला प्रभाव, सीधे तौर पर अंतिम फोम संरचना, आयामी स्थिरता और समग्र उत्पाद गुणवत्ता को निर्धारित करता है।