聚氨酯软泡所选用的原料对其成品性能的影响
本文简述聚氨酯软泡所选用的原料对其成品性能的影响。 一、聚醚多元醇。 聚醚多元醇是聚氨酯软泡生产的主要原料,与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯。这一反应是泡沫制品的骨架反应。若聚醚多元醇的用量增多,相当于其他原料,如异氰酸酯、水以及催化剂等的用量减少,易造成聚氨酯软泡成品出现开裂或塌泡的现象;若聚醚多元醇的用量减少,则制得的聚氨酯软泡制品偏硬且弹性降低,手感不好。 聚醚多元醇平均官能度的大小对聚氨酯软泡成品的性能也有影响。在官能度相同的情况下,聚醚多元醇的分子量越大,其反应活性越低,制得的聚氨酯软泡成品的拉伸强度、伸长率、及回弹性则提升;在当量值(分子量/官能度)相同的情况下,聚醚多元醇的官能度增加,则反应活性增强,反应速率相对加快,生成聚氨酯成品的交联度提高,泡沫硬度随之提高,但材料的伸长率却有所下降。 二、甲苯二异氰酸酯。 聚氨酯软泡一般选用T80,即2,4-TDI和2,6-TDI两种异构体比例为(80±2)%和(20±2)%的混合体。异氰酸酯实际用量=[0.1554×(多元醇聚合物的酸值+羟值)+9.667×水%]×异氰酸酯指数。异氰酸酯指数通常控制在1.03-1.10之间。异氰酸酯指数在一定范围内增大,则泡沫的硬度随之增大,但达到某一点后硬度不再显著增大,而撕裂强度、拉伸强度和伸长率均有所下降;当异氰酸酯指数过高时,会导致表面长时间发粘,泡沫体压缩模量提高,泡沫网络结构粗大,闭孔增加,回弹率下降,有时会导致制品开裂。同时由于未反应的TDI持续进行反应,导致发热量增大,放热时间及熟化时间延长,可能会使泡沫体中心温度长时间处于高温状态下,易引起聚氨酯成品块泡中心发生焦化,以及烧芯现象;若异氰酸酯指数过低,则会使泡沫体的机械强度和回弹性降低,使泡沫体容易产生细小的裂缝,造成发泡加工工艺重复性差的情况;此外,若异氰酸酯指数过低,还会使得聚氨酯泡沫的压缩永久变形较大,且泡沫体表面容易产生潮湿感。 三、发泡剂。 一般在生产密度大于21g/cm3的聚氨酯块泡时,只使用水做为发泡剂(化学发泡剂),而在低密度配方或超软配方中则使用二氯甲烷(MC)等低沸点化合物作为辅助发泡剂(物理发泡剂)。水作为发泡剂与异氰酸酯反应生成脲键并放出大量的CO2及热量,该反应是一个链增长反应。水量越多,泡沫密度越低,硬度越强,同时泡孔支柱变小、变弱,降低了承载能力,易发生塌泡、裂泡等现象。并且消耗异氰酸酯的量增加,放热量增多,容易造成烧芯。若水量超过5.0份,则必须添加物理发泡剂以吸收部分热量,避免烧芯现象的发生;水量减少,催化剂的用量相应减少,制得聚氨酯软泡的密度增大。辅助发泡剂会使聚氨酯软泡的密度以及硬度下降。由于辅助发泡剂气化时吸收了部分反应热而使得固化速率减慢,因此需适当增加催化剂的用量。与此同时气化吸收了部分热量,可以避免烧芯的危险。 四、催化剂。 叔胺类催化剂。一般选用A33(质量分数为33%的三乙烯二胺溶液),其作用是促进异氰酸酯和水的反应,调整泡沫的密度以及气泡开孔率等,主要是促进发泡反应。若叔胺类催化剂加入量过多,则会导致聚氨酯泡沫制品出现劈裂,泡沫中有孔或泡眼等问题;若叔胺类催化剂加入量过少,则容易使制得的聚氨酯泡沫出现收缩、闭孔,且会使得发出的泡沫制品底厚。 有机金属催化剂。一般选用辛酸亚有机锡类催化剂T-19。T-19是催化活性很高的凝胶反应催化剂,主要作用是促进凝胶反应,即后期反应。若有机锡类催化剂加入量过多,则会导致胶化速度过快,粘度增加,回弹性以及透气性变,且容易造成闭孔现象;若有机锡类催化剂加入量过少,则会使得凝胶不足,从而导致发泡过程中出现劈裂现象,泡沫边缘或顶部有开裂,并有脱坯、毛边现象。 若适当提高有机锡类催化剂的用量,则可获得松弛的良好开孔聚氨酯泡沫塑料,进一步增大有机锡类催化剂的用量则会使泡沫体逐渐变得紧密,以致收缩、闭孔。减少叔胺类催化剂的用量或增加有机锡类催化剂的用量都可以在气体大量产生时增加聚合物气泡膜壁的强度,从而减少中空或开裂现象。聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的开孔或闭孔结构,主要取决于聚氨酯泡沫形成过程中的凝胶反应速度和气体膨胀速度是否平衡。此平衡可通过调节配方中的叔胺类催化剂催化以及泡沫稳定剂等助剂的种类和用量实现。 五、泡沫稳定剂(硅油)。 泡沫稳定剂是一类表面活性剂,可使聚脲在发泡体系中良好分散,起着“物理交联点”的作用,并能明显提高聚氨酯泡沫混合物的早期粘度,避免裂泡。泡沫稳定剂一方面具有乳化作用,可使泡沫物料各组分间的互溶性增强;同时加入有机硅表面活性剂后可降低液体的表面张力,使得气体分散时所需增加的自由能减少,还可使分散在原料中的空气在搅拌混合过程中更易成核,有助于细小气泡的产生,调整泡沫气孔大小,控制泡孔结构,提高发泡稳定性;此外还能有效防止泡孔发生瘪泡、破裂等问题,使泡沫壁具有弹性,控制泡沫的孔径和均匀度。 在发泡初期稳定泡沫,在发泡中期防止泡沫的并泡,在发泡后期使泡孔连通。一般发泡剂、POP用量越多,硅油用量越大。若泡沫稳定剂的用量过多,会使得后期泡沫壁的弹性增加,泡孔细密,不易破裂,但容易造成闭孔;若泡沫稳定剂的用量过少,则会产生泡沫破裂,起发后塌泡,泡沫孔径较大且容易并泡等问题。