聚氨酯軟泡的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)
發(fā)布時(shí)間：2022-08-17
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一、聚醚多元醇
聚醚多元醇作為生產(chǎn)聚氨酯軟泡的主要原料，與異氰酸酯反應(yīng)生成氨基甲酸酯，這一反應(yīng)是泡沫制品的骨架反應(yīng)。若聚醚多元醇的用量增多，相當(dāng)于其他原料(異氰酸酯、水以及催化劑等)的用量減少，易造成制得的聚氨酯軟泡制品出現(xiàn)開裂或塌泡的現(xiàn)象。若聚醚多元醇的用量減少，則制得的聚氨酯軟泡制品偏硬且彈性降低，手感不好。
二、發(fā)泡劑
一般在制造密度大于21g/cm3的聚氨酯塊泡時(shí)，只使用水(化學(xué)發(fā)泡劑)做為發(fā)泡劑，而在低密度配方或超軟配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸點(diǎn)化合物(物理發(fā)泡劑)作為輔助發(fā)泡劑。
水作為發(fā)泡劑與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵并放出大量的CO2及熱量，該反應(yīng)是一個(gè)鏈增長反應(yīng)。水量越多，泡沫密度越低，硬度越強(qiáng)，同時(shí)泡孔支柱變小、變?nèi)?，降低了承載能力，易發(fā)生塌泡、裂泡等現(xiàn)象，此外，消耗異氰酸酯的量增加，放熱量增多，容易造成燒芯。若水量超過5.0份，則必須添加物理發(fā)泡劑以吸收部分熱量，避免燒芯現(xiàn)象的發(fā)生。水量減少，催化劑的用量相應(yīng)減少，但制得聚氨酯軟泡的密度增大。
圖片
輔助發(fā)泡劑會(huì)使聚氨酯軟泡的密度以及硬度下降。由于輔助發(fā)泡劑氣化時(shí)吸收了部分反應(yīng)熱而使得固化速率減慢，因此需適當(dāng)增加催化劑的用量;與此同時(shí)，由于氣化吸收了部分熱量，從而避免了燒芯的危險(xiǎn)。
三、甲苯二異氰酸酯
聚氨酯軟泡一般選用T80，即2，4-TDI和2，6-TDI兩種異構(gòu)體比例為(80±2)%和(20±2)%的混合體。
當(dāng)異氰酸酯指數(shù)過高時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致表面長時(shí)間發(fā)粘，泡沫體壓縮模量提高，泡沫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗大，閉孔增加，回彈率下降，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致制品開裂。
若異氰酸酯指數(shù)過低，則會(huì)使泡沫體的機(jī)械強(qiáng)度和回彈性降低，從而使得泡沫體容易產(chǎn)生細(xì)小的裂縫，*終造成發(fā)泡加工工藝重復(fù)性差這一問題;此外，若異氰酸酯指數(shù)過低，還會(huì)使得聚氨酯泡沫的壓縮變形較大，且泡沫體表面容易產(chǎn)生潮濕感。
四、催化劑
1、叔胺類催化劑：一般選用A33(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%的三乙烯二胺溶液)，其作用是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，調(diào)整泡沫的密度以及氣泡開孔率等，主要是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)。
若叔胺類催化劑加入量過多，則會(huì)導(dǎo)致聚氨酯泡沫制品出現(xiàn)劈裂，泡沫中有孔或泡眼等問題;若叔胺類催化劑加入量過少，則容易使制得的聚氨酯泡沫出現(xiàn)收縮、閉孔，且會(huì)使得發(fā)出的泡沫制品底厚。
2、有機(jī)金屬催化劑：一般選用辛酸亞有機(jī)錫類催化劑T-9;T-9是催化活性很高的凝膠反應(yīng)催化劑，主要作用是促進(jìn)凝膠反應(yīng)，即后期反應(yīng)。
若適當(dāng)提高有機(jī)錫類催化劑的用量，則可獲得松弛的良好開孔聚氨酯泡沫塑料，進(jìn)一步增大有機(jī)錫類催化劑的用量則會(huì)使泡沫體逐漸變得緊密，以致收縮、閉孔。
減少叔胺類催化劑的用量或增加有機(jī)錫類催化劑的用量都可以在氣體大量產(chǎn)生時(shí)增加聚合物氣泡膜壁的強(qiáng)度，從而減少中空或開裂現(xiàn)象。
聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于聚氨酯泡沫形成過程中的凝膠反應(yīng)速度和氣體膨脹速度是否平衡。此平衡可通過調(diào)節(jié)配方中的叔胺類催化劑催化以及泡沫穩(wěn)定及等助劑的種類和用量實(shí)現(xiàn)。
五、泡沫穩(wěn)定劑(硅油)
泡沫穩(wěn)定劑是一類表面活性劑，可使聚脲在發(fā)泡體系中良好分散，起著“物理交聯(lián)點(diǎn)”的作用，并能明顯提高聚氨酯泡沫混合物的早期粘度，避免裂泡。
泡沫穩(wěn)定劑一方面具有乳化作用，可使泡沫物料各組分間的互溶性增強(qiáng)，另一方面加入有機(jī)硅表面活性劑后可降低液體的表面張力r，使得氣體分散時(shí)所需增加的自由能減少，還可使分散在原料中的空氣在攪拌混合過程中更易成核，有助于細(xì)小氣泡的產(chǎn)生，調(diào)整泡沫氣孔大小，控制泡孔結(jié)構(gòu)，提高發(fā)泡穩(wěn)定性，此外，還能有效防止泡孔發(fā)生癟泡、破裂等問題，使泡沫壁具有彈性，控制泡沫的孔徑和均勻度。洛陽天江化工的專家將泡沫穩(wěn)定劑的作用總結(jié)為以下幾點(diǎn)：在發(fā)泡初期穩(wěn)定泡沫，在發(fā)泡中期防止泡沫的并泡，在發(fā)泡后期使泡孔連通。一般發(fā)泡劑、POP用量越多，硅油用量越大。
若泡沫穩(wěn)定劑的用量過多，會(huì)使得后期泡沫壁的彈性增加，泡孔細(xì)密，不易破裂，但容易造成閉孔;若泡沫穩(wěn)定劑的用量過少，則會(huì)產(chǎn)生泡沫破裂，起發(fā)后塌泡，泡沫孔徑較大且容易并泡等問題。
六、溫度的影響
聚氨酯的發(fā)泡反應(yīng)隨著物料溫度的上升而加快，在敏感的配方中將會(huì)引起燒芯和著火的危險(xiǎn)。一般控制多元醇和異氰酸酯組分的溫度不變。發(fā)泡時(shí)泡沫密度降低料溫相應(yīng)提高。同樣配方，料溫相同夏季氣溫高，反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致泡沫密度、硬度下降，伸長率增加，機(jī)械強(qiáng)度增加。夏季可適當(dāng)提高異氰酸酯指數(shù)以糾正硬度的下降。
七、空氣濕度的影響
濕度增加，由于泡沫中的異氰酸酯基部分與空氣中的水分反應(yīng)，造成硬度下降，所以發(fā)泡時(shí)可適當(dāng)增加異氰酸酯用量。過大時(shí)會(huì)造成熟化溫度過高引起燒心。
八、大氣壓的影響
發(fā)泡過程中所處環(huán)境大氣壓的大小也會(huì)對(duì)制得的聚氨酯泡沫制品的性能造成一定程度的影響。壓強(qiáng)越大，制得的成品密度越大;反之，壓強(qiáng)越小，制得的成品密度也越小。例如，采用同樣的配方，在海拔越高的地方進(jìn)行發(fā)泡，得到的泡沫制品密度越小。
聚醚多元醇作為生產(chǎn)聚氨酯軟泡的主要原料，與異氰酸酯反應(yīng)生成氨基甲酸酯，這一反應(yīng)是泡沫制品的骨架反應(yīng)。若聚醚多元醇的用量增多，相當(dāng)于其他原料(異氰酸酯、水以及催化劑等)的用量減少，易造成制得的聚氨酯軟泡制品出現(xiàn)開裂或塌泡的現(xiàn)象。若聚醚多元醇的用量減少，則制得的聚氨酯軟泡制品偏硬且彈性降低，手感不好。
二、發(fā)泡劑
一般在制造密度大于21g/cm3的聚氨酯塊泡時(shí)，只使用水(化學(xué)發(fā)泡劑)做為發(fā)泡劑，而在低密度配方或超軟配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸點(diǎn)化合物(物理發(fā)泡劑)作為輔助發(fā)泡劑。
水作為發(fā)泡劑與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵并放出大量的CO2及熱量，該反應(yīng)是一個(gè)鏈增長反應(yīng)。水量越多，泡沫密度越低，硬度越強(qiáng)，同時(shí)泡孔支柱變小、變?nèi)?，降低了承載能力，易發(fā)生塌泡、裂泡等現(xiàn)象，此外，消耗異氰酸酯的量增加，放熱量增多，容易造成燒芯。若水量超過5.0份，則必須添加物理發(fā)泡劑以吸收部分熱量，避免燒芯現(xiàn)象的發(fā)生。水量減少，催化劑的用量相應(yīng)減少，但制得聚氨酯軟泡的密度增大。
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輔助發(fā)泡劑會(huì)使聚氨酯軟泡的密度以及硬度下降。由于輔助發(fā)泡劑氣化時(shí)吸收了部分反應(yīng)熱而使得固化速率減慢，因此需適當(dāng)增加催化劑的用量;與此同時(shí)，由于氣化吸收了部分熱量，從而避免了燒芯的危險(xiǎn)。
三、甲苯二異氰酸酯
聚氨酯軟泡一般選用T80，即2，4-TDI和2，6-TDI兩種異構(gòu)體比例為(80±2)%和(20±2)%的混合體。
當(dāng)異氰酸酯指數(shù)過高時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致表面長時(shí)間發(fā)粘，泡沫體壓縮模量提高，泡沫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗大，閉孔增加，回彈率下降，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致制品開裂。
若異氰酸酯指數(shù)過低，則會(huì)使泡沫體的機(jī)械強(qiáng)度和回彈性降低，從而使得泡沫體容易產(chǎn)生細(xì)小的裂縫，*終造成發(fā)泡加工工藝重復(fù)性差這一問題;此外，若異氰酸酯指數(shù)過低，還會(huì)使得聚氨酯泡沫的壓縮變形較大，且泡沫體表面容易產(chǎn)生潮濕感。
四、催化劑
1、叔胺類催化劑：一般選用A33(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%的三乙烯二胺溶液)，其作用是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，調(diào)整泡沫的密度以及氣泡開孔率等，主要是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)。
若叔胺類催化劑加入量過多，則會(huì)導(dǎo)致聚氨酯泡沫制品出現(xiàn)劈裂，泡沫中有孔或泡眼等問題;若叔胺類催化劑加入量過少，則容易使制得的聚氨酯泡沫出現(xiàn)收縮、閉孔，且會(huì)使得發(fā)出的泡沫制品底厚。
2、有機(jī)金屬催化劑：一般選用辛酸亞有機(jī)錫類催化劑T-9;T-9是催化活性很高的凝膠反應(yīng)催化劑，主要作用是促進(jìn)凝膠反應(yīng)，即后期反應(yīng)。
若適當(dāng)提高有機(jī)錫類催化劑的用量，則可獲得松弛的良好開孔聚氨酯泡沫塑料，進(jìn)一步增大有機(jī)錫類催化劑的用量則會(huì)使泡沫體逐漸變得緊密，以致收縮、閉孔。
減少叔胺類催化劑的用量或增加有機(jī)錫類催化劑的用量都可以在氣體大量產(chǎn)生時(shí)增加聚合物氣泡膜壁的強(qiáng)度，從而減少中空或開裂現(xiàn)象。
聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于聚氨酯泡沫形成過程中的凝膠反應(yīng)速度和氣體膨脹速度是否平衡。此平衡可通過調(diào)節(jié)配方中的叔胺類催化劑催化以及泡沫穩(wěn)定及等助劑的種類和用量實(shí)現(xiàn)。
五、泡沫穩(wěn)定劑(硅油)
泡沫穩(wěn)定劑是一類表面活性劑，可使聚脲在發(fā)泡體系中良好分散，起著“物理交聯(lián)點(diǎn)”的作用，并能明顯提高聚氨酯泡沫混合物的早期粘度，避免裂泡。
泡沫穩(wěn)定劑一方面具有乳化作用，可使泡沫物料各組分間的互溶性增強(qiáng)，另一方面加入有機(jī)硅表面活性劑后可降低液體的表面張力r，使得氣體分散時(shí)所需增加的自由能減少，還可使分散在原料中的空氣在攪拌混合過程中更易成核，有助于細(xì)小氣泡的產(chǎn)生，調(diào)整泡沫氣孔大小，控制泡孔結(jié)構(gòu)，提高發(fā)泡穩(wěn)定性，此外，還能有效防止泡孔發(fā)生癟泡、破裂等問題，使泡沫壁具有彈性，控制泡沫的孔徑和均勻度。洛陽天江化工的專家將泡沫穩(wěn)定劑的作用總結(jié)為以下幾點(diǎn)：在發(fā)泡初期穩(wěn)定泡沫，在發(fā)泡中期防止泡沫的并泡，在發(fā)泡后期使泡孔連通。一般發(fā)泡劑、POP用量越多，硅油用量越大。
若泡沫穩(wěn)定劑的用量過多，會(huì)使得后期泡沫壁的彈性增加，泡孔細(xì)密，不易破裂，但容易造成閉孔;若泡沫穩(wěn)定劑的用量過少，則會(huì)產(chǎn)生泡沫破裂，起發(fā)后塌泡，泡沫孔徑較大且容易并泡等問題。
六、溫度的影響
聚氨酯的發(fā)泡反應(yīng)隨著物料溫度的上升而加快，在敏感的配方中將會(huì)引起燒芯和著火的危險(xiǎn)。一般控制多元醇和異氰酸酯組分的溫度不變。發(fā)泡時(shí)泡沫密度降低料溫相應(yīng)提高。同樣配方，料溫相同夏季氣溫高，反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致泡沫密度、硬度下降，伸長率增加，機(jī)械強(qiáng)度增加。夏季可適當(dāng)提高異氰酸酯指數(shù)以糾正硬度的下降。
七、空氣濕度的影響
濕度增加，由于泡沫中的異氰酸酯基部分與空氣中的水分反應(yīng)，造成硬度下降，所以發(fā)泡時(shí)可適當(dāng)增加異氰酸酯用量。過大時(shí)會(huì)造成熟化溫度過高引起燒心。
八、大氣壓的影響
發(fā)泡過程中所處環(huán)境大氣壓的大小也會(huì)對(duì)制得的聚氨酯泡沫制品的性能造成一定程度的影響。壓強(qiáng)越大，制得的成品密度越大;反之，壓強(qiáng)越小，制得的成品密度也越小。例如，采用同樣的配方，在海拔越高的地方進(jìn)行發(fā)泡，得到的泡沫制品密度越小。
