技術 | 聚氨酯軟泡的性質與哪些因素有關

2022-09-05 15:50:06 2022-09-05 15:50:06 32

聚氨酯軟泡,指的是軟質聚氨酯泡沫塑料,是一種具有一定彈性的柔軟性聚氨酯泡沫塑料,它是聚氨酯制品中用量最大的一種聚氨酯產品。聚氨酯軟泡多為開孔結構,具有密度低、彈性回復好、吸音、透氣、保溫等性能,主要用作家具墊材、床墊、交通工具座椅坐墊等墊材,工業和民用上也常常把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱材料等。

根據不同的分類標準可以將聚氨酯軟泡分為不同的類型:

1、按軟硬程度,即耐負荷性能的不同,聚氨酯軟泡可以分為普通軟泡、超柔軟泡、高承載軟泡以及高回彈軟泡等,其中高回彈軟泡與高承載軟泡一般用于制造座墊、床墊等。

2、按生產工藝的不同,聚氨酯軟泡又可分為塊狀軟泡和模塑軟泡,塊狀軟泡是通過連續法工藝生產出大體積泡沫,再將其切割成所需形狀的泡沫制品,模塑軟泡則是通過間隙法工藝直接將原料混合后注入模具中發泡成所需形狀的泡沫制品。

為什么聚氨酯軟泡的種類如此多樣而其應用又如此廣泛呢這是由于生產原料的多種多樣,從而使得制成的聚氨酯軟泡在性質上面也有所差異,那么,聚氨酯軟泡所用原料對其成品的性質究竟有哪些影響呢將在下文中為大家做出解答。

一、聚醚多元醇

聚醚多元醇作為生產聚氨酯軟泡的主要原料,與異氰酸酯反應生成氨基甲酸酯,這一反應是泡沫制品的骨架反應。若聚醚多元醇的用量增多,相當于其他原料(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開裂或塌泡的現象。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。

此外,聚醚多元醇平均官能度的大小對制得的聚氨酯軟泡材料的性能也有所影響。在官能度相同的情況下,聚醚多元醇的分子量越大,其反應活性越低,但制得的聚氨酯軟泡制品的拉伸強度、伸長率以及回彈性則顯著提升在當量值(分子量/官能度)相同的情況下,聚醚多元醇的官能度增加,則反應活性增強,反應速率相對加快,生成聚氨酯的交聯度提高,泡沫硬度隨之提高,但材料的伸長率卻有所下降。因此,洛陽天江化工新材料有限公司建議,生產聚氨酯軟泡材料應選擇平均官能度在2.5以上的聚醚多元醇,若聚醚多元醇的平均官能度太低,則制得的聚氨酯泡沫體在受壓后的回復性較差。

二、發泡劑

一般在制造密度大于21g/cm3的聚氨酯塊泡時,只使用水(化學發泡劑)做為發泡劑,而在低密度配方或超軟配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸點化合物(物理發泡劑)作為輔助發泡劑。

水作為發泡劑與異氰酸酯反應生成脲鍵并放出大量的CO2及熱量,該反應是一個鏈增長反應。水量越多,泡沫密度越低,硬度越強,同時泡孔支柱變小、變弱,降低了承載能力,易發生塌泡、裂泡等現象,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,則必須添加物理發泡劑以吸收部分熱量,避免燒芯現象的發生。水量減少,催化劑的用量相應減少,但制得聚氨酯軟泡的密度增大。

輔助發泡劑會使聚氨酯軟泡的密度以及硬度下降。由于輔助發泡劑氣化時吸收了部分反應熱而使得固化速率減慢,因此需適當增加催化劑的用量與此同時,由于氣化吸收了部分熱量,從而避免了燒芯的危險。

三、甲苯二異氰酸酯

聚氨酯軟泡一般選用T80,即24-TDI和2,6-TDI兩種異構體比例為(80±2)%和(20±2)%的混合體。

異氰酸酯實際用量=[0.1554×(多元醇聚合物的酸值+羥值)+9.667×水%]×異氰酸酯指數。異氰酸酯指數通常控制在1.03-1.10之間。異氰酸酯指數在一定范圍內增大,則泡沫的硬度隨之增大,但達到某一點后硬度不再顯著增大,而撕裂強度、拉伸強度和伸長率均有所下降。

當異氰酸酯指數過高時,還會導致表面長時間發粘,泡沫體壓縮模量提高,泡沫網絡結構粗大,閉孔增加,回彈率下降,有時會導致制品開裂。同時,由于未反應的TDI持續進行反應,導致發熱量增大,放熱時間及熟化時間延長,有時可達數小時之久。這樣會使泡沫體中心溫度長時間處于高溫狀態下,從而容易引起聚氨酯塊泡中心發生焦化以及燒芯現象。

若異氰酸酯指數過低,則會使泡沫體的機械強度和回彈性降低,從而使得泡沫體容易產生細小的裂縫,最終造成發泡加工工藝重復性差這一問題此外,若異氰酸酯指數過低,還會使得聚氨酯泡沫的壓縮永久變形較大,且泡沫體表面容易產生潮濕感。

四、催化劑

1、叔胺類催化劑:一般選用A33(質量分數為33%的三乙烯二胺溶液),其作用是促進異氰酸酯和水的反應,調整泡沫的密度以及氣泡開孔率等,主要是促進發泡反應。

若叔胺類催化劑加入量過多,則會導致聚氨酯泡沫制品出現劈裂,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收縮、閉孔,且會使得發出的泡沫制品底厚。

2、有機金屬催化劑:一般選用辛酸亞有機錫類催化劑T-19T-19是催化活性很高的凝膠反應催化劑,主要作用是促進凝膠反應,即后期反應。

若有機錫類催化劑加入量過多,則會導致膠化速度過快,粘度增加,回彈性以及透氣性變,且容易造成閉孔現象若有機錫類催化劑加入量過少,則會使得凝膠不足,從而導致發泡過程中出現劈裂現象,泡沫邊緣或頂部有開裂,并有脫坯、毛邊現象。若適當提高有機錫類催化劑的用量,則可獲得松弛的良好開孔聚氨酯泡沫塑料,進一步增大有機錫類催化劑的用量則會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錫類催化劑的用量都可以在氣體大量產生時增加聚合物氣泡膜壁的強度,從而減少中空或開裂現象。

聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的開孔或閉孔結構,主要取決于聚氨酯泡沫形成過程中的凝膠反應速度和氣體膨脹速度是否平衡。此平衡可通過調節配方中的叔胺類催化劑催化以及泡沫穩定及等助劑的種類和用量實現。

五、泡沫穩定劑(硅油)

泡沫穩定劑是一類表面活性劑,可使聚脲在發泡體系中良好分散,起著“物理交聯點”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,另一方面加入有機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,有助于細小氣泡的產生,調整泡沫氣孔大小,控制泡孔結構,提高發泡穩定性,此外,還能有效防止泡孔發生癟泡、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定劑的作用總結為以下幾點:在發泡初期穩定泡沫,在發泡中期防止泡沫的并泡,在發泡后期使泡孔連通。一般發泡劑、POP用量越多,硅油用量越大。

若泡沫穩定劑的用量過多,會使得后期泡沫壁的彈性增加,泡孔細密,不易破裂,但容易造成閉孔若泡沫穩定劑的用量過少,則會產生泡沫破裂,起發后塌泡,泡沫孔徑較大且容易并泡等問題。

六、溫度的影響

聚氨酯的發泡反應隨著物料溫度的上升而加快,在敏感的配方中將會引起燒芯和著火的危險。一般控制多元醇和異氰酸酯組分的溫度不變。發泡時泡沫密度降低料溫相應提高。同樣配方,料溫相同夏季氣溫高,反應速度加快,導致泡沫密度、硬度下降,伸長率增加,機械強度增加。夏季可適當提高異氰酸酯指數以糾正硬度的下降。

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,造成硬度下降,所以發泡時可適當增加異氰酸酯用量。過大時會造成熟化溫度過高引起燒心。

八、大氣壓的影響

發泡過程中所處環境大氣壓的大小也會對制得的聚氨酯泡沫制品的性能造成一定程度的影響。壓強越大,制得的成品密度越大反之,壓強越小,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行發泡,最終得到的泡沫制品密度越小。

 

最后,還要提醒大家注意以下幾點:

1、在泡沫塑料制品的形成過程中,凝膠反應與發泡反應同時在發生,但各反應之間存在競爭關系,一般情況下,發泡反應速度大于凝膠反應速度。

凝膠反應——氨基甲酸酯的形成反應(即異氰酸酯基與羥基的反應)。

發泡反應——指有水參加的反應,生成脲并產生氣泡。

聚氨酯泡沫是否具有理想的開孔或閉孔結構,主要取決于泡沫形成過程中的凝膠速度和氣體膨脹速度是否平衡。這一平衡可以通過調節配方中的叔胺類催化劑以及泡沫穩定劑等助劑的種類和用量來實現。

2、發泡體系中形成的氣泡數量和泡沫塑料中泡孔的大小取決于外加成核劑的作用,成核劑越多,生成的氣泡越多,泡孔也越小。

成核劑是一種可以引起氣泡形成的物質,如體系中的微細固體顆粒、液體、泡沫穩定劑或是本來溶解在物料中的細微氣泡等,包括溶解在多元醇和異氰酸酯中的空氣或氮氣、二氧化碳、泡沫穩定劑、炭黑等填料。這些物質可使氣體在物料中產生更多的氣泡,氣泡越多越穩定生成的泡孔就越細。

3、乳白時間的長短也會在一定程度上影響聚氨酯泡沫成品的性質,乳白時間越長,越有利于大氣泡的生長。因此,為了減少大氣泡的產生,可以適量增加催化劑的用量,這樣做可以縮短乳白時間,由于凝膠反應和氣泡形成反應的競爭可得到細孔泡沫。

 

 

 

 

 

來源:聚氨酯技術


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