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聚氨酯软质泡沫塑料
一、前言
聚氨酯软泡系列产品主要包括块状 . 连续 . 海绵、高回弹泡沫( HR)、自结皮泡沫、慢回弹泡沫、微孔泡沫以及
半硬质吸能泡沫等。这类泡沫仍占聚氨酯产品总量的 50%左右。应用面日渐扩大的一个大品种,它已涉及到国民经
济的各个领域:家电、汽车、家装、家具、火车、轮船、航天等诸多领域。
PU软泡自上世纪 50 年代问世以来,尤其是进入 21 世纪之后,不论技术上还是品种与产品产量上都有一个飞
跃发展。突出的是:
环保型 PU软泡,即绿色聚氨酯产品;
低 VOC值 PU软泡;
低雾化 PU软泡;
全水 PU软泡;
全 MDI系列软泡;
难燃、低烟、全 MDI 系列泡沫;
反应型高分子量催化剂、稳定剂、阻燃剂以及防老剂等新品种助剂;
低不饱和度、低单醇含量的多元醇;
超低密度的优异物性的 PU软泡;
低共振频率、低传递性 PU软泡;
聚碳酸酯二元醇、聚ε - 己内酯多元醇、聚丁二烯二醇、聚四氢呋喃等特种多元醇;
2
液态 CO发泡技术、负压发泡技术等。 ·
总之,新品种、新技术的出现,促进了 PU软泡进一步发展。
二、成泡原理:
若要合成出理想的符合要求的 PU软泡,必须了解泡沫体系的化学反应原理,才能选择合适的主辅原料与制造
工艺。聚氨酯工业发展到今天,已不是仿制阶段,而是根据最终制品的性能要求,通过原料结构、合成技术手段,
才能达到,为此,掌握好成泡原理至关重要。
聚氨酯泡沫塑料在合成过程中参与化学变化,影响泡沫结构性能的变化因素较复杂,其中不仅涉及异氰酸酯与聚
醚(酯)醇、水之间的化学反应,而且也涉及到起泡的胶体化学,其化学反应有扩链、起泡与交联等过程。它又
与参加反应的物质结构、官能度、分子量等均有影响。
一般聚氨酯泡沫塑料合成的总反应可用下面公式表示:
但实际情况较为复杂 , 现就重要反应归纳如下:
1、扩链
多官能度的异氰酸酯与聚醚(酯)醇,尤其是二官能度化合物,其扩链按下式进行:
发泡体系中,一般异氰酸酯用量是大于含活泼氢化合物的,即所讲的反应指数是大于 1,通常取,所以发泡过
程中扩链最终产品末端应是异氰酸酯基团。
扩链反应是 PU泡沫的主反应,是物性:机械强度、神长率、弹性等关键。
2、起泡反应
起泡作用在制备软泡中非常重要,尤其在合成低密度制品时更为突出。一般起泡作用有二种:利用反应热汽
化低沸点烃类化合物,如 HCFC-141b、HFC-134a、HFC-365mfc、环戊烷等达到起泡目的,另一类是利用水与异氰酸
2
酯之间化学反应产生大量 CO 气体发泡:
在无催化剂存在下,水与异氰酸酯的反应速率缓慢。
而胺类与异氰酸酯反应速率相当快,为此,以水作发泡剂时带来大量刚性链段,极性大的脲类化合物,它影
响泡沫制品的手感、回弹性及耐热性,为要生产出物性优异而密度低的泡沫,必须提高聚醚(酯)醇的分子量及
主链的柔软度。
3、凝胶作用
凝胶反应也称交联固化反应,在发泡过程中凝胶作用是非常主要的,凝胶作用过早过晚都会导致泡沫制品质
量下降或变为废品。最理想状态是扩链、起泡反应与凝胶反应达到平衡,否则会出现泡沫密度偏大或塌泡。
在发泡过程中有三种凝胶作用:
1)、多官能度化合物之凝胶
一般,三官能度以上的化合物反应,均能形成体型结构化合物。我们在生产聚氨酯软质泡沫塑料时采用的是
三官能度以上的聚醚多元醇。最近开拓全 MDI 体系中也掺用 f n ≥的多异氰酸酯以提高低密度泡沫的承载能力,这
些均是形成三相交联结构的基础:
值得注意的是,交联点之间的分子量大小,直接反映出泡沫塑料之交联密度。也就是讲,交联密度大,制品
的硬度高、机械强度好,但泡沫的柔软性差、回弹性与伸长率低。
软泡的交联点之间分子量( Mc)为 2000-2500 ,半硬泡处在 70
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