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聚氨酯软泡的性质与哪些因素有关?

聚氨酯软泡,指的是软质聚氨酯泡沫塑料,是一种具有一定弹性的柔软性聚氨酯泡沫塑料,它是聚氨酯制品中用量最大的一种聚氨酯产品。聚氨酯软泡多为开孔结构,具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能,主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材,工业和民用上也常常把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。

根据不同的分类标准可以将聚氨酯软泡分为不同的类型:

1、按软硬程度,即耐负荷性能的不同,聚氨酯软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高承载软泡以及高回弹软泡等,其中高回弹软泡与高承载软泡一般用于制造座垫、床垫等。

2、按生产工艺的不同,聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡,块状软泡是通过连续法工艺生产出大体积泡沫,再将其切割成所需形状的泡沫制品,模塑软泡则是通过间隙法工艺直接将原料混合后注入模具中发泡成所需形状的泡沫制品。

为什么聚氨酯软泡的种类如此多样而其应用又如此广泛呢?这是由于生产原料的多种多样,从而使得制成的聚氨酯软泡在性质上面也有所差异,那么,聚氨酯软泡所用原料对其成品的性质究竟有哪些影响呢?洛阳天江化工新材料有限公司将在下文中为大家做出解答。

一、聚醚多元醇

聚醚多元醇作为生产聚氨酯软泡的主要原料,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(异氰酸酯、水以及催化剂等)的用量减少,易造成制得的聚氨酯软泡制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。

此外,聚醚多元醇平均官能度的大小对制得的聚氨酯软泡材料的性能也有所影响。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,但制得的聚氨酯软泡制品的拉伸强度、伸长率以及回弹性则显著提升;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。因此,洛阳天江化工新材料有限公司建议,生产聚氨酯软泡材料应选择平均官能度在2.5以上的聚醚多元醇,若聚醚多元醇的平均官能度太低,则制得的聚氨酯泡沫体在受压后的回复性较差。

二、发泡剂

一般在制造密度大于21g/cm3的聚氨酯块泡时,只使用水(化学发泡剂)做为发泡剂,而在低密度配方或超软配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸点化合物(物理发泡剂)作为辅助发泡剂。

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,此外,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,但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,由于气化吸收了部分热量,从而避免了烧芯的危险。

三、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,还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,有时可达数小时之久。这样会使泡沫体中心温度长时间处于高温状态下,从而容易引起聚氨酯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,从而使得泡沫体容易产生细小的裂缝,最终造成发泡加工工艺重复性差这一问题;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。

四、催化剂

1、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。

2、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及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,另一方面加入有机硅表面活性剂后可降低液体的表面张力r,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。洛阳天江化工的专家将泡沫稳定剂的作用总结为以下几点: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。

六、温度的影响

聚氨酯的发泡反应随着物料温度的上升而加快,在敏感的配方中将会引起烧芯和着火的危险。一般控制多元醇和异氰酸酯组分的温度不变。发泡时泡沫密度降低料温相应提高。同样配方,料温相同夏季气温高,反应速度加快,导致泡沫密度、硬度下降,伸长率增加,机械强度增加。夏季可适当提高异氰酸酯指数以纠正硬度的下降。

七、空气湿度的影响

湿度增加,由于泡沫中的异氰酸酯基部分与空气中的水分反应,造成硬度下降,所以发泡时可适当增加异氰酸酯用量。过大时会造成熟化温度过高引起烧心。

八、大气压的影响

发泡过程中所处环境大气压的大小也会对制得的聚氨酯泡沫制品的性能造成一定程度的影响。压强越大,制得的成品密度越大;反之,压强越小,制得的成品密度也越小。例如,采用同样的配方,在海拔越高的地方进行发泡,最终得到的泡沫制品密度越小。

最后,洛阳天江化工的专家还要提醒大家注意以下几点:

1、在泡沫塑料制品的形成过程中,凝胶反应与发泡反应同时在发生,但各反应之间存在竞争关系,一般情况下,发泡反应速度大于凝胶反应速度。

凝胶反应——氨基甲酸酯的形成反应(即异氰酸酯基与羟基的反应)。

发泡反应——指有水参加的反应,生成脲并产生气泡。

聚氨酯泡沫是否具有理想的开孔或闭孔结构,主要取决于泡沫形成过程中的凝胶速度和气体膨胀速度是否平衡。这一平衡可以通过调节配方中的叔胺类催化剂以及泡沫稳定剂等助剂的种类和用量来实现。

2、发泡体系中形成的气泡数量和泡沫塑料中泡孔的大小取决于外加成核剂的作用,成核剂越多,生成的气泡越多,泡孔也越小。

成核剂是一种可以引起气泡形成的物质,如体系中的微细固体颗粒、液体、泡沫稳定剂或是本来溶解在物料中的细微气泡等,包括溶解在多元醇和异氰酸酯中的空气或氮气、二氧化碳、泡沫稳定剂、炭黑等填料。这些物质可使气体在物料中产生更多的气泡,气泡越多越稳定生成的泡孔就越细。

3、乳白时间的长短也会在一定程度上影响聚氨酯泡沫成品的性质,乳白时间越长,越有利于大气泡的生长。因此,为了减少大气泡的产生,可以适量增加催化剂的用量,这样做可以缩短乳白时间,由于凝胶反应和气泡形成反应的竞争可得到细孔泡沫。

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