聚氨酯(PU)行業雖然只是20世紀30年代才由德國Bayer公司開發出來,整個發展歷程不到100年,但隨著人們對聚氨酯科技不斷的研究發展,通過改進生產工藝,降低生產成本以及各種新型原料的開發,聚氨酯產品應用類別越來越多,涉及到塑料、橡膠、涂料、膠黏劑、彈性體等五大功能材料,因此在現代工業和日常生活中越來越重要,其用量也在逐年增加,應用的行業也越來越多,涉及到建筑、運輸、家電、電子、航空、航天、汽車、醫療、紡織等。
聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯產品的一個重要組成部分,產量也是所有聚氨酯產品中最大的。生產這種聚氨酯泡沫塑料主要的反應有兩個,即發泡反應(-NCO和水反應生成CO2)和凝膠反應(-NCO與-OH反應)。在發泡反應中,主要問題在于泡孔的形成,表現形式可能為蹋泡、泡沫開裂、內部有大氣孔及泡沫閉孔收縮、泡孔粗大,泡沫開裂和大氣孔存在可理解為局部蹋泡,這些問題可歸納為兩大類型即“蹋泡”和“收縮”,凝膠反應的主要問題就是凝膠速度的問題。本文就聚氨酯泡沫塑料的生產過程中一些原料對發泡反應中泡孔形成所遇到的一些問題做簡單總結。
催化劑
聚氨酯泡沫催化劑可分為發泡催化劑和凝膠催化劑,發泡催化劑主要為叔胺類催化劑,凝膠催化劑主要為有機金屬類催化劑。
在泡沫的復雜反應中,占優勢的主要是異氫酸醋與水和羥基的反應,可通過控制反應條件和選擇合適的催化劑加以調節,而如果催化劑選擇不當或添加量過大,發泡反應過于激烈,則泡沫傾向開裂和蹋泡;反之,發泡不完全,則泡沫偏向于閉孔和收縮。但在泡沫形成后期,凝膠催化劑的選擇和添加量也會影響泡孔,一般來說,凝膠不夠,泡沫會開裂和踏泡;凝膠太快,泡沫則會閉孔收縮。因此在泡沫的生產過程中,催化劑種類和添加量的選擇需謹慎。
硅油
硅油學名叫做泡沫穩定劑或勻泡劑,可分為有機硅類和非硅類,由于聚氨酯行業目前所用的勻泡劑基本都是有機硅類,所以在聚氨酯行業中俗稱“硅油”。
在生產聚氨酯泡沫塑料時,硅油是不可缺少的一個組分,其主要作用是增加各組分的互溶性,起到乳化泡沫物料、穩定泡沫和調節泡孔的作用。所以在生產中硅油的選擇和添加量很重要。在發泡過程中,早期應盡可能地減少氣泡的破裂開孔,不然將造成蹋泡;而在反應結束,泡體已上升到最大高度、泡孔壁將要凝固化之際則要求泡孔及時破裂,不然將造成泡體收縮。一般情況下,硅油用量不足或活性低,容易造成泡沫上升過程中蹋泡;反之,硅油過量或凝膠反應速度過快,在反應終了時,大量氣泡仍不能破裂而形成閉孔,最終將導致泡沫體收縮變形。
擴鏈劑和交聯劑
擴鏈劑和交聯劑也是聚氨酯泡沫塑料生產中必不可少的原料,它們的主要作用就是通過擴鏈或交聯作用,增加泡沫的強度和硬度。擴鏈劑和交聯劑的種類較多,小分子二元胺、二元醇、多元胺、多元醇都可以用作擴鏈劑和交聯劑。
一般情況下,擴鏈劑和交聯劑對聚氨酯泡沫的泡孔形成影響不大,但在特殊情況下,如全水發泡時,擴鏈劑和交聯劑可有效的防止發泡過程中泡沫的開裂,用量太大,泡沫可能產生閉孔和收縮;用量過少,泡沫可能開裂和蹋泡。