高回彈聚氨酯泡沫體影響性能的研究

（鞍山市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧 114001）

聚氨酯是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物[1]。聚氨酯泡沫體是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡而成的高分子聚合物。聚氨酯材料性能優(yōu)異，用途廣泛，制品種類(lèi)多，聚氨酯泡沫是聚氨酯的主要品種，約占其總量的70%，已成為近10年來(lái)發(fā)展速度最快的合成材料之一，年增長(zhǎng)率保持在7%左右[2]。

高回彈聚氨酯泡沫體作為一種重要的聚氨酯合成材料，因其具有良好的物理機(jī)械性能，極高的回彈性而廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)和摩托車(chē)、飛機(jī)座椅和高檔家具等越來(lái)越多的領(lǐng)域。相比于普通軟泡，高回彈泡沫具有較好的彈性，較好的舒適性能和持久性[3]。

本文采用聚醚多元醇組合料與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)，著重考察異氰酸酯指數(shù)、發(fā)泡劑用量、催化劑用量等因素對(duì)聚氨酯回彈性能的影響。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)聚氨酯泡沫體的制備工藝

將80%的聚醚多元醇A，15%的聚醚多元醇B，5%的聚醚多元醇C混合作為聚醚多元醇組合料。其中，聚醚多元醇A官能度2.8，當(dāng)量大約為1700，是純環(huán)氧丙烷的均聚物，伯羥基含量達(dá)到90%以上。聚醚多元醇B具有3.7官能度，當(dāng)量大約為865，是純環(huán)氧丙烷均聚物。聚醚多元醇C具有2.8官能度，當(dāng)量大約為285，是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的無(wú)規(guī)共聚物。

聚氨酯泡沫體的制備工藝如下：發(fā)泡溫度20℃±2℃，將聚醚多元醇組合料與0.15%-0.4%的錫類(lèi)催化劑、2%-4.5%的發(fā)泡劑、0.8%的穩(wěn)定劑混合后攪拌，靜置后加入異氰酸酯指數(shù)為95-120的異氰酸酯進(jìn)行發(fā)泡，得到高回彈聚氨酯泡沫體。

2.結(jié)果與討論

(1)TDI對(duì)聚氨酯泡沫體的影響

本實(shí)驗(yàn)采用甲苯二異氰酸酯（TDI 80/20）與聚醚多元醇組合料加入助劑進(jìn)行發(fā)泡。分別取異氰酸酯指數(shù)為0.95、1.0、1.05、1.1、1.15、1.2進(jìn)行6組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其他條件不變。

表1 制備聚氨酯泡沫體時(shí)的組分及配比

表2 聚氨酯泡沫塑料性能表

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：TDI用量對(duì)泡沫性能有很大影響，在生產(chǎn)軟質(zhì)塊狀泡沫時(shí)，一般異氰酸酯指數(shù)為105-115。在此范圍內(nèi)，TDI指數(shù)增大，泡沫硬度增大，撕裂強(qiáng)度變小，拉伸強(qiáng)度變小，斷裂伸長(zhǎng)率變小。若TDI指數(shù)過(guò)高，則會(huì)形成大孔和閉孔，熟化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，還會(huì)引起泡沫燒芯；若TDI指數(shù)過(guò)低，則易產(chǎn)生裂紋，回彈性差，強(qiáng)度差，壓縮永久變形較大。根據(jù)上述結(jié)果，以下實(shí)驗(yàn)取異氰酸酯指數(shù)為1.1。

其中，聚氨酯泡沫體密度根據(jù)ATSM-3574-TEST-A測(cè)試測(cè)量。

聚氨酯泡沫體硬度根據(jù)DIN 53543測(cè)試測(cè)量。

聚氨酯泡沫體回彈性測(cè)定根據(jù)ATSM-D-3574-H落球回彈試驗(yàn)測(cè)量。回彈性是指感覺(jué)到彈性的泡沫的品質(zhì)，根據(jù)規(guī)程，此落球回彈測(cè)試測(cè)量當(dāng)在指定條件落下時(shí)，已知重量的下落鋼球從泡沫體表面回彈的高度，用最初降落高度的百分比表示結(jié)果。

聚氨酯泡沫體拉伸強(qiáng)度根據(jù)ATSM D-3574測(cè)定，并以kPa報(bào)告。

聚氨酯泡沫體撕裂強(qiáng)度根據(jù)ATSM D-3574測(cè)定，并以N/cm報(bào)告。

聚氨酯泡沫體伸長(zhǎng)率根據(jù)ATSM D-3574測(cè)定，并以%報(bào)告。（下同）

(2)發(fā)泡劑用量對(duì)聚氨酯泡沫體的影響

本實(shí)驗(yàn)采用甲苯二異氰酸酯（TDI 80/20）與聚醚多元醇組合料加入物理發(fā)泡劑水進(jìn)行發(fā)泡，其中異氰酸酯指數(shù)取1.10。分別取發(fā)泡劑水的用量為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5進(jìn)行6組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其他條件不變。

表3 制備聚氨酯泡沫體時(shí)的組分及配比

表4 聚氨酯泡沫塑料性能表

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：水和TDI反應(yīng)生成的二氧化碳是軟泡發(fā)泡中使用的主要發(fā)泡劑，增加配方中水用量將會(huì)提高脲的含量，加大泡沫的硬度，降低泡沫密度，泡沫載荷能力下降。但是，TDI和水反應(yīng)生成大量熱，水用量過(guò)高，會(huì)使泡沫出現(xiàn)燒芯或燃燒。因此下面實(shí)驗(yàn)取水的用量為3.5。

(3)催化劑用量對(duì)聚氨酯泡沫體的影響

本實(shí)驗(yàn)采用甲苯二異氰酸酯（TDI 80/20）與聚醚多元醇組合料加入胺類(lèi)催化劑和錫類(lèi)催化劑的共同作用下進(jìn)行發(fā)泡。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般不改變胺催化劑用量，而是通過(guò)改變辛酸亞錫用量，來(lái)調(diào)整發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)的平衡狀態(tài)。因此取異氰酸酯指數(shù)1.1，物理發(fā)泡劑水的用量為3.5，胺類(lèi)催化劑A1用量為0.1，胺類(lèi)催化劑A33用量為0.15。錫類(lèi)催化劑用量分別為0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45進(jìn)行6組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

表5 制備聚氨酯泡沫體時(shí)的組分及配比

表6 聚氨酯泡沫塑料性能表

三乙烯二胺（A33）是軟泡生產(chǎn)中最重要的叔胺催化劑，它有60%功效用于促進(jìn)異氰酸酯與水反應(yīng)，即發(fā)泡反應(yīng)。

3.結(jié)論

本文采用聚醚多元醇組合料與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)，著重討論了異氰酸酯指數(shù)、發(fā)泡劑用量、催化劑用量對(duì)聚氨酯回彈性能的影響。通過(guò)配方優(yōu)化比選，得到了高回彈聚氨酯泡沫體。該聚氨酯泡沫體具有高回彈率、柔軟性好、舒適度高等特點(diǎn)，成本低廉且符合國(guó)家環(huán)保要求，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。