開孔劑對慢回彈聚氨酯泡沫開孔性的影響及檢測方法對比研究

黃幸運 嚴定堯 趙寶成 孫國藩

(江蘇巴德聚氨酯股份有限公司 江蘇淮安 223112)

全水發(fā)泡的慢回彈聚氨酯泡沫廣泛應(yīng)用于家具、床具用品及數(shù)碼電子產(chǎn)品包裝材料中[1]，但其往往存在回彈效果差、手感僵硬等缺點[2－3]，這通常是由于泡沫開孔率差所導(dǎo)致。 當采用的催化劑和主原料不足以解決開孔率問題時，開孔劑的使用必不可少[4－5]。 聚氨酯慢回彈開孔劑一般含疏水性和親水性鏈段或基團，可以降低泡沫的表面張力，使得水發(fā)泡形成的脲基分散，促使泡孔開裂，提高了開孔性，改善了泡沫塑料制品因閉孔出現(xiàn)的收縮問題[6－7]。 隨著開孔劑在慢回彈聚氨酯軟泡中的應(yīng)用，開孔劑的使用將更加規(guī)范化、通用化，而開孔劑的開孔性能檢測是確保慢回彈聚氨酯泡沫使用性能的重要手段[8]。

目前較常用的慢回彈開孔劑開孔性能檢測方法為傳統(tǒng)吐泡檢測法(TBM)和透氣儀檢測法(BM)。透氣儀檢測法常用于紡織領(lǐng)域，近年來延伸應(yīng)用在海綿行業(yè)用以檢測海綿透氣性。 本研究在熟練操作慢回彈海綿箱體發(fā)泡的基礎(chǔ)上，通過對比不同檢測方法，優(yōu)化設(shè)計出塌泡落差檢測法(BCDM)，并對3種測試方法進行了對比研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇Y-1030，韓國SKC 有限公司；聚合物多元醇SP30-47(羥值30 mgKOH/g，固含量45%)，中海殼牌石油化工有限公司；CaCO3，江蘇群鑫粉體科技股份有限公司；慢回彈有機硅表面活性劑B-8002[9]，贏創(chuàng)特種化學(上海)有限公司；慢回彈開孔劑KY1216，深圳市蔚鴻信科技有限公司；慢回彈開孔劑BDM-5，淮安巴德聚氨酯科技有限公司；慢回彈開孔劑1900H、胺催化劑A-33、辛酸亞錫催化劑T-9，南通恒光大聚氨酯材料有限公司；甲苯二異氰酸酯TDI-80，上海巴斯夫聚氨酯有限公司。以上均為工業(yè)級。

1.2 慢回彈聚氨酯泡沫的制備

慢回彈聚氨酯泡沫基本配方見表1。

表1 慢回彈聚氨酯泡沫配方

按表1 配方稱取原料置入量杯，迅速攪拌7 s后倒入發(fā)泡箱中自由發(fā)泡，制成1＃~6＃共6 個樣品，檢測待用。 為穩(wěn)定海綿泡孔和減少環(huán)境因素影響，聚醚組合料和TDI 料溫均控制在23 ℃。 發(fā)泡環(huán)境為室溫20 ℃，相對濕度(50±5)%。

1.3 實驗方法

1.3.1 傳統(tǒng)泡孔檢測法

在慢回彈聚氨酯泡沫樣品發(fā)泡過程中，通過操作人員實時觀察慢回彈聚氨酯泡沫的泡孔數(shù)量和排氣孔粗細，來判斷慢回彈開孔劑對海綿開孔性能作用的強弱。

1.3.2 透氣儀檢測法

聚氨酯泡沫樣品發(fā)泡完成后利用透氣儀進行檢測，通過調(diào)節(jié)風機速度，使試樣兩面達到規(guī)定的壓差，測定一定壓差下，單位時間內(nèi)垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算透氣量等參數(shù)。 透氣量越高，說明開孔劑的開孔效果越強。

1.3.3 聚氨酯泡沫塌泡落差檢測法

通過調(diào)整配方中有機硅表面活性劑用量，使得發(fā)泡過程中出現(xiàn)泡沫上升后回落現(xiàn)象。 測試中，泡沫吐泡時開始計時，此時利用測距儀記錄高度，1 min 后記錄回落后的高度，計算出二者高度差值?；芈渚嚯x越大，說明開孔劑的開孔效果越強。

2 結(jié)果與討論

2.1 大箱泡發(fā)泡比較開孔劑對開孔性能的影響

使用3 種開孔劑BDM-5、KY1216、1900H 在同一配方相同用量下各制備一個2 m×1.5 m×1 m 的大箱泡。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用BDM-5 時，吐泡3 h 后不收縮；使用KY1216 時不吐泡，3 h 后不收縮；使用1900H 時不吐泡3 h 后收縮，即開孔劑性能由強到弱依次為BDM-5>KY1216>1900H。

2.2 使用傳統(tǒng)泡孔檢測法評價開孔性能

采用傳統(tǒng)泡孔檢測法對6 個試樣進行開孔性能檢測，每個樣品均進行5 次平行實驗取平均值，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 傳統(tǒng)泡孔檢測法測得的泡孔數(shù)量及形態(tài)

從表2 可以看出，添加同種開孔劑時，隨著開孔劑用量的增加，慢回彈聚氨酯泡沫的開孔性提高。當開孔劑用量為2 份時，1＃、2＃、3＃這3 個試樣中1＃平均泡孔數(shù)量最多，吐泡形態(tài)一般，所以開孔性能1＃>2＃>3＃。 當開孔劑用量為4 份時，4＃、5＃、6＃這3組試樣中5＃平均泡孔數(shù)量最多，為23 個，吐泡形態(tài)較前3 組略粗，開孔性能5＃>4＃>6＃。 整體來看，采用TBM 評價開孔劑性能時，由于不同區(qū)域泡孔數(shù)量波動較大，且泡孔呈不規(guī)則分散，統(tǒng)計泡孔數(shù)量時容易有遺漏或者補償性的增加，開孔性無法精確評價。

2.3 使用透氣儀檢測法評價開孔性能

采用透氣儀對6 個慢回彈泡沫試樣進行透氣性能檢測，樣品均進行5 次平行實驗取平均值，測試壓差為200 Pa，面積為25 cm2，檢測結(jié)果如表3 所示。

表3 透氣儀檢測的泡沫透氣性能

從表3 中可以看出，添加不同用量的同一種開孔劑發(fā)泡形成的慢回彈泡沫的透氣量差異不大。 6個試樣慢回彈泡沫的平均透氣量總體差距不明顯。這是因為采用BM 檢測慢回彈泡沫的透氣量時，氣體流速與壓力穩(wěn)定性稍差時，氣體容易從泡孔周圍沖出，導(dǎo)致透氣量沒有全部通過測定區(qū)域的泡沫，測出的數(shù)值不能精準表現(xiàn)開孔劑性能。

2.4 使用泡沫塌泡落差法評價開孔性能

采用塌泡落差檢測法對6 個試樣進行開孔性能檢測，每個樣品均進行5 次平行實驗取平均值，吐泡后回落距離具體數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 泡沫塌泡落差法測得的回落距離

從表4 可見，使用相同用量同種開孔劑時，形成的慢回彈聚氨酯泡沫回落距離接近，隨著開孔劑用量的增加，慢回彈聚氨酯聚氨酯泡沫的開孔性提高。 使用相同用量的不同開孔劑時，2＃的平均回落距離最大，為4.0 mm，開孔性能最佳。 整體來看，回落距離由高到低順序為2＃>1＃>3＃，5＃>4＃>6＃，即3 種開孔劑的開孔性能由高到低順序為BDM-5>KY1216>1900H。 由此可見，使用BCDM 法評價開孔劑對慢回彈聚氨酯泡沫開孔性能的影響，無需復(fù)雜的測量設(shè)備，就能進行橫向和縱向比較，結(jié)果完全符合聚氨酯泡沫成型原理，且可以更精準地判斷并實時評價慢回彈開孔劑的開孔性能。 同一種開孔劑檢測可以設(shè)定參照樣作為標樣對比，可重復(fù)性好。

3 結(jié)論

(1) 傳統(tǒng)泡孔檢測法得到的泡孔數(shù)量波動較大，且泡孔呈不規(guī)則分散，統(tǒng)計數(shù)量時容易有遺漏或者補償性的增加，無法精確檢測開孔性能強弱。

(2) 采用透氣儀檢測出慢回彈泡沫的透氣量時氣體流速與壓力穩(wěn)定性稍差，氣體容易從泡孔周圍沖出，導(dǎo)致透氣量不是全部通過測定區(qū)域的泡沫，測得數(shù)值不能精準表現(xiàn)開孔劑性能。

(3) 采用泡沫塌泡落差法檢測，可以快速判斷出3 種開孔劑的開孔性能由高到低順序為BDM-5>KY1216>1900H，這也和客戶實際使用的評價結(jié)果相一致。 這種檢測方法無需復(fù)雜的測量設(shè)備，能夠進行橫向和縱向比較，結(jié)果完全符合聚氨酯軟泡成型原理，且可以更精準地判斷并實時評價慢回彈開孔劑的開孔性能。 同一種開孔劑檢測可以設(shè)定參照樣作為標樣對比，可重復(fù)性好。