聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑發(fā)展現(xiàn)狀及建議

王 俊

（江蘇美思德化學(xué)股份有限公司，江蘇南京 210046）

在聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定劑是非常關(guān)鍵的一種助劑。通過多種材料在很短的時間內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后最終形成聚氨酯泡沫，在整個化學(xué)反應(yīng)過程中會發(fā)生發(fā)泡、凝膠等復(fù)雜過程，泡沫穩(wěn)定劑在整個反應(yīng)過程中發(fā)揮出了調(diào)節(jié)作用，保證聚氨酯材料的均勻性和穩(wěn)定性。

1 聚氨酯泡沫發(fā)展歷程

1.1 結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

在初期針對聚氨酯泡沫進(jìn)行研發(fā)過程中大量應(yīng)用了聚氧化烯烴非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑等[1]，但是實際應(yīng)用效果并沒有達(dá)到預(yù)期。

20世紀(jì)50年代初，西方國家提出了利用Si—O—C 有機(jī)聚硅氧烷與聚氧化烯烴進(jìn)行合成的技術(shù)。在50年代末美國的莫貝公司和聯(lián)通公司提出“一步法”聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)工藝，這一技術(shù)也一直沿用至今。但是這種結(jié)構(gòu)形式的泡沫穩(wěn)定劑最大的缺點(diǎn)是不耐水解，而且實際的儲存周期相對較短。在20世紀(jì)60年代中期，人們提出了Si—C 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑合成技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑改善了以往泡沫穩(wěn)定劑不耐水解的弊端，這種結(jié)構(gòu)形式成為了后期泡沫面積的主要結(jié)構(gòu)類型。

1.2 性能發(fā)展過程

在聚氨酯軟泡的生產(chǎn)過程中，有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑的應(yīng)用開始于20世紀(jì)50年代。而這一時期基本上所有的泡沫都是全水發(fā)泡體系，而且主要采取的仍然是Si—O—C 結(jié)構(gòu)形式，因此泡沫密度相對較大，活性較低[2]。

高回彈泡沫于20世紀(jì)60年代成功研發(fā)，在泡沫的反應(yīng)過程中整個體系黏度會急劇增加，這對泡沫本身的開放性和回彈性會產(chǎn)生一定影響，因此必須要求均泡劑能夠在反應(yīng)過程中提供一定程度的開放性。20世紀(jì)60年代末期隨著聚脲多元醇等有機(jī)填料的使用，使得泡沫開孔性得到有效改善，在這種情況下對均泡劑穩(wěn)泡性能提出了一定要求，DC5403就是一種非常典型的且具備良好穩(wěn)泡性能的均泡劑。

可見，在發(fā)泡劑不斷更新?lián)Q代的形勢下，均泡劑也在不斷的進(jìn)步。另外，隨著聚氨酯工業(yè)水平的不斷提升，細(xì)的泡沫品種越來越豐富，逐漸出現(xiàn)了高回彈、微孔彈性體和阻燃泡沫等多種類型的泡沫產(chǎn)品，而這些泡沫產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中必須要求有機(jī)硅均泡劑達(dá)到良好的匹配性，在此基礎(chǔ)上也使得均泡劑逐漸向著專業(yè)化、系列化方向發(fā)展。

2 聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑行業(yè)狀況探討

2.1 國內(nèi)情況

作為一種非常重要的高分子材料，聚氨酯泡沫塑料在出現(xiàn)以后發(fā)展非常迅速，雖然我國在聚氨酯泡沫塑料的研發(fā)和生產(chǎn)方面相對落后，但是整體發(fā)展形勢良好，而且中國聚氨酯產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成長為全球最大的生產(chǎn)市場和消費(fèi)市場。

我國在十二五期間提出了加快聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑國產(chǎn)化的發(fā)展戰(zhàn)略，目前國產(chǎn)產(chǎn)品已經(jīng)在中低端市場中占據(jù)主要地位，而且從某些方面來講，國內(nèi)聚氨酯泡沫產(chǎn)品質(zhì)量和性能越來越好。但是國外進(jìn)口聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑產(chǎn)品仍然占據(jù)著我國中高端市場的主要地位。目前我國在基礎(chǔ)應(yīng)用研究方面的投入力度相對較差，對于穩(wěn)定劑化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系研究不夠深入，因此在新產(chǎn)品研發(fā)方面也處于落后地位。

2.2 市場整體形勢

聚氨酯泡沫材料的多元化和性能提升在很大程度上都依賴于助劑。而從當(dāng)前的市場情況來看，助燃劑是聚氨酯泡沫塑料助劑使用量最大的一種，整體的占比達(dá)到35%左右；而泡沫穩(wěn)定劑的使用量僅次于助燃劑，整體比例占到18%左右[3]。 聚氨酯泡沫塑料市場的快速發(fā)展對于泡沫穩(wěn)定及發(fā)展也起到了極大促進(jìn)作用。根據(jù)國內(nèi)聚氨酯工業(yè)協(xié)會相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，從消費(fèi)量看，聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑在2015年全球消費(fèi)總量已經(jīng)達(dá)到了160kt，實際的增長率也能夠達(dá)到3.36%左右。國內(nèi)市場增長率甚至達(dá)到了8%左右。我國近幾年來工業(yè)化進(jìn)程不斷加速，城市化建設(shè)的快速發(fā)展將會對聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑市場形成極大的推動作用，2020年我國聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑市場整體的消費(fèi)量有望達(dá)到992kt。

3 未來主要技術(shù)發(fā)展方向

隨著環(huán)保要求的不斷提升，聚氨酯泡沫行業(yè)也需要在低碳、節(jié)能、環(huán)保、安全等方面提出更高要求。在這種形式下，新型的發(fā)泡原料和復(fù)合泡沫塑料不斷出現(xiàn)，對能與之實現(xiàn)匹配的新型泡沫穩(wěn)定劑也提出更高要求，需要針對新型泡沫穩(wěn)定劑不斷加大技術(shù)研發(fā)力度。

3.1 關(guān)鍵產(chǎn)品及技術(shù)開發(fā)

（1）與新發(fā)泡劑產(chǎn)品匹配的均泡劑

消耗臭氧層物質(zhì)的使用在當(dāng)今社會受到了廣泛限制，在未來聚氨酯硬泡發(fā)展過程中必須開發(fā)出零ODP、GWP 值較低的發(fā)泡劑[4]。目前我國在“雙高雙低”且與新型發(fā)泡劑能實現(xiàn)良好匹配的均泡劑研發(fā)方面仍然處在初期階段，均泡劑的各大生產(chǎn)廠商要與板材組合料以及冰箱生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)在該領(lǐng)域的合作，通過技術(shù)聯(lián)合來不斷強(qiáng)化新型、高性能均泡劑的技術(shù)研發(fā)。

（2）低味、低揮發(fā)、阻燃軟泡均泡劑的研發(fā)

在當(dāng)今的汽車材料研發(fā)過程中輕量化是主要的研發(fā)目標(biāo)，而且整個汽車工業(yè)都緊緊圍繞節(jié)能和環(huán)保展開探討。根據(jù)汽車工業(yè)發(fā)展的這一需求，加大低溫、低揮發(fā)性環(huán)保泡沫穩(wěn)定劑的研發(fā)已經(jīng)成為了一個重要話題。

另外，消防安全問題也成為整個社會重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，在這種情況下聚氨酯軟泡防火性能也必須要得到進(jìn)一步提升。與之相對應(yīng)，泡沫穩(wěn)定劑必須要在產(chǎn)品研發(fā)過程中發(fā)揮出更大的防火和阻燃性能，在此基礎(chǔ)上還能夠讓聚氨酯泡沫產(chǎn)品阻燃性能更好。

（3）生產(chǎn)工藝自動化、綠色化發(fā)展

在均泡劑的生產(chǎn)技術(shù)方面，目前我國大多數(shù)企業(yè)在實際操作過程中的規(guī)模還比較小，而且多數(shù)采取的都是間接法，但是目前國外一些企業(yè)在均泡劑的生產(chǎn)工藝方面已經(jīng)實現(xiàn)了自動化和規(guī)模化生產(chǎn)，我國必須要認(rèn)清這一差距，不斷加大生產(chǎn)工藝自動化、綠色化方面的研發(fā)。

3.2 未來技術(shù)研發(fā)趨勢

（1）強(qiáng)化泡沫穩(wěn)定劑分子結(jié)構(gòu)研究

針對有機(jī)硅表面活性劑分子結(jié)構(gòu)在研發(fā)過程中會涉及到大量的變量，對有機(jī)硅表面活性劑整體分子結(jié)構(gòu)和性能規(guī)律進(jìn)行全面認(rèn)識之后，以實際的利用性的要求為基本出發(fā)點(diǎn)，加大對泡沫穩(wěn)定劑分子結(jié)構(gòu)的研發(fā)設(shè)計力度。

（2）加大綠色環(huán)保聚硅氧烷聚合技術(shù)研發(fā)

對具有可循環(huán)利用性能的固體酸催化劑進(jìn)行廣泛應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展綠色環(huán)保工藝技術(shù)的開發(fā)，通過新技術(shù)應(yīng)用來開發(fā)出新型的聚硅氧烷，進(jìn)一步提升有效控制聚硅氧烷揮發(fā)性能和分子量。

（3）聚醚改性硅氧烷共聚物可控制備技術(shù)

通常情況下會使用硅氫加成技術(shù)來制備聚醚改性硅氧烷共聚物，在針對其具體的反應(yīng)機(jī)理以及合成工藝進(jìn)行深入研究之后，為產(chǎn)品和工藝開發(fā)提供足夠的理論支撐，同時從分子層面上進(jìn)行深入的精細(xì)合成。

4 結(jié)束語

我國聚氨酯均泡劑在近年來取得了迅速發(fā)展，整體行業(yè)規(guī)模擴(kuò)張速度非常快，而且在生產(chǎn)能力和技術(shù)水平方面也有了質(zhì)的提升。硬泡泡沫穩(wěn)定劑目前在國內(nèi)市場大部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而且部分軟泡泡沫穩(wěn)定劑也已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。在今后穩(wěn)定劑行業(yè)的發(fā)展過程中，應(yīng)該加大中高端產(chǎn)品的技術(shù)攻關(guān)力度，這樣才能提升整個行業(yè)的國際競爭力。