高回彈聚氨酯泡沫體影響性能的研究

（鞍山市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司 遼寧 114001）

聚氨酯是由異氰酸酯與多元醇反應制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復結構單元的聚合物[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，通過專用設備混合，經高壓噴涂現(xiàn)場發(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年來發(fā)展速度最快的合成材料之一，年增長率保持在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械性能，極高的回彈性而廣泛地應用于汽車和摩托車、飛機座椅和高檔家具等越來越多的領域。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行反應，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聚氨酯回彈性能的影響。

1.實驗部分

(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，當量大約為1700，是純環(huán)氧丙烷的均聚物，伯羥基含量達到90%以上。聚醚多元醇B具有3.7官能度，當量大約為865，是純環(huán)氧丙烷均聚物。聚醚多元醇C具有2.8官能度，當量大約為285，是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的無規(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的異氰酸酯進行發(fā)泡，得到高回彈聚氨酯泡沫體。

2.結果與討論

(1)TDI對聚氨酯泡沫體的影響

本實驗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進行6組對比實驗，其他條件不變。

表1 制備聚氨酯泡沫體時的組分及配比

表2 聚氨酯泡沫塑料性能表

通過上述實驗結果：TDI用量對泡沫性能有很大影響，在生產軟質塊狀泡沫時，一般異氰酸酯指數(shù)為105-115。在此范圍內，TDI指數(shù)增大，泡沫硬度增大，撕裂強度變小，拉伸強度變小，斷裂伸長率變小。若TDI指數(shù)過高，則會形成大孔和閉孔，熟化時間過長，還會引起泡沫燒芯；若TDI指數(shù)過低，則易產生裂紋，回彈性差，強度差，壓縮永久變形較大。根據(jù)上述結果，以下實驗取異氰酸酯指數(shù)為1.1。

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

聚氨酯泡沫體硬度根據(jù)DIN 53543測試測量。

聚氨酯泡沫體回彈性測定根據(jù)ATSM-D-3574-H落球回彈試驗測量?；貜椥允侵父杏X到彈性的泡沫的品質，根據(jù)規(guī)程，此落球回彈測試測量當在指定條件落下時，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果。

聚氨酯泡沫體拉伸強度根據(jù)ATSM D-3574測定，并以kPa報告。

聚氨酯泡沫體撕裂強度根據(jù)ATSM D-3574測定，并以N/cm報告。

聚氨酯泡沫體伸長率根據(jù)ATSM D-3574測定，并以%報告。（下同）

(2)發(fā)泡劑用量對聚氨酯泡沫體的影響

本實驗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進行6組對比實驗，其他條件不變。

表3 制備聚氨酯泡沫體時的組分及配比

表4 聚氨酯泡沫塑料性能表

通過上述實驗可以發(fā)現(xiàn)：水和TDI反應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和水反應生成大量熱，水用量過高，會使泡沫出現(xiàn)燒芯或燃燒。因此下面實驗取水的用量為3.5。

(3)催化劑用量對聚氨酯泡沫體的影響

本實驗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催化劑和錫類催化劑的共同作用下進行發(fā)泡。在實際生產中，一般不改變胺催化劑用量，而是通過改變辛酸亞錫用量，來調整發(fā)泡反應和凝膠反應的平衡狀態(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，胺類催化劑A1用量為0.1，胺類催化劑A33用量為0.15。錫類催化劑用量分別為0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45進行6組對比實驗。

表5 制備聚氨酯泡沫體時的組分及配比

表6 聚氨酯泡沫塑料性能表

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

3.結論

本文采用聚醚多元醇組合料與異氰酸酯進行反應，著重討論了異氰酸酯指數(shù)、發(fā)泡劑用量、催化劑用量對聚氨酯回彈性能的影響。通過配方優(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，成本低廉且符合國家環(huán)保要求，具有重要的社會經濟效益和環(huán)境效益。