催化劑對(duì)發(fā)泡的影響
日期：2024-04-12 分類：有機(jī)鉍新聞
聚醚作為主要原料，與異氰酸酯反應(yīng)生成氨基甲酸酯，是泡沫制品的骨架反應(yīng)。在官能度相同的情況下，分子量增加時(shí)，泡沫的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和回彈性提高，同類聚醚的反應(yīng)活性下降;在當(dāng)量值(分子量/官能度)相同的情況下，官能度增加，則反應(yīng)相對(duì)加快，生成聚氨酯的交聯(lián)度提高，泡沫硬度隨之提高，伸長(zhǎng)率下降。多元醇的平均關(guān)能度應(yīng)在2.5以上，若平均關(guān)能度太低，泡沫體在受壓后回復(fù)性較差。
若聚醚用量多，相當(dāng)于其他原料(TDI、水、催化劑等)減少，易造成泡沫制品開裂或塌泡。
若聚醚用量少，泡沫制品偏硬、彈性降低，手感不好。
2、發(fā)泡劑
一般在制造密度大于21的聚氨酯塊泡時(shí)，只使用水(化學(xué)發(fā)泡劑)做發(fā)泡劑，在低密度配方或超軟配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸點(diǎn)化合物(物理發(fā)泡劑)作輔助發(fā)泡劑。
輔助發(fā)泡劑會(huì)使泡沫的密度及硬度下降，由于它的氣化吸收了部分反應(yīng)熱會(huì)使固化減慢，需增加催化劑用量。由于吸收熱量，避免了燒芯的危險(xiǎn)。
發(fā)泡能力可用發(fā)泡指數(shù)(100份聚醚所用水或水的當(dāng)量數(shù))來體現(xiàn)：m—發(fā)泡劑用量
發(fā)泡指數(shù)IF=m(水)+m(F-11)/10+m(MC.)/9(100分聚醚)
水作為發(fā)泡劑與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵并放出大量的CO2及熱量，是一個(gè)鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。
水量多，泡沫密度降低，硬度增加，同時(shí)泡孔支柱變小、變?nèi)?，降低了承載能力，易塌泡、裂泡。消耗的TDI量增加，放熱量多，易燒心。若水量超過5.0份，則必須添加物理發(fā)泡劑以吸收部分熱量，避免燒芯現(xiàn)象的發(fā)生。
水量少，催化劑用量相應(yīng)減少，但密度增大 “”F’
3、甲苯二異氰酸酯
一般軟泡用TDI80/20，2，4和2，6異構(gòu)體的混合物。可用冷卻法制備T100即純2，4TDI。
TDI用量=(8.68+m水×9.67)×TDI指數(shù)。TDI指數(shù)一般110-120。
異氰酸酯指數(shù)在一定范圍內(nèi)增大，則泡沫硬度增大，但達(dá)到某一點(diǎn)后硬度不再顯著增大，而撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率下降，泡沫形成大孔，閉孔上升，回彈率下降，表面長(zhǎng)時(shí)間發(fā)粘，熟化時(shí)間長(zhǎng)，引起燒芯。
異氰酸酯指數(shù)低，會(huì)造成泡沫裂紋，回彈性差，強(qiáng)度差，壓縮永久變形較大，表面有潮濕感。
4、催化劑
胺：一般用A33其作用是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，調(diào)整泡沫密度、氣泡開孔率等，主要是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)。
胺多：泡沫制品出現(xiàn)劈裂，泡沫中有孔或泡眼
胺少：泡沫出現(xiàn)收縮、閉孔，發(fā)出的泡沫制品底厚。
錫：一般用辛酸亞錫T-9;T-19是催化活性很高的凝膠反應(yīng)催化劑，主要是促進(jìn)凝膠反應(yīng)，即后期反應(yīng)。
錫多：膠化快，粘度增加，回彈性差，透氣性差，造成閉孔現(xiàn)象。若適當(dāng)提高其用量可獲得松弛的良好開孔泡沫塑料，進(jìn)一步增大用量使泡沫逐漸變得緊密，以致收縮、閉孔。
錫少：凝膠不足，發(fā)泡過程造成劈裂。邊緣或頂部有開裂，并有脫坯、毛邊現(xiàn)象。
減少胺或增加錫都可以在氣體大量發(fā)生時(shí)增加聚合物氣泡膜壁強(qiáng)度，從而減少中空或開裂現(xiàn)象。
聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于泡沫形成過程中的凝膠反應(yīng)速度和氣體]膨脹速度是否平衡。此平衡可通過調(diào)節(jié)配方中的叔胺催化劑以及泡沫穩(wěn)定及等助劑的種類和用量實(shí)現(xiàn)。
5、泡沫穩(wěn)定劑(硅油)
泡沫穩(wěn)定劑是一類表面活性劑，可使聚脲在發(fā)泡體系中良好分散，起著“物理交聯(lián)點(diǎn)”的作用，并能明顯提高泡沫混合物的早期粘度，避免裂泡。其一方面具有乳化作用，使泡沫物料各組分間的互溶性增強(qiáng)，另一方面加入有機(jī)硅表面活性劑后可降低液體的表面張力r，氣體分散時(shí)所需增加的自由能減少，使分散在原料中的空氣在攪拌混合過程中更易成核，有助于細(xì)小氣泡的產(chǎn)生，調(diào)整泡沫氣孔大小，控制泡孔結(jié)構(gòu)，提高發(fā)泡穩(wěn)定性;防止泡孔癟泡、破裂，使泡沫壁具有彈性，控制泡沫孔徑和均勻度。其在發(fā)泡初期穩(wěn)定泡沫，在發(fā)炮中期防止泡沫的并泡，在發(fā)泡后期使泡孔連通。一般發(fā)泡劑、POP用量越多硅油用量越大。
用量多：使后期泡沫壁彈性增加，不宜破裂，泡孔細(xì)。造成閉孔。
用量少：泡沫破裂，起發(fā)后塌泡，孔徑較大，容易并泡。
6、溫度的影響
聚氨酯的發(fā)泡反應(yīng)隨著物料溫度的上升而加快，在敏感的配方中將會(huì)引起燒芯和著火的危險(xiǎn)。一般控制多元醇和異氰酸酯組分的溫度不變。發(fā)泡時(shí)泡 沫密度降低料溫相應(yīng)提高。同樣配方，料溫相同夏季氣溫高，反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致泡沫密度、硬度下降，伸長(zhǎng)率增加，機(jī)械強(qiáng)度增加。夏季可適當(dāng)提高TDI指數(shù)以糾正硬度的下降。
7、空氣濕度的影響
濕度增加，由于泡沫中的異氰酸酯基部分與空氣中的水分反應(yīng)，造成硬度下降，所以發(fā)泡時(shí)可適當(dāng)增加TDI用量。過大時(shí)會(huì)造成熟化溫度過高引起燒心。
8、大氣壓的影響
同樣配方，在海拔高的地方發(fā)泡，泡沫制品密度小。注：
1、在泡沫塑料形成過程中，凝膠反應(yīng)與發(fā)泡反應(yīng)同在發(fā)生，但各反應(yīng)間存在競(jìng)爭(zhēng)，一般發(fā)泡反應(yīng)速度大于凝膠反應(yīng)速度。
凝膠反應(yīng)—氨基甲酸酯的形成反應(yīng)，(與-OH的反應(yīng))
發(fā)泡反應(yīng)—指有水參加的反應(yīng)，生成脲并產(chǎn)生氣泡
2、成核劑—引起氣泡形成的物質(zhì)，如體系中微細(xì)固體顆粒、液體
泡沫穩(wěn)定劑或是本來溶解在物料中的細(xì)微氣泡等;包括溶解在多元醇和異氰酸酯中的空氣或氮?dú)?、二氧化碳、泡沫穩(wěn)定劑、炭黑等填料?？墒菤怏w在物料中產(chǎn)生更多的氣泡;穩(wěn)定及越多生成的泡孔就越細(xì)。
發(fā)泡體系中形成的氣泡數(shù)量和泡沫塑料中泡孔的大小取決于外加成核劑的作用;成核劑多，氣泡多，泡孔小。
當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體在液體中溶解度降低，因而會(huì)有更多的氣泡形成或使先前的起跑長(zhǎng)大。乳白時(shí)間長(zhǎng)，有利于大氣泡的生長(zhǎng)。
增加催化劑量，可縮短乳白時(shí)間，由于凝膠反應(yīng)和氣泡形成的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)可得到細(xì)孔泡沫。
3、泡沫是否具有理想的開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于泡沫形成過程中的凝膠速度和氣體膨脹速度是否平衡。這一平衡可以通過調(diào)節(jié)配方中的叔胺催化劑以及泡沫穩(wěn)定劑等助劑的種類和用量來實(shí)現(xiàn)。
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