談談幾種特殊聚氨酯泡沫的生產(chan) 工藝與(yu) 配方 摘要：本文介紹了聚氨酯親(qin) 水泡沫、不變黃泡沫與(yu) 微孔泡沫的基本特點、物性與(yu) 應用，對各自常用原料、工藝、配方以及配方設計的基本思路進行了表述。 關(guan) 鍵詞：聚氨酯，親(qin) ...
談談幾種特殊聚氨酯泡沫的生產(chan) 工藝與(yu) 配方
摘要：本文介紹了聚氨酯親(qin) 水泡沫、不變黃泡沫與(yu) 微孔泡沫的基本特點、物性與(yu) 應用，對各自常用原料、工藝、配方以及配方設計的基本思路進行了表述。
關(guan) 鍵詞：聚氨酯，親(qin) 水泡沫，不變黃泡沫， 微孔泡沫，配方設計
聚氨酯軟質泡沫塑料是指具有一定彈性並且比較柔軟的多孔或網狀泡沫（海綿）材料，它突出的性能是柔軟、回彈好、吸音、透氣、保溫、緩衝(chong) 、吸能等，而且根據不同的應用領域還有各種不同特性。
聚氨酯軟質泡沫自從(cong) 1952年拜耳公司聚酯型軟質泡沫（海綿）開始工業(ye) 化生產(chan) 至今，經過60多年的發展，已經在人們(men) 日常生活的方方麵麵以及很多工業(ye) 領域得到相當廣泛的應用，目前國內(nei) 軟泡的實際產(chan) 量估計在300多萬(wan) 噸。其主要製品的類型有防震材料，隔音材料，過濾材料，保暖材料，包裝材料，裝飾材料，服飾材料等。單就從(cong) 生產(chan) 的類型分類來說，聚氨酯軟質泡沫主要包括：塊狀泡沫（普通海綿）、高回彈模塑泡沫、自結皮泡沫、慢回彈泡沫等。下麵我要介紹的是屬於(yu) 一類特殊聚氨酯軟質海綿，具體(ti) 產(chan) 品如親(qin) （吸）水泡沫、非黃變泡沫和微孔片材海綿；這些也屬於(yu) 軟質聚氨酯泡沫，但與(yu) 上述普通聚氨酯軟質泡沫相比，都各自具有特殊的性能和應用，也是人們(men) 日常生活和工業(ye) 生產(chan) 不可缺少的產(chan) 品。本文對這些泡沫的基本原料、生產(chan) 工藝與(yu) 配方進行介紹。
、親(qin) 水聚氨酯軟質泡沫的生產(chan) 配方與(yu) 工藝
1，其基本特點：對水有很大的親(qin) 和力，吸水迅速而且吸水量大，柔軟度高（手感很好）、彈性好；微觀泡孔細膩而且呈網狀開孔結構，另外其出色的生物親(qin) 和力和血液相容性拓寬了它在化妝品和醫療領域的廣泛應用。
2，目前應用範圍：
親(qin) 水聚氨酯泡沫的特性也就決(jue) 定了它在某些領域會(hui) 有很好的應用，
（1）護理、生理用品 如臥床病人的褥墊，衛生巾的輔料，
（2） 醫用輔料，外科手術輔料（吸收血液類似於(yu) 藥棉的作用），
（3）外傷(shang) 包紮輔料，如創可貼之類的醫用消炎用品等
（4）日用清潔塊、洗澡塊等，
（5）化妝護理用品，如粉撲等，
（6）特殊領域的吸收處理材料。
聚氨酯軟質親(qin) （吸）水泡沫主要是其分子鏈本身具有含有氧化乙烯等類似鏈段結構具有親(qin) 水性；聚酯多元醇和聚醚多元醇隻要含有這些或者類似的親(qin) 水鏈段達到一定的程度，都可以做出吸水性的泡沫產(chan) 品。
單從(cong) 從(cong) 材質上說有聚醚型和聚酯型，隻是根據產(chan) 品的應用和具體(ti) 要求來選擇合適的生產(chan) 方法和原材料。
3，基本原材料：常用的主要包括如下幾種，
（1），多元醇部分主要是聚醚多元醇，即高EO含量的聚醚多元醇，一般要求含量要達到50%以上，無規和嵌段共聚都可以，實際生產(chan) 中無規較多，官能度 一般為(wei) 2-3，分子量一般為(wei) 1000-8000都可以用，常用2000-6000。
（2），聚乙二醇（PEG），分子量1000-6000，常用1000-4000
（3），聚酯多元醇，己二酸係列，高含氧化乙烯類結構的多元醇，官能度2-2.3，分子量 1000-2000
（4），小分子多元醇（擴鏈劑或交聯劑），常用的有乙二醇， 二乙二醇，三乙二醇，丙三醇，TMP等。
（5），異氰酸酯：這裏異氰酸酯原料部分包括兩(liang) 類
TDI-100，TDI-80，HDI，IPDI，HMDI
（6），其它助劑
表活劑：矽油係列：L-580， Y10366， B8715，B-8123等，
發泡劑：主要是水，
催化劑：有機錫類，常用如T-9， T-12，T-120，有機胺類，如A-33，五甲基二乙烯三胺, 二氮雜二環（2,2,2）辛烷等，
親(qin) 水性樹脂：如聚丙烯酸鹽類，羥基纖維素等。
6，基本生產(chan) 方法
目前已經工業(ye) 化生產(chan) 或者正在開發的工藝方法主要有兩(liang) 種，一種是一步法（和普通PU泡沫的生產(chan) 方法相同），另一種是兩(liang) 步法即預聚體(ti) 法。
這裏簡單介紹聚醚型兩(liang) 步法的基本工藝（陶氏化學已經有多種牌號的這類預聚體(ti) 商品牌號在國際市場上全麵推進，NCO%含量從(cong) 3%-13%）
典型的兩(liang) 步法：
（1）預聚體(ti) 合成基本配方
聚醚多元醇 0-100
小分子多元醇 0-10
催化劑 0.2-0.6
TDI 20-50（非黃變的可以采用HDI、IPDI、HMDI等）
NCO% 3-14%
（2）預聚體(ti) 合成要點
（a）、多元醇部分必須預先高溫120℃真空脫水低於(yu) 0.05%，
（b）、低活性異氰酸酯需要催化促進反應進程，
（c）、反應溫度一般不能低於(yu) 80℃，
（d）、粘度好控製在8000 mpa.s/25℃以下，
（e）、對於(yu) 不同脂肪族異氰酸酯活性不同，工藝條件需要調整。
（f）、采用HMDI預聚體(ti) 做出的泡沫偏硬，吸水性能會(hui) 有所降低，高度開孔結構。
（2）泡沫發泡配方
預聚體(ti) 100
水 10以上 （根據要求調整）
矽油L580 0.5-2.0
聚醚或多元醇 0-30
其它助劑 2-7
（3），手工發泡工藝要點
攪拌速度3000-5000轉/分鍾，攪拌時間 4-8 秒，控製溫度 25-70℃。
（4），澆注機發泡要求
對計量齒輪泵要求精度較高，攪拌速度不低於(yu) 5000轉/分（生產(chan) 片材一般厚度2-5mm，寬度500mm），生產(chan) 線需要烘道一般15-30米， 離型紙可以重複多次使用。
泡沫為(wei) 開孔型結構，孔徑約為(wei) 120-250微米，常用密度範圍 一般為(wei) 100-200（kg/m3）。
7，聚醚型親(qin) 水泡沫的基本物理性能
（1）吸水性能
*MVTR測試指標的物理意義(yi) ：泡沫片材的單位時間麵積的透水率（水蒸氣的透過能力），現在歐洲和美國的標準指標不一致，方法也不一樣，無法進行換算，隻能拿來樣品用同一方法測試才能進行比較，但唯一的吸水速度指標方法基本一致。
（2）力學性能
聚醚型的吸水泡沫有一個(ge) 明顯缺陷那就是吸水後強度下降幅度較大。
對於(yu) PEG來說，通常分子量增大，吸水性增強，選擇1000-4000分子量為(wei) 宜，否則粘度太大。
7，一步法聚酯型親(qin) 水泡沫的發泡工藝
（）如果用手工間歇箱體(ti) 發泡式生產(chan) 的話，它與(yu) 普通聚酯型海綿發泡方法基本相同，需要說明的是表活劑矽油必須是聚酯型泡沫專(zhuan) 用，催化劑為(wei) 有機錫，有機胺類催化劑通常采用嗎啉類的複合型的才比較合適。
聚酯型親(qin) 水泡沫的有關(guan) 物理及其吸水性能
* 上述測試的親(qin) 水泡沫樣品是經過處理過的，處理方法是將泡沫在一定溫度、時間內(nei) 進行堿液浸泡處理。
第二、不變黃海綿軟質泡沫的生產(chan) 配方與(yu) 發泡工藝
1，目前大宗的聚氨酯軟質泡沫（海綿）都是易黃變的，那麽(me) 現在大家所說的耐黃變泡沫通常是指在發泡生產(chan) 時添加了抗氧劑、熱穩劑和光穩劑，這樣能暫時緩解一下泡沫變黃的速度；容易黃變主要是因為(wei) 其中的異氰酸酯上的環可以被逐步氧化成醌型結構而呈黃色，另外泡沫大分子鏈中含有羰基、氨基、偶氮基、烯基等發色基團，當光線射入後會(hui) 進行選擇性吸收，並發射一定波長的光，導致一定程度的軟質泡沫黃變。
2，解決(jue) 黃變的有效解決(jue) 方案
其中有效的辦法就是要采用不變黃的脂肪族的異氰酸酯進行發泡，脂肪族異氰酸酯，如IPDI，HDI和HMDI等，這些異氰酸酯所形成的氨酯鍵比較穩定，退一步說即使被分解成脂肪胺也沒有環共軛結構，不會(hui) 形成助色基團，並且脂肪胺本身也不易被氧化，不易導致泛黃；因此選用脂肪族異氰酸酯可顯著降低泡沫的泛黃性。
3，脂肪族異氰酸酯發泡的技術難點
其實多年來很多人進行過這方麵的發泡生產(chan) 嚐試，但是大多數人都或多或少的遇到一些技術難題，那就是脂肪族的異氰酸酯普遍活性偏低，發泡過程比較難控製，操作範圍或者叫做寬容度很窄，難以做出符合要求的軟質泡沫，在發泡過程中常常出現的難題是：塌泡或者局部塌泡、粗泡、表麵粉化或者會(hui) 閉孔，更嚴(yan) 重塊泡收縮。
這裏需要說明的是采用脂肪族異氰酸酯發泡而成的泡沫海綿實際並不是永遠一點都不會(hui) 變黃，而是在長期的光、水、熱條件下也會(hui) 非常緩慢地發生氧化變黃，隻是這類的泡沫的黃變速度很低，好像給人們(men) 的感覺似乎不變黃。
4，主要原料與(yu) 助劑
（1），多元醇：
聚醚多元醇 聚醚210， 220， 560s 等
高活性聚醚多元醇，分子量4500-6000， 如330N， 4701等。
小分子多元醇 乙二醇，丙二醇，丁二醇，DEG，DPG，
（2），異氰酸酯常用的有HDI、IPDI、HMDI，
（3），催化劑，主要是兩(liang) 類催化劑， 其一就是有機胺類，有發泡型和凝膠型，可以使用的主要有：三乙烯二胺，五甲基二乙烯三胺，五甲基二丙烯三胺，三乙胺，二氮雜二環（2,2,2）辛烷，二甲基環己胺，2,4,6-三（二甲氨基甲基）酚等；金屬類催化劑主要有：辛酸亞(ya) 錫，有機鉍，有機鋯，有機鈦，有機鈷。
（4），表活劑，主要包括高活性和中活性兩(liang) 種，如L-580，B-8123，B-8002，L-6900，DC-4900，DC-5169，B-8681，Y-10366。
（5），發泡劑，水及其物理發泡劑
5、基本配方
高活性聚醚多元醇 90-100
聚醚560s 0-10
小分子多元醇 0-10
IPDI 25-45
水 1.5-2.5
矽油B 8123 1.0-2.0
上述胺催化劑 0.2-1.5
金屬鹽催化劑 0.5-1.75
開孔助劑 0.5-3.0 （高回彈用開孔劑如KF-28）
6，發泡工藝
不同的人或地區，可能發泡的工藝方法各有不同，主要是配方、催化劑選擇與(yu) 用量不盡相同，方案或方法不是唯一的，我這裏方法僅(jin) 可供參考。
高活性聚醚和其它助劑預先常溫混合均勻，然後倒入IPDI攪拌6-15秒均勻後倒入預先預熱的發泡箱內(nei) ，好是采用不低於(yu) 30℃烘箱保溫並發泡，20-30分鍾後將塊泡推出並經室溫熟化24小時即可切割。泡孔均勻細膩，強度高，彈性好，不會(hui) 粉化，一般不會(hui) 收縮，微量收縮時需要輕度按壓一下即可。需要特別提醒不要使用接枝聚醚多元醇。
7，不同脂肪族異氰酸酯與(yu) 羥基的反應活性區別
圖片
這是脂肪族異氰酸酯泡沫發泡生產(chan) 的的技術難點，技術的關(guan) 鍵是在配方與(yu) 催化劑的選擇與(yu) 調整上，這裏麵還是有些技術訣竅的。
8，泡沫的抗黃變性能
根據ASTM-D-1148耐黃變測試方法，測試條件是：50℃，300瓦疝燈光照結果：
從(cong) 上表的測試結果就能看出脂肪族異氰酸酯泡沫的耐黃變性能是比較優(you) 秀的。
第三、談談微孔軟質泡沫材料的發泡生產(chan) 配方與(yu) 工藝
1，微孔軟泡的應用
這裏需要說明的是微孔泡沫不是指的微孔PU彈性體(ti) （如鞋底、鞋墊、高鐵墊片、輪胎、汽車彈簧之類的泡沫），而是一種柔軟的高密度的聚氨酯泡沫片材，是屬於(yu) 特種聚氨酯軟泡，比較典型的泡孔結構
這種聚氨酯軟質泡沫片材已經被廣泛應用在通訊、計算機、家用電器、數碼產(chan) 品、其它電子產(chan) 品、鞋材、醫療器材、五金等作為(wei) 密封、減震、墊材使用。
2，突出特點
高密封性，高能量吸收性（高緩衝(chong) 性)，高尺寸穩定性。
優(you) 異的抗壓縮形變，耐水，耐高溫，耐老化，環保無汙染等。
3，密度與(yu) 規格
這種軟質泡沫密度一般在240-480kg/m3之間，泡沫的孔徑一般在100-250微米，不同的應用領域或不同的產(chan) 品有不同的密度、厚度和硬度以及微孔泡沫的開、閉孔程度等，性能也有區別；如泡沫閉孔率高的密封、防水、防塵效果比較突出；微孔開孔率高的彈性好，壓縮變形型小；厚度一般從(cong) 0.1-6mm不等的規格共選用，具體(ti) 詳細規格會(hui) 有很多。
4，類似的國內(nei) 外典型產(chan) 品
有羅傑斯的PORON品牌，還有日本井上poron，韓國SK、GMC的類似的產(chan) 品。
典型的幾種微孔軟泡片材的物理性能（以poron為(wei) 例）
圖片
6，材料與(yu) 配方組成
（1），羥基組分的基本組成： 聚酯多元醇 16-30
聚醚多元醇 0-50
聚合物聚醚多元醇 20-40
小分子多元醇 1.5-16
表活劑（矽油） 0.1-1.0
色膏 0.5-3.0 （主要為(wei) 炭黑色膏）
抗氧劑 0.2-0.4
固體(ti) 粉料 0-20 （二氧化矽，氫氧化鋁，）
阻燃劑 適量（根據要求）
有機金屬催化劑 適量
有機胺類催化劑 0-0.5
（對於(yu) 不同規格的產(chan) 品或牌號，所用上述各個(ge) 多元醇的比例不同（主要是通過調整不同多元醇的比例，當量的不同，分子鏈結構的不同來調整微孔泡沫的相關(guan) 物理性能以滿足不同的用途）。
（2），異氰酸酯組分的組成：
改性MDI 30-65
液化MDI 10-30
粗MDI 5-30
異氰酸酯發泡指數：1.0
7，基本成型工藝
這種發泡工藝不同於(yu) 普通的用水化學發泡或者普通物理發泡劑（如二氯甲烷等）發泡工藝，而是采用永久氣體(ti) 注入式發泡的方法，基本生產(chan) 工藝采用多組分低壓機械澆注於(yu) 傳(chuan) 送帶離型紙上並經連續刮成均勻厚度一致再經烘道恒溫凝膠固化成型，產(chan) 品成卷再經過後熟化而成；獨特的發泡工藝決(jue) 定了材料的突出性能。
技術的重點：
有機金屬鹽類催化劑合適的控製反應速度。
嚴(yan) 格溫度控製也是控製產(chan) 品質量的重要因素。
8，微孔泡沫的後處理
主要是采用一些光亮型的表麵上光劑，常為(wei) 丙烯酸型的塗料。
抗酚黃變劑 ATY
外觀：淺琥珀色液體(ti) 。
主要成份：多元酸衍生物。
PH：7±1 。（1%水溶液）
離子性：陰離子。
溶解性：可與(yu) 水以任何比例相溶。
環保性：環保產(chan) 品，不含甲醛及 APEO。
基本性能
ATY 可以封閉纖維中的不飽和胺基或亞(ya) 胺基，防止受外部環境影響而發生色變。防止因使用含有 BHT 類防氧化劑而發生色變。
產(chan) 品特性
1、使用方便，可以在染色過程中加入，也可以在後整理過程中加入。
2、可與(yu) 水以任意比例混合。
3、對織物色光無影響。
4、與(yu) 陽離子類產(chan) 品同浴使用時，應先做相容性試驗。
應用範圍
尼龍、滌綸織物防黃變處理。
參考工藝
浸漬法：
ATY 1-3%
浴比： 1 ：10-20
在 50℃下處理 30 分鍾，出布烘幹即可。
注意：染色與(yu) 防黃分步處理，可獲得更佳效果。
浸軋法：
ATY 10-30 g/L
一浸一軋或兩(liang) 軋，140-160℃烘幹。
注意事項
1、用後蓋好，不可暴露空氣中及暴曬，否則影響使用效果。
2、長久放置後使用前攪拌均勻。
