超软聚氨酯泡沫塑料的生产_陆智玲
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聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，凡分子链中含重复的—NHCOO —基团的高分子化合物通称为聚氨酯[1]。聚氨酯泡沫塑料在人们的日常生活中用途极为广泛，其中软质聚氨酯泡沫塑料的需求更是多种多样，广泛用于垫材、包装、绝热、防震、隔音等。为了适应不同的需求，可以通过改变聚氨酯分子链的结构，对其进行各种改性，同时设计合适的工艺配方，生产不同性能的聚氨酯泡沫制品，以满足各种不同需求。超软聚氨酯泡沫塑料就是我们开发的一个品种，该产品具有优良的回弹性，手感极其柔软，用途非常广泛。
1 生产技术途径
1.1 添加物理发泡剂
在聚氨酯泡沫塑料的生产中，所用物理发泡剂一般选用二氯甲烷。生产过程中主要反应是发泡反应和凝胶反应[2]：
发泡反应：2RNCO+H 2O →RNHCONHR+CO 2↑+热量凝胶反应：RNCO+R'OH →RNHCOOR'+热量式中，RNCO 为甲苯二异氰酸酯，RNHCONHR
为聚脲(含脲基高聚物)；R'OH 为聚醚多元醇，RNHCOOR'为聚氨基甲酸酯。
在上述反应中，发泡反应生成的含脲基高聚物形成聚氨酯泡沫的硬段，凝胶反应生成的聚氨基甲酸酯是泡沫的软段，在确定制品密度和发泡系数(即在当地气压下生产所需密度产品需要的水量和
物理发泡剂换算为相应水量的总和)后，
用物理发泡剂大量替代水，就可以减少脲基高聚物的生成，从而减少硬段的生成，达到使产品柔软的目的。
TH ?Goldschmidt 公司技术资料介绍，是一种软化剂，
主要用于降低软质聚氨1所示。
～～表示软段；——表示硬段
图1 聚氨酯结构示意图
的加入，
可破坏脲基硬段的结构，使
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超软聚氨酯泡沫塑料的生产
聚氨酯硬度降低30%左右，其变化经红外光谱分析得到证实，在1 640 cm -1处的结晶脲特征谱已显著降低[3]。我们用图2来示意加入Ortegol 310后，聚氨酯结构中脲基硬段的变化。
图2 聚氨酯结构中脲基硬段的变化
Fig.2 Variation of urea hard segments in the structure of polyurethane
从图2可以看出，硬段部分已明显减少，从而使聚氨酯结构整体的柔软度大幅度提高。
1.3 添加其他助剂
添加一些高活性、低羟基指数、具有特殊功能的聚醚多元醇(PPG)与生产普通软泡的PPG 配合用于超软聚氨酯泡沫的生产。
2.1 主要原料
PPG ，5602，羟值54~56 mgKOH/g ，中海壳牌石油化工有限公司；
辛酸亚锡，YT-9，云南锡业集团有限公司；硅酮表面活性剂(硅油)，G-580，沧州威达聚氨酯高科有限责任公司；
三乙烯二胺，An-360，佛山力信化工有限责任公司；
二氯甲烷(CH 2Cl 2)，
工业级，四川自汞制冷剂厂；软化剂，Ortegol 310(含H 2O 50%)，德国高施米特太平洋有限公司；
甲苯二异氰酸酯(TDI)，T80/20，甘肃银光聚银化工有限公司；
阻燃剂，N-26，德国高施米特太平洋有限公司；H 2O ，
普通自来水。2.2 实验方法
2.2.1 对比实验
根据理论计算及生产经验，设计表1所示实验配方。按配方精确称量各种物料后置于容器中，在1 500 r/min 下高速搅拌5~8 s ，然后倒入500 mm ×500 mm 的箱子(无上底)中，
让其自由发泡，作对比实验。
表1 实验配方 份
编号PPG TDI YT-9An-360G-580H 2O CH 2Cl 2Ortegol 310110047.30.230.35 1.2 3.5--210047.30.230.35 1.2 3.55-3
100
47.3
0.23
0.35
1.2
3.5
- 1.5
2.2.2 对比实验结果
用1号配方做实验时，小泡起发平稳，爆气均匀，此配方达到设计要求。用2号配方做实验时，小泡起发较1号缓慢，反应结束时泡层厚度较1号大，未正常爆气，小泡侧面开裂。用3号配方做实验时，小泡起发前期较 1号快，
后期较慢，未见爆气，反应结束后，小泡泡层厚度明显降低，取出时支撑力极差，泡层厚度只有1号的40%。2号小泡开裂是因为二氯甲烷受热汽化后提高了起泡速度，而凝胶速度相对不足造成的。由于产生的气量较大，泡沫密度也有所降低。3号小泡因为Ortegol 310的加入破坏了生成物的分子链段，使其开孔率过高，小泡的稳定性较差。2.2.3 调整配方
针对上述实验情况，对2号、3号配方进行多次实验，调整修正后的4号、5号、6号配方如表2所示。从表2可以看出，6号配方增加了Ortegol 310用量，同时添加了阻燃剂N-26。
表2 调整配方 份
编号PPG TDI YT-9An-360G-580H 2O CH 2Cl 2Ortegol 310N-264100390.250.4 1.2 2.8 5.0--5100
43
0.24
0.4 1.3 3.0- 1.0-6
10044.50.25
0.4
1.5
2.9
-
1.25
1.0
2.2.4 调整配方实验结果
在用4号配方做实验时，小泡起发正常，爆气正常，基本达到设计要求。5号小泡起发正常，爆气正常，
反应结束时小泡稍有回落，只需对配方进行微调即可，基本达到设计要求。6号小泡未塌陷，爆气正常，达到设计要求。4号、5号、6号小泡手感较1号柔软、舒适。
2.3 发泡反应时间对泡层厚度的影响
在实验中，不同用料的发泡反应过程也不同，经过多次实验，得出不同配方的发泡反应曲线如图
图3 发泡反应时间与泡层厚度的关系曲线
Fig.3 Relationship curves between foaming time and foaming layer thickness
3可以看出，随着反应时间的推移
度逐步增加，未加软化剂时，泡沫起发曲线平稳、
而加入软化剂Ortegol 310后，泡沫前期反应速度
60 s以后变缓；加入二氯甲烷时，前期起发变
得特别缓慢，40 s后反应速度加快，直至反应结束。
这是因为加入Ortegol 310后，其所含水分参与了发
反应物浓度增加，反应生热较快，这就加快
了反应速度；加入二氯甲烷时，由于其汽化需要吸
反应生成热相对较少，同时反应物水量也
表3 超软配方与常规配方对比
各组分用量/份检测结果
PPG TDI YT-9An-360G-580H2O CH2Cl2Ortegol 310密度/(kg
?m-3)回弹率/%25%压缩负荷/N
配方110047.30.230.35 1.2 3.5--19.138.975配方210039.50.260.38 1.2 2.85-19.338.260配方3100420.220.36 1.35 3.0- 1.019.039.262配方410036.70.160.300.9 2.5--28.545.6101配方510031.40.190.35 1.0 2.04-28.346.178配方610031.40.170.32 1.2 2.0- 1.028.045.580
用表3配方作对比实验，小试产品从反应过程到制成产品均达到了设计要求。用配方2、3与配方5、6上机试生产，生产出的产品与实验一致，可进行批量生产。
3 上机生产
3.1 工艺流程
图4 生产工艺流程图
Fig.4 Production process flow chart
图4为上机生产工艺流程。
3.2 生产工艺过程
在试生产成功的基础上，进行了批量生产。生
产按图4工艺流程进行。各种物料经计量装置准
确计量后输入方管，进入混合头以5 500 r/min的速
度高速搅拌混均，在出料槽处开始发生化学反应，
至廊道内起落板后段反应结束，即混料后5~8 s开
始反应，125~140 s(爆气时间)反应结束，爆气位置
(即反应完成位置)在6.5~8 m之间，反应过程均匀、
平稳，产品外观规则，无开裂、闭孔等外观缺陷。切
开后截面气孔均匀，手感舒适、柔软，产品按GB/T 10802—2006 检测，指标均达到标准要求。
生产超软聚氨酯泡沫要注意以下几点：(1)泡沫
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超软聚氨酯泡沫塑料的生产
太软，容易产生机械变形，切断后运输应小心、轻放；
(2)用二氯甲烷作为软化剂时，反应物甲苯二异氰酸酯的浓度降低，而反应中气体总量不变，也就是说发泡反应正常进行，而凝胶反应相对不足，这就造成主要催化凝胶反应的催化剂辛酸亚锡用量难以控制，需要根据反应的具体情况(如料温、室温、发泡反应速度等)进行调整，一般增加5%~10%的辛酸亚锡用量可加快泡沫的熟化，使其不易变形；(3)用Ortegol 310作为软化剂时，用量一般在1.0份以内，其反应较容易控制。
4 两种软化剂的特点
用软化剂CH2Cl2和Ortegol 310均可生产出超柔软聚氨酯泡沫塑料产品，二者各有特点。
4.1 共同点
CH2Cl2和Ortegol 310都可用作软化剂，降低产品硬度，改善产品物理力学性能。
4.2 不同点
CH2Cl2的特点：(1)CH2Cl2不参与水、PPG和TDI任何组分的化学反应，是一种辅助发泡剂；(2) CH2Cl2为低沸点液体，可带走发泡反应热；(3)可降低产品的密度。
Ortegol 310的特点：(1)参与发泡反应，从反应机理与分子结构上看，它不是辅助发泡剂，而是软化剂；(2)由于参与发泡反应，能提高反应热；(3)不能降低产品密度；(4)Ortegol 310中50%是水，计算配方时总水量应包括其中的水分；(5)Ortegol 310在与TDI反应过程中，对第一步反应产物取代脲的化学结构有轻微的破坏作用，加入少量阻燃剂可抵消所产生的破坏作用，生产中水用量超过3.5份时，必须加入0.5~1.0份阻燃剂(阻燃剂含磷酸盐，对提高泡沫机械强度起积极作用)；(6)使用Ortegol 310时，硅酮用量应提高10%~25%，可提高泡沫的稳定性，具体用量应根据Ortegol 310用量来定；(7)根据理想气体状态方程V=nRT/P，以CH2Cl2与Ortegol 310参加反应生成气体体积可以求得1份Ortegol 310产生的气体体积相当于约5份CH2Cl2产生的气体体积；(8) CH2Cl2用量应≤1.0份，添加越多配方调整范围越窄，越易于塌泡或开裂。
5 结语
用两种软化剂生产的聚氨酯泡沫产品都较柔软，添加CH2Cl2经济、便捷，但没有用Ortegol 310环保，具体使用哪种方法生产需根据实际情况来定。如果配方中水用量高于4.5份，就尽量用CH2Cl2作为软化剂，若采用Ortegol 310则会导致反应产生热量过多，进而使泡沫因中心温度过高而发生火灾；如果配方中水用量在3.5份以下，则用Ortegol 310更好一些。
参考文献：
[1] 方禹声,朱吕民. 聚氨酯泡沫塑料[M]. 北京: 化学工业出版社,
1984: 20-23.
[2] 朱吕民. 聚氨酯合成材料[M]. 南京: 江苏科学技术出版社,
2002: 38-39, 196-199.
[3] 董太畏. 高弹性超软聚氨酯泡沫塑料[J]. 聚氨酯工业, 1996(2):
24-25.
行业动态
高效PET瓶坯注塑成型设备研发项目通过验收
日前，伊之密与华南理工大学共同承担的“高速高效PET瓶坯注塑成型设备研发”项目通过验收，并被认可达到国内领先水平。
该项目研发的高速高效PET瓶坯注塑成型设备采用液压伺服驱动、基于压差控制的高灵敏度精密模具保护和基于直线电机驱动的新型组合式取坯机械手技术，具有节能、环保的特点，生产的PET瓶坯产品具有表面内在质量好、近净成型等优点。
经广东省质量监督机械检验站检验，该项目符合JB/T 7267—2004《塑料注射成型机》的要求，用户使用后反映良好。此外，本项目已取得发明专利1项、实用新型专利4项，拥有自主知识产权。
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