聚氨酯配方浅析

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摘要：本文主要对聚氨酯配方进行分析，介绍了聚氨酯发泡工艺，通过对催化剂、稳定剂、发泡剂进行分析，简述了其对聚氨酯发泡过程中的影响。

关键词：聚氨酯硬泡，阻燃剂，催化剂，稳定剂，发泡剂

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团 （NHCOO ）的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ，脲基甲酸酯等基团。

聚氨酯发泡工艺分为如下三种：

一、预聚体法

预聚体法发泡工艺是将白料和黑料先制成预聚体，然后在预聚体中加入水、催化剂、表面活性剂等其他添加剂在高速搅拌下混合进行发泡，固化后在一定温度下熟化即可。

二、半预聚体法

半预聚体法的发泡工艺是将部分聚醚多元醇（白料）和二异氰酸酯（黑料）先制成预聚体，然后将另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂等其他添加剂加入，在高速搅拌下混合进行发泡。

三、一步发泡工艺

将聚醚或聚酯多元醇（白料）和多异氰酸酯（黑料）、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂等其他添加剂原料一步加入，在高速搅拌下混合后进行发泡。

一步发泡工艺是目前普遍采用的工艺。另外还有手工发泡法，那是最简便的方法，将所有原料准确称量后，置于一个容器中，然后立即将这些原料混合均匀，注入模具或需要充填泡沫塑料的空间中即可。注意：称量时一定要将多异氰酸酯（黑料）最后加入。

聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发泡及喷涂发泡。

对聚氨酯白料中主要添加剂进行分析：

1、阻燃剂

聚合物的阻燃机理是一个极其复杂的物理和化学过程。一般认为，阻燃剂对聚合物的阻燃行为主要是通过冷却、稀释、形成绝热层和终止自由基链反应等途径来实现。

阻燃剂分解时形成不易挥发的保护皮膜覆盖在树脂的表面，从而把空气隔断，起到阻燃的作用。阻燃剂的加入，拓宽了硬泡聚氨酯聚氨酯分解的温度范围，减少了挥发产物，高温下的产物形成了炭层，在火焰区和凝聚相形成隔热层，阻止聚合物的分解。阻燃剂的分解产物能捕获塑料燃烧时分解为烃的OH，一旦自由基的连锁反应被切断，燃烧的火焰就会熄灭；阻燃剂还能将燃烧时产生的热量分散或吸收，降低聚合物的温度，从而减缓分解和燃烧；聚合物阻燃体系能分解产生H2O，HCL，HBr，CO2，NH3，N2等不燃气体，可将气体稀释，从而达到阻燃效果。

聚氨酯硬泡的阻燃性能随着其密度和阻燃剂添加量的增加而提高，达到一定程度后上升幅度趋缓。

2、催化剂

催化剂能降低反应活性能，使反应速率加快，缩短反应时间，控制副反应，因此在聚氨酯的制备中常常使用催化剂。对催化剂的要求一般是：催化活性高、选择性强。常用的催化剂为有机叔胺类及有机金属化合物。

聚氨酯合成中所采用的催化剂，都是既能催化与羟基的反应，也能催化与水的反应，但所有催化剂对这两个反应的催化活性各不相同。一般，叔胺类催化剂对异氰酸酯与水的反应（即通常所说的“发泡反应”）的催化效率大于对异氰酸酯与羟基反应（即所谓的“凝胶反应”）的催化效率，有机金属类催化剂对凝胶反应的催化效率更显著，即各催化剂都有其选择性。

具体的反应体系中，要根据反应及制品的类型，根据有关资料中不同催化剂的相当活性以及实践经验，选择合适的催化体系。

3、稳定剂

硅油是聚氨酯泡沫稳定剂，也称匀泡剂，虽然它的添加量不大，但却是一个非常重要的组分，根据不同的配方选用不同的硅油，使聚氨酯的泡孔细腻，性能更稳定。它的作用主要有几点：

1）组合料混合之际起助乳化作用，即改善多元醇与异氰酸酯的相溶性。

主要原料聚醚多元醇与异氰酸酯的相溶性不好，聚醚改性的匀泡剂的疏水基与异氰酸酯可溶，亲水基与聚醚多元醇可溶，能起到帮助两个成分混合、乳化作用。使反应能同时在整个体系同时开始。

2）使气泡容易发生和均匀化，即降低体系的表面张力，以助泡核形成及气泡发生。

聚醚改性硅油匀泡剂（BD-3086、BD-3088）使反应体系的表面张力下降后，空气能以均匀微细的气泡分散在体系中形成细小的泡核。反应体系发生的二氧化碳及发泡剂产生的气体容易进入泡核形成气泡，并且这时体系的表面张力较低有利于气泡的成长。

3）使气泡稳定化，即稳定泡沫，防止泡沫合并变大。

在体系黏度尚未达到一定程度以前，形成的泡核膜非常薄，由于排液、并合、机械撞击会使泡壁破裂，这时聚醚改性硅油匀泡剂（BD-3086、BD-3088）可使体系的泡核得到稳定，能有效的降低泡壁漏液、阻止并泡的发生。另外，聚醚改性硅油的非离子性还可以减少气-液界面的两个膜面的范德华力，也有助于气泡的稳定。

4、发泡剂

发泡剂在聚氨酯硬泡中是不可缺少的成分之一，最早使用的发泡剂是CFC11（三氯一氟甲烷，因其化学性质稳定，不燃，低毒，沸点适宜，与聚氨酯原料相容性好，无腐蚀，价格低，发泡工艺简单等特定，在聚氨酯泡沫塑料生产中得到广泛应用，然而科学家发现CFC11破坏臭氧层，导致地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来危害。

在硬质聚氨酯泡沫塑料中，可取代CFC11的发泡剂主要有碳氢类、HFC-245fa、HCF-141b等。碳氢类发泡剂的价格不是很高，环保，ODP=0，GWP=25，然而它需要对原有的发泡设备和生产环境进行防爆技术改造，一次性投入很大。另外碳氢类发泡剂的运输、储存、组合聚醚的配制、发泡现场等必然增加了易燃易爆的危险性。HCF-245fa发泡剂可使泡沫保温隔热性能优良，ODP=0，GWP=0.2，但价格昂贵，泡沫发泡速度较快，影响聚醚的流动性，同时聚氨酯硬泡表皮发酥发脆。HCFC-141b作为硬泡发泡剂，符合建筑业绝缘和制冷器绝缘材料的发泡要求，ODP=0.11，GWP=0.09.虽然其ODP不为零，不是理想的发泡剂，但考虑实际情况，资金问题，HCFC-141b是目前最适合作为硬质聚氨酯泡沫塑料的发泡剂。

各种原料添加量不同，聚氨酯硬泡的发泡性、弹性、耐磨行、粘结性、耐高低温性、耐溶性等也不同，因此通过改变原料组成配方来制得不同特性的聚氨酯硬泡。