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常见泡沫材料   (2019-7-11 8:43:35)  发表博文



  聚氨酯泡沫多数情况下被称为发泡材料或者海绵,是日常生活比较常见的一种产品形态,如沙发床垫胸罩等;这种材料的膨胀主要是通过化学反应生成气体来实现的,形成的泡沫一般有开孔或者闭孔为主的两种,前者多为缓冲舒适材料,后者因闭孔多为隔热保温材料。

  除了聚氨酯之外,乙烯基材料比如苯乙烯也可以以泡沫的形态来生产材料,一些泡沫饮料杯或包装的耗材是比较常见的,只是它们的膨胀和聚氨酯是不一样的,这些材料往往是热塑性质的,其发泡是通过添加发泡剂来实现的,通过加热来气化发泡剂形成多孔结构,同时及时的冷却来稳定泡沫的尺寸;聚氨酯相对要复杂一点,需要平衡发泡和凝胶的速度;能否达到理想的材料要求,和这些材料或者聚合物的粘度及发泡剂气态的临界状态都有很大的关系。和聚氨酯类似的环氧材料,例如一些环氧类的漂浮设备也是一种泡沫材料,也主要是通过化学的交联来稳定泡沫,酚醛树脂也应该是一样的。不论这些材料是热塑的还是热固类型的,气泡的形成及稳定是关键,早期的橡胶泡沫也是在膨胀的同时使聚合物硫化交联,液态的更多的是化学发泡剂的释放形成的气体,当然组分中的溶剂有时候也因为加热挥发对膨胀做出一定的贡献,有机硅泡沫也类似这一过程,除了选择合适的发泡剂控制好交联也是至关重要的。

  在聚氨酯的发泡过程中或许会经历这样一个历程,在异氰酸酯与水反应形成二氧化碳时,或者物理的发泡剂F11141B等,最开始这些气体会溶解在液体的聚氨酯材料里,随着反应程度的加深或者温度的升高,气体在溶液中达到饱和而逸出,这时液体中出现了气泡;二氧化碳及物理发泡剂的溶解性差异对发泡也有影响,聚氨酯的全水发泡更为敏感有一部分原因也是因为二氧化碳本身的溶解性更小导致的。这些微小的气泡慢慢的不断的出现,使得聚氨酯材料开始膨胀或者上升,液体和气体的各自表面不同,有的小气泡破裂慢慢形成大的气泡,随着膨胀的继续进行,液体继续的减少气泡进一步增多,或者反过来理解,是一小部分液体溶解在气相中,气泡的泡壁也变得越来越薄,多数破裂了则为开孔为主的泡沫,多数闭孔则为保温材料,这个多数应该可以达到90%的样子。由于聚氨酯凝胶聚合物本身的极性或者表面能和气态的表面能不同,或者彼此的表面张力相差很大,气泡的最终形态难以像我们儿时的气球那么圆,换句话说就是在聚氨酯材料内部这样的分子环境中圆圆的气球状不是热力学平衡的自由能最低的体现形式,更多的形成一种类似水结晶的网络状气泡,可谓菱角分明,因为它们爱恨分明内聚能密度分明。


  在上述过程中,对于聚氨酯材料而言,前期的凝胶太快会导致泡沫不稳定发生收缩,后期或者后半段的凝胶太慢也会导致收缩,前者主要因为气泡没有形成开孔导致的气泡热胀冷缩,后者由于泡壁强度不足也就是液相的骨架强度不够不足以支撑泡沫而收缩,前者收缩较快后者相对缓慢。当然如果气体出现过快也是同样得不得尺寸稳定的泡沫,不同配方及不同工艺的凝胶发泡平衡点最为重要,人们更多的时候是希望得到开孔居多的泡沫,有时需要添加一定的开孔剂来实现,开孔剂在聚氨酯材料中更多的是极性较大,内聚能或者结构尽量和水分子的结构或者二氧化碳相容性好的基团来实现,其实质也是一种表面活性剂,只是和硅油的作用是相反的,过多的开孔会抑制发泡甚至是消泡剂的作用。而过量的硅油或者匀泡剂,也就是环氧丙烷环氧乙烷聚硅氧烷的共聚物硅油也会导致泡沫的收缩,可能的原因是过量的小气泡稀释了液相或者使得凝胶相对延后最终导致强度姗姗来迟而导致的收缩,总之在聚氨酯的发泡过程中,经验的东西往往比理论的东西更为实用,也因此美食是做出来的,而不是看菜谱看来的,化工乃是实验科学。

分类:软泡应用 评论: 浏览:
关键词:聚氨酯 泡沫 海绵 
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