聚氨酯泡沫塑料制备过程中的反应复杂,在催化剂作用下。液态原料之间反应速度很快,使聚合物分子链在短时间内快速增长,粘度迅速增加,很快地转变成固态。在反应同时,反应产生大量的二氧化碳,或低沸点物理发泡剂因反应热而气化产生大量气体,使得反应物迅速膨胀。物料凝胶固化,气泡生成并分散包裹在粘性物料中,这两种过程必须获得平衡,才能得到泡孔均匀的泡沫塑料。在泡沫体形成的过程中,硅油对泡沫体的结构,泡孔的大小,开、闭孔率的高低等都有举足轻重的作用。 硅油即匀泡剂之所以能起稳定泡沫的作用,在于它们具有独特的表面性质,如表面张力、界面定向能力等。在它的分子中,亲水结构和疏水性相差很大的原料乳化成均匀体系。 疏水的二甲基硅氧烷与亲水性的聚氧化乙烯醚或聚氧化乙烯氧化丙烯共聚醚结合,所组成的共聚物具有良好的表面活性作用,能使得高极性和低极性的组成混合均匀,使乳化态的混合物料充分反应;并对生成的聚氨酯、聚脲起稳定作用,使产生的气体分散均匀。所以,有机硅氧烷-聚醚共聚物成为聚氨酯泡沫塑料的标准泡沫稳定剂。
共聚醚本身就是一种表面活性剂。聚醚分子中的环氧乙烷和环氧丙烷的比例对稳定剂的性能也很有影响,完全用环氧乙烷制成的聚醚链段并不能得到效果良好的硅油。聚环氧乙烷链段能提供亲水性和起泡性,而聚环氧丙烷链段能提供一定程度的疏水性和渗透力,它对降低表面张力有较强的作用。调节环氧乙烷、环氧丙烷和硅氧烷的比例,制成适合种类聚氨酯泡沫塑料的硅油。
在我们聚氨酯泡沫塑料的硅油中,泡沫的稳定是需要最先解决的,这是因为,泡沫配方中各个组分的相容性并不好,并且软泡反应基团相对较少,粘度增长较高回弹泡沫和硬泡体系的慢,要求较高的开孔率,因此对硅油依赖性大。 为此,其发泡体系中,首先需要具有较强乳化能力的表面活性剂将各组分乳化混匀,需要较高表面活性的匀泡剂。其次,软泡的发泡剂中化学发泡剂用量一般在3%~5%,水和异氰酸酯反应的速率较异氰酸酯与多元醇高,所以在发泡初期有大量的聚脲生成,聚脲极性大,易聚集,是一种消泡剂,可以帮助开孔及爆孔。开孔及爆孔是软泡发泡必须出现的阶段,否则便会出现闭孔现象,致命泡沫性能下降。但开孔及爆孔必须在发泡反应和凝胶反应基本完成并达到平衡时出现,即在泡沫升至最高点而且泡沫的强度已能支撑自身质量之时,否则,若早期开孔,会导致泡沫下陷甚至塌泡。
所以,软泡匀泡剂的另一作用就是在发泡初期使生成的聚脲良好分散在体系中,降低开孔作用,在发泡后期聚脲聚集能帮助开孔。 聚氨酯软泡的主料多元醇,如果选用活性较低时,例如是环氧丙烷均聚醚,可以采用高活性的硅油,延长分散溶解聚脲时间。活性高的硅油在配方中用量较少,控制操作范围较窄,易造成泡沫质量问题,需考虑与催化剂特别是T9用量范围之间的关系,在使用中需注意用量的“宽容度”。
目前普通泡体系多采用含少量氧化乙烯的聚醚多元醇,也就是我们一般使用常规聚醚3000分子量含环氧乙烷较少的品种聚醚。如果3000分子量的氧化乙烯成份增加,则亲水性链节的存在会使这种聚醚溶解聚脲的能力提高,则需采用中等活性的硅油。 高回弹体系,因采用高活性聚醚,对硅油的依赖降低,一般采用低活性的硅油。如采用聚合物多元醇等分散体,则对硅油的要求更低,就不能用一般的软泡硅油,而应采用专用的硅油。
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