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如何减少聚氨酯发泡机制品中的气泡?

2022-02-28

聚氨酯发泡机发泡制品中气泡来源主要有三:原料搅拌引入空气;固化过程中溶剂挥发;副反应。

前两者可以通过工艺调整来改善,这里暂时不谈,主要来看看如何减少副反应造成的气泡过多。

      水作为聚氨酯泡沫塑料中主要和使用早的发泡剂,和异氰酸酯反应,产生二氧化碳气体并生成脲基。但大多数聚氨酯制品(湿固化除外),异氰酸酯与水的反应是作为副反应存在且不受欢迎的,体系含水不仅仅是带来泡孔的问题,大量的脲基出现,也会直接影响产品的手感及制品性能。抑制此类副反应的简单直接的办法是除水,无论是通过减压脱水、添加除水剂以及改善施工环境等措施都能取得不错的效果。

另一个直接有效的方法是选择合适的催化剂。

      聚氨酯工业的飞速发展,催化剂功不可没,目前用于聚氨酯材料合成的催化剂超过两百种。基本分为两大类:叔胺及其盐催化剂;金属烷基化合物。前者主要有三乙烯二胺、二甲基乙醇胺等;后者主要有二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等。使用的原则不仅要根据催化剂的催化活性大小,同时还要考虑催化的选择性、化学品毒性、与其他原料相容性、价格、稳定性等等。

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      叔胺作为聚氨酯催化剂中种类较多应用广的一支门类,碱性强,活性高,能够快速催化异氰酸酯-羟基反应,同时也催化异氰酸酯与水反应,产生二氧化碳,广泛用于各类聚氨酯泡沫塑料的生产,以及诸多微孔弹性体的制备。其代表性的即是三乙烯二胺,因其是固体使用不便,国内厂家通常将其用二元醇稀释成33%浓度的溶液来使用,作为一支用途广的叔胺催化剂,除了泡沫领域外,在聚氨酯胶粘剂/涂料/微孔弹性体等方面也有着重要作用,但是大家不能忽视的是,如果简单粗暴的把聚氨酯反应划为发泡、凝胶两种反应的话,三乙烯二胺其催化异氰酸酯-水反应的效率大约要占到总效率的60%左右,也是有着很强催化发泡作用,在对泡孔敏感且不能除净体系中水分的情况下,建议避免使用。

       在有机金属方面,铅、锡、汞、铋、锰、锌、铜、钛等烷基化合物在聚氨酯体系中均有着一定催化作用。自从1956年发现有机锡类催化剂其对羟基与异氰酸酯有着及其强烈的催化作用,能有效促进分子链增长之后,有机锡催化剂作为聚氨酯工业领域重要的有机金属催化剂的地位,没有动摇过。有机锡催化剂对羟基与异氰酸酯选择性高,副反应少,因此在泡沫、胶粘剂、弹性体、涂料、密封剂等领域,均有其一席之地。

当然除了从催化剂种类上调整,还可以通过催化剂开放时间上来改善制品的气泡多少。

不过除了以上方案,还有一种一劳永逸的方法–抛弃异氰酸酯。以环碳酸酯低聚物和伯氨基低聚物反应,形成NIPU网络,也是非异氰酸酯型聚氨酯。

与传统的聚氨酯相同,非异氰酸酯聚氨酯中含有氨基甲酸酯链段,故有相似的基本特性,但又不完全相同。由氢键封闭的羰基氧降低了整个氨基甲酸酯基团的水解敏感性,进而提升了PU的耐化学稳定性,降低可渗透性,同时反映过程无挥发物和二氧化碳产生,制品中不存在棋牌,增强了力学性能。

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