聚氨酯泡沫性能的影響因素有哪些

聚氨酯泡沫材料是以異氰酸酯和聚醚多元醇為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡而成的高分子聚合物，分為聚氨酯軟泡材料和聚氨酯硬泡材料兩種，其中，軟泡材料為開孔結(jié)構(gòu)，硬泡材料為閉孔結(jié)構(gòu)，而軟泡材料又分為結(jié)皮和不結(jié)皮兩種。

聚氨酯軟泡材料的主要功能是緩沖，因此常用于沙發(fā)家具、枕頭、坐墊、玩具、服裝以及隔音內(nèi)襯。聚氨酯硬泡材料則是一種具有保溫與防水功能的新型合成材料，其導(dǎo)熱系數(shù)很低，相當(dāng)于擠塑板的一半，是目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低的。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要應(yīng)用在建筑物外墻保溫、屋面防水保溫一體化、冷庫(kù)保溫隔熱、管道保溫材料、建筑板材、冷藏車及冷庫(kù)隔熱材等方面。

為什么聚氨酯發(fā)泡材料的性能如此多樣、應(yīng)用如此廣泛，聚氨酯發(fā)泡材料的性能究竟與哪些因素有關(guān)呢？洛陽(yáng)天江化工新材料有限公司經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，原料的羥值、不飽和度、酸值、色值與分子量的大小，以及水分、鉀離子、抗氧劑等的加入量均會(huì)對(duì)制成的聚氨酯泡沫材料的性能產(chǎn)生影響。

1、多元醇羥值大小的影響

一般多元醇化合物的官能度越大、羥值越高，則制得的泡沫塑料硬度越大，機(jī)械物理性能越好，耐溫性能也越好，但與異氰酸酯等其他組分的互溶性則會(huì)隨官能度以及羥值的增大而變差。

羥基化合物與異氰酸酯的反應(yīng)是聚氨酯合成中最常見、最基礎(chǔ)的反應(yīng)之一。在羥基含量相同的情況下，官能度越大的多元醇反應(yīng)速率越大，反應(yīng)物的粘度增加越快。在官能度相同的情況下，羥值越高的聚醚多元醇反應(yīng)活性越高，與異氰酸酯的反應(yīng)性也越強(qiáng)；反之，羥值越低的聚醚多元醇的反應(yīng)活性越低，與異氰酸酯的反應(yīng)性也越。

異氰酸酯與水的反應(yīng)以及異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)作為聚氨酯發(fā)泡過程中的兩大主反應(yīng)，兩者的反應(yīng)活性應(yīng)相當(dāng)。若聚醚多元醇的羥值高，則異氰酸酯與聚醚多元醇的反應(yīng)性增強(qiáng)，主反應(yīng)增強(qiáng)；若聚醚多元醇的羥值低，則異氰酸酯與水的反應(yīng)增強(qiáng)，造成主反應(yīng)速度跟不上發(fā)泡反應(yīng)速度，易造成塌泡現(xiàn)象。因此聚醚多元醇羥值的波動(dòng)會(huì)破壞發(fā)泡過程中異氰酸酯與聚醚多元醇及水的反應(yīng)平衡。聚醚多元醇羥值的波動(dòng)對(duì)泡沫制品有較大的影響，聚醚多元醇的羥值直接影響到異氰酸酯的加入量。當(dāng)羥值的含量升高時(shí)，異氰酸酯的用量需增加，若用戶未對(duì)異氰酸酯的量進(jìn)行調(diào)整，相當(dāng)于異氰酸酯加入過少，從而造成泡沫裂紋、回彈性差、強(qiáng)度差、壓縮永久變形增大等問題。反之，羥值含量降低相當(dāng)于異氰酸酯加入過多，會(huì)導(dǎo)致泡沫形成大孔和閉孔、硬度增加、熟化時(shí)間長(zhǎng)引起燒心等問題的出現(xiàn)。

2、多元醇不飽和度大小的影響

聚醚多元醇反應(yīng)溫度的高低及催化劑的多少直接影響聚醚多元醇產(chǎn)物的不飽和度。反應(yīng)溫度升高或催化劑含量提高（聚醚鏈的活化中心數(shù)量多），則會(huì)使副反應(yīng)增加，從而使得不飽和度增加；而不飽和度增加說明反應(yīng)過程中生成的醛類等不飽和物質(zhì)增多，聚醚多元醇的端基形成不飽和雙鍵后就失去了反應(yīng)活性，使得鏈增長(zhǎng)終止，影響聚醚多元醇的平均分子量，使聚醚多元醇的平均分子量降低，羥值升高，官能度降低。官能度的高低直接影響著泡沫制品的性能，因此在生產(chǎn)控制中，不飽和度越低說明副反應(yīng)越少，對(duì)泡沫制品的影響越小。 

3、水分加入量多少的影響

水作為發(fā)泡劑是聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)過程中最重要的反應(yīng)之一，少量的水即可消耗大量的異氰酸酯，并產(chǎn)生大量的氣體、放出熱量，反應(yīng)混合物中水濃度的增加可使反應(yīng)速度加快。若聚醚多元醇中的水分（計(jì)算異氰酸酯指數(shù)時(shí)將其忽略）含量增加，不但會(huì)消耗大量的異氰酸酯使得聚醚多元醇的活性降低，造成裂泡、塌泡等現(xiàn)象，同時(shí)因反應(yīng)中放出大量的CO₂及熱量，大量氣體的生成會(huì)使得聚氨酯泡沫制品的密度降低，而若生成的熱量不能迅速移走，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)造成黃心甚至著火。聚醚多元醇中的水分含量超標(biāo)嚴(yán)重，會(huì)使得生成脲鍵及CO₂的量增加，泡沫密度變小，泡沫制品變硬，同時(shí)放出大量的熱也容易造成燒心。若客戶在不知情的情況下進(jìn)行使用，相當(dāng)于增加了水分的用量，但異氰酸酯及催化劑的用量未進(jìn)行調(diào)整，這種情況容易造成裂泡，當(dāng)水分含量超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)則會(huì)出現(xiàn)塌泡現(xiàn)象。因此，洛陽(yáng)天江化工的專家建議，在聚醚多元醇的控制過程中控制水分的含量越低越好，這樣做有利于保證制成的泡沫制品具備穩(wěn)定的性能。

4、酸值大小的影響

酸值可以羥值的形式表現(xiàn)，因此酸值越高消耗的異氰酸酯越多，但通常情況下，由于酸的含量極少，可忽略不計(jì)。反應(yīng)溫度的升高以及催化劑濃度的增加會(huì)使得副反應(yīng)增加，從而導(dǎo)致酸值升高；酸值越高，在泡沫形成過程中消耗的胺類催化劑越多，反應(yīng)活性越低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于胺類催化劑消耗過多而造成泡沫制品產(chǎn)生收縮及閉孔等問題。

5、多元醇分子量大小的影響

大部分高聚物的性能隨分子量的增加而提高，如抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、熔點(diǎn)、硬度和玻璃化溫度等性能隨分子量的增加而上升，而溶解度則正好相反，這種關(guān)系在分子量提高至一定值后變化就不顯著了。聚醚多元醇的分子量可由羥值及官能度計(jì)算而得。對(duì)于同一牌號(hào)的聚醚多元醇，其分子量的大小受不飽和鍵的影響，因此引起分子量變化的影響因素與不飽和度的影響因素類似，二者是一個(gè)相輔相成的關(guān)系，即同一牌號(hào)的聚醚多元醇，不飽合度增加，則分子量減小，反之，不飽和度減少，則分子量增加。

6、鉀離子含量多少的影響

聚醚多元醇中殘余催化劑的存在將直接影響預(yù)聚體的制備以及制得的聚氨酯制品的物理性能。洛陽(yáng)天江化工的專家告訴我們，這是因?yàn)殁涬x子能夠促進(jìn)聚氨酯化學(xué)反應(yīng)過程中生成剛性且交聯(lián)的脲基甲酸酯與縮二脲基，從而使制得的聚氨酯泡沫制品變硬，彈性降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成凝膠；此外，若聚醚多元醇中殘余的鉀離子含量高，當(dāng)作為原料與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)發(fā)泡時(shí)，會(huì)使得發(fā)泡過程中產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)，從而造成泡沫燒心現(xiàn)象的發(fā)生。 

7、抗氧劑的影響

為了提高聚氨酯泡沫制品的抗氧化能力，洛陽(yáng)天江化工的專家建議，在聚醚多元醇的生產(chǎn)和發(fā)泡過程中加入適量抗氧劑（可將聚氨酯泡沫制品的燃燒溫度提高至180℃以上，抗氧劑的加入量與加入的水量有關(guān)），提高了聚氨酯泡沫制品的燃燒溫度，從而有效地避免了燒心現(xiàn)象的發(fā)生。

8、色值好壞的影響

色值是聚醚多元醇最直觀的表觀指標(biāo)，色值的好壞能直接反應(yīng)聚醚多元醇的質(zhì)量。聚醚多元醇醚鍵上的碳原子極易發(fā)生氧化，尤其當(dāng)在堿性介質(zhì)中和較高溫度條件下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，均會(huì)造成副反應(yīng)的增加，從而生成不飽和鍵。若色值較深，則相應(yīng)的其他指標(biāo)(如酸值以及不飽和度等指標(biāo))也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，同時(shí)造成制得的聚氨酯泡沫制品的顏色相應(yīng)地發(fā)生變化。

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