PU发泡影响因素整理及五大反应和时间参考

PU发泡犹如一个生命体的运行生长，需要有合适的温度、湿度、气压等其他外部环境因素。

同时需要内部反应基团的正常匹配。内部的营养成分的作用我们需要了解，更加有助于我们对发泡产品的稳定管控。我们一起来关注和探讨内外部因素在时间的共同作用下，完成一部PU的作品。以下简要整理，内部原材料和外部环境等因素如何作用于聚氨酯发泡过程的。由整理借鉴大师的理解，有不足之处请多指教，谢谢！

1、聚醚　　

聚醚作为主要原料，与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯，是泡沫制品的骨架反应。在官能度相同的情况下，分子量增加时，泡沫的拉伸强度、伸长率和回弹性提高，同类聚醚的反应活性下降;在当量值(分子量/官能度)相同的情况下，官能度增加，则反应相对加快，生成聚氨酯的交联度提高，泡沫硬度随之提高，伸长率下降。多元醇的平均关能度应在2.5以上，若平均关能度太低，泡沫体在受压后回复性较差。　　

若聚醚用量多，相当于其他原料(TDI、水、催化剂等)减少，易造成泡沫制品开裂或塌泡。若聚醚用量少，泡沫制品偏硬、弹性降低，手感不好。　　

2、发泡剂　　

一般在制造密度大于21的聚氨酯块泡时，只使用水(化学发泡剂)做发泡剂，在低密度配方或超软配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸点化合物(物理发泡剂)作辅助发泡剂。　　辅助发泡剂会使泡沫的密度及硬度下降，由于它的气化吸收了部分反应热会使固化减慢，需增加催化剂用量。由于吸收热量，避免了烧芯的危险。　　

1）发泡能力可用发泡指数(100份聚醚所用水或水的当量数)来体现：m---发泡剂用量　　

2）发泡指数IF=m(水)+m(F-11)/10+m(MC.)/9(100分聚醚)　　

3）水作为发泡剂与异氰酸酯反应生成脲键并放出大量的CO2及热量，是一个链增长反应。水量多，泡沫密度降低，硬度增加，同时泡孔支柱变小、变弱，降低了承载能力，易塌泡、裂泡。消耗的TDI量增加，放热量多，易烧心。若水量超过5.0份，则必须添加物理发泡剂以吸收部分热量，避免烧芯现象的发生。水量少，催化剂用量相应减少。

3、甲苯二异氰酸酯　　

一般软泡用TDI80/20，     2，4和2，6异构体的混合物。可用冷却法制备T100即纯2，4TDI。　　TDI用量=(8.68+m水×9.67)×TDI指数。TDI指数一般110-120。　　异氰酸酯指数在一定范围内增大，则泡沫硬度增大，但达到某一点后硬度不再显著增大，而撕裂强度、拉伸强度和伸长率下降，泡沫形成大孔，闭孔上升，回弹率下降，表面长时间发粘，熟化时间长，引起烧芯。　　

异氰酸酯指数低，会造成泡沫裂纹，回弹性差，强度差，压缩永久变形较大，表面有潮湿感。　　

4、催化剂　　

胺：一般用A33其作用是促进异氰酸酯和水的反应，调整泡沫密度、气泡开孔率等，主要是促进发泡反应。胺多：泡沫制品出现劈裂，泡沫中有孔或泡眼。胺少：泡沫出现收缩、闭孔，发出的泡沫制品底厚。　　

锡：一般用辛酸亚锡T-9;T-19是催化活性很高的凝胶反应催化剂，主要是促进凝胶反应，即后期反应。锡多：胶化快，粘度增加，回弹性差，透气性差，造成闭孔现象。若适当提高其用量可获得松弛的良好开孔泡沫塑料，进一步增大用量使泡沫逐渐变得紧密，以致收缩、闭孔。锡少：凝胶不足，发泡过程造成劈裂。边缘或顶部有开裂，并有脱坯、毛边现象。　　减少胺或增加锡都可以在气体大量发生时增加聚合物气泡膜壁强度，从而减少中空或开裂现象。　　

聚氨酯泡沫塑料是否具有理想的开孔或闭孔结构，主要取决于泡沫形成过程中的凝胶反应速度和气体膨胀速度是否平衡。此平衡可通过调节配方中的叔胺催化剂以及泡沫稳定及等助剂的种类和用量实现。　　

5、泡沫稳定剂　　

泡沫稳定剂是一类表面活性剂，可使聚脲在发泡体系中良好分散，起着“物理交联点”的作用，并能明显提高泡沫混合物的早期粘度，避免裂泡。其一方面具有乳化作用，使泡沫物料各组分间的互溶性增强，另一方面加入有机硅表面活性剂后可降低液体的表面张力r，气体分散时所需增加的自由能减少，使分散在原料中的空气在搅拌混合过程中更易成核，有助于细小气泡的产生，调整泡沫气孔大小，控制泡孔结构，提高发泡稳定性; 防止泡孔瘪泡、破裂，使泡沫壁具有弹性，控制泡沫孔径和均匀度。其在发泡初期稳定泡沫，在发炮中期防止泡沫的并泡，在发泡后期使泡孔连通。一般发泡剂、POP用量越多硅油用量越大。用量多：使后期泡沫壁弹性增加，不宜破裂，泡孔细。用量少：造成闭孔，泡沫破裂，起发后塌泡，孔径较大，容易并泡。　　

6、温度的影响　　

聚氨酯的发泡反应随着物料温度的上升而加快，在敏感的配方中将会引起烧芯和着火的危险。一般控制多元醇和异氰酸酯组分的温度不变。发泡时泡沫密度降低料温相应提高。同样配方，料温相同夏季气温高，反应速度加快，导致泡沫密度、硬度下降，伸长率增加，机械强度增加。夏季可适当提高TDI指数以纠正硬度的下降。　

7、空气湿度的影响　　

湿度增加，由于泡沫中的异氰酸酯基部分与空气中的水分反应，造成硬度下降，所以发泡时可适当增加TDI用量。过大时会造成熟化温度过高引起烧心。因此在气温高湿度大的梅雨季节适当添加使用抗烧心剂，有助于改善环节配方调整的压力。　　

8、大气压的影响　　

同样配方，在海拔高的地方发泡，泡沫制品密度小。　　

注：

1)、在泡沫塑料形成过程中，凝胶反应与发泡反应同在发生，但各

　　反应间存在竞争，一般发泡反应速度大于凝胶反应速度。

　　凝胶反应---氨基甲酸酯的形成反应，(与-OH的反应)

　　发泡反应---指有水参加的反应，生成脲并产生气泡

2)、成核剂---引起气泡形成的物质，如体系中微细固体颗粒、液体

　　泡沫稳定剂或是本来溶解在物料中的细微气泡等;包括溶解在多元醇和异氰酸酯中的空气或氮气、二氧化碳、泡沫稳定剂、炭黑等填料。可是气体在物料中产生更多的气泡;稳定及越多生成的泡孔就越细。

　　发泡体系中形成的气泡数量和泡沫塑料中泡孔的大小取决于外加成核剂的作用;成核剂多，气泡多，泡孔小。

　　当温度升高时，气体在液体中溶解度降低，因而会有更多的气泡形成或使先前的起跑长大。乳白时间长，有利于大气泡的生长。

　　增加催化剂量，可缩短乳白时间，由于凝胶反应和气泡形成的竞争反应可得到细孔泡沫。

3)、泡沫是否具有理想的开孔或闭孔结构，主要取决于泡沫形成过程中的凝胶速度和气体膨胀速度是否平衡。这一平衡可以通过调节配方中的叔胺催化剂以及泡沫稳定剂等助剂的种类和用量来实现。