摘 要：采用普通聚醚多元醇等原料，研制了全水发泡超低密度聚氨酯泡沫塑料体系，对制备过程的有关因素进行了讨论。它具有低成本，主要用于包装。聚氨酯泡沫作为一种新型的包装材料，已广泛应用于有关领域。
关键词：全水发泡；包装材料；聚氨酯泡沫塑料；低密度
包装用聚氨酯泡沫，也称超低密度聚氨酯泡沫。作为一种新型的包装材料，它取代了原有的碎纸、棉絮等包装材料。目前它已广泛应用于电子电脑元件、光学仪器、古董、精密仪表等易碎易损品的包装。对这种包装材料的研究早在1970年代的美国国际包装协会（International Package System）就开始研制并获成功。然而在当时研制成功的这种泡沫包装材料所用的发泡剂是CFC-11。后来也曾经用二氯甲烷作发泡剂。然而这些发泡剂不是对大气层中的臭氧层有严重的破坏作用，就是在发泡过程中产生有害于身体健康的气体。自蒙特利尔协议生效后人们便开始了对原有发泡剂的替代工作。于是有了HCFC-141b、戊烷、CO2（全水发泡）等CFC-11的代用品。然而只有全水发泡才具有真正意义上的环保性能。本文主要介绍了低成本的全水发泡包装泡沫的研制。
1 实验部分
1.1 原材料及设备仪器
多次甲基多苯基多异氰酸酯PAPI（工业级，进口或国产均可）；高活性聚醚三元醇（羟值56mgKOH/g，国内各大聚醚厂均能采购到）；4110（羟值410～430mgKOH/g，国内各大聚醚厂均能采购到）；泡沫稳定剂（进口）；催化剂1（国产）；催化剂2（国产）；扩链剂（二甘醇、乙二醇等）；乳化剂（北京某化工厂）。
电动搅拌器、秒表、烧杯、发泡箱、电子天平、粘度计、离心机、万能实验机。
1.2 组合聚醚及泡沫的制备
在烧杯中依次称量聚醚、泡沫稳定剂、扩链剂、催化剂、水，混合搅拌，静置片刻。
取一试管组合原液放入离心机中高速（5000 r/min）旋转数分钟后，取出观察，无明显分层现象。
根据组合聚醚配方和用量，称取一定量的PAPI，将组合聚醚和PAPI混合搅拌4～6 s，倒入简易发泡模具中发泡，记录其乳白时间、拉丝时间、上升时间、不粘时间等数据。泡沫熟化24 h以后，测定其物理性能。
1.3 典型的配方
低成本环保型聚氨酯包装泡沫的典型配方及性能如下：
组合聚醚配方（质量份）：
聚醚三元醇 60～70份
普通4110聚醚 40～30份
泡沫稳定剂 2～3份
水 25～30份
催化剂1 0.2～0.3份
催化剂2 0.3～0.5份
乳化剂 2～3份
扩链剂 5～6份
PAPI指数 0.75～0.9
2 结果与讨论
2.1 原料体系的选用
2.1.1 聚醚的选用
本工作所选用的聚醚多元醇均为低价格、易采购的聚醚多元醇，不需另外加工合成专用聚醚，它们与水都有较好的相溶性。组合后，粘度较低，易于现场施工。同时，我们经过反复试验，成功选用了北京某化工厂的乳化剂。加入该乳化剂2～3份后，使得组合聚醚混合均匀，长时间存放无分层现象。普通硬泡体系所用的4110聚醚能使泡沫的强度增大，回弹值提高，泡沫壁的承载力增强，而使泡沫不易收缩。另外大家都知道，在全水发泡体系中，较多的水与异氰酸酯的NCO反应，生成聚脲，而这种脲的大量聚集就会导致泡沫的脆性增大。而采用高活性聚醚，在反应中会快速与NCO反应干扰脲的生成与聚集，从而使泡沫的脆性大大降低。
2.1.2 催化剂的选择
催化剂的选择在本配方中非常重要。在选择过程中应该注意几个问题。一是在全水发泡体系中，由于大量水的存在，所以贮存稳定性较差的锡类、胺类催化剂不能使用。二是要考虑发泡反应与凝胶反应的平衡问题。三是全水发泡体系发泡时会放出大量的热量，必须及时移走。选择催化剂时应充分考虑以上问题。否则就会对泡沫性能和组合原液的稳定性造成很大的影响。此外在催化剂的选择上还应考虑其经济性。
2.1.3 泡沫稳定剂的选用
在对泡沫稳定剂的选用过程中，我们曾遇到较大的困难，在如此高水量的体系中，普通的非水解型（Si—C）稳定剂会很快失去效用。通过我们大量实验，并且与国内外泡沫稳定剂生产厂家的沟通与协作。最终选用了同外某公司的泡沫稳定剂。但其用量也较大，一般为聚醚总量的2％～3％，只有在这个范围内才能保证泡沫的尺寸性能，又能使组合聚醚稳定存放较长时间。
2.2 发泡参数及泡沫性能
经过多次试验，在上述基础配方范围，得到了合适的发泡配方。
组合聚醚性能如下：
外观： 透明均一
粘度/mPa·s 350～420
贮存稳定性 无分层现象
将组合聚醚和多异氰酸酯PAPI按比例混合，进行实验室发泡试验，反应参数如下：
乳白时间/s 8～9
上升时间/s 25～30
脱粘时间/s 45～50
得到泡沫塑料物理性能如下：
泡沫芯密度/kg·m－3 8～10
压缩强度/MPa ≥0.7
压缩50％复原率/％ ≥93
3 结束语
采用全水发泡体系制成了性能良好的聚氨酯包装泡沫。笔者认为优点有二：一是全水发泡体系的采用，真正起到了环境保护的作用。二是普通聚醚多元醇原料的采用，使其成本大大降低，更有利于环保产品的工业化生产。
作者简介：
路华飞
职位：山东华宇创新节能材料有限公司 总经理
擅长：各种聚氨酯硬泡板材、喷涂、管道等产品应用开发，聚醚、聚酯研发及应用
20年聚氨酯工作经验，发表相关聚氨酯论文十余篇，高级工程师，毕业于河北工业大学，化工专业，本科学历。
1999至2005就职于中石油聚氨酯有限公司，先后任技术员、技术经理等职，开发各种硬泡多元醇和组合聚醚，广泛用于阻燃喷涂、阻燃板材、管道保温等领域。
2005至2010就职于国际环保履约产业园廊坊配料中心，专业开发各种环保组合聚醚如全水管道料、无氟喷涂料、全水包装料、戊烷板材料等。
2010至2018，就职于廊坊华宇创新科技有限公司，专业研究各种高阻燃环保板材的生产及应用（公司有两条意大利赛普连续板材生产线）。
2018至今，就职于山东华宇创新节能材料有限公司。公司生产聚氨酯大块泡板材，广泛应用于冷藏车和军事方仓。
