聚氨酯泡沫材料的合成

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1、聚氨酯泡沫材料的合成摘要：概述了聚氨酯泡沫的合成，论述了合成所用发泡剂、多元醇、异氰酸酯体系，并提出了今后聚氨酯泡沫研究开发的方向。关键词：聚氨酯泡沫；合成；发泡1引言聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物[1]。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，聚氨酯泡沫是聚氨酯的主要品种，约占其总量的70%，已成为近10年来发展速度最快的合成材料之一，年增长率保持在7%左右[2]。20世纪中叶，德国首先成功研制出聚氨酯泡沫；1954年美国Wyandotte公司提出以廉价的石油化工产品环氧丙烷等取代传统多元醇的新方法，大大降低了聚醚和聚酯

2、的生产成本；聚氨酯泡沫专用催化剂和各种加工装备的研制并投入应用，使聚氨酯泡沫获得了飞速发展[3]。目前从全球范围看，块状软质聚氨酯泡沫主要用于家具、垫材、复合面料、服装鞋帽与箱包衬里材料；模塑软质聚氨酯泡沫主要用于制作汽车坐垫、靠背、头枕、摩托车坐垫、家具、运动器材等。硬质聚氨酯泡沫主要用于建筑业、制冷设备如冰箱、冰柜、冷藏运输车、管道、大型贮罐等；在家具行业、装饰行业、家用电器等领域的应用也得到了较快的发展。聚氨酯泡沫是一种重要的合成材料，具有多孔性、相对密度小、比强度高等特点，根据所用原料的不同和配方的变化可制成普通软泡、高回弹泡沫及硬泡等[4]。传统的聚醚多元醇一般

3、是以氯氟烃化合物(CFCs)为发泡剂进行发泡的，CFCs类发泡剂因其对大气臭氧层具有破坏作用，现逐渐被禁止使用。聚氨酯泡沫工业要求转用符合环保规定的“清洁”发泡剂，尽量降低成本，最大程度地提高诸如机械性能、阻燃特性以及隔热性等指标[5]；同时环境友好的聚氨酯泡沫、聚氨酯泡沫废弃物的循环利用等也是研究的热点。2聚氨酯泡沫的合成软质聚氨酯泡沫的化学合成原理与硬质聚氨酯泡沫的合成原理基本上一致。聚氨酯泡沫都是由多元醇和二异氰酸酯或多异氰酸酯在催化剂和其它助剂的作用下形成的。异氰酸酯是制备聚氨酯泡沫的基础原料[6]。早期生产聚氨酯泡沫主要使用TDI，但由于TDI蒸气压大，后来改用

4、MDI，极大地促进了聚氨酯泡沫工业的发展。作为制备聚氨酯泡沫主要原料之一的多元醇，其品种、结构对泡沫体的生产和性有很大的影响，目前使用的主要是聚醚多元醇和聚酯多元醇。另外还有发泡剂、表面活性剂、阻燃剂等助剂。此外生产设备、工艺控制对泡沫体的性能也有重要影响。2.1发泡剂发泡剂是聚氨酯泡沫塑料中最重要的一种助剂，发泡剂的种类、数量对聚氨酯泡沫的物理机械性能、泡沫密度、耐温性等有直接影响。制备聚氨酯泡沫所使用的发泡剂基本上分为两种类型：一种是利用水与异氰酸酯反应放出CO2作为起泡剂，即化学发泡剂；另一种是选用低沸点化合物，利用泡沫体系的反应热使之汽化发泡，即物理发泡剂[7]。

5、2.1.1水系发泡剂水是聚氨酯泡沫中使用最早的发泡剂，它不仅价格低廉、无污染，而且全水发泡泡沫制备工艺简便，对设备的要求很低。但全水发泡体系与一氟三氯甲烷(CFC-11)体系相比也存在许多不足，如组合聚醚粘度大、泡沫尺寸稳定性比较低、导热系数偏高，从而限制了全水发泡泡沫的推广和应用。在CFC-11被全面禁止的情况下，人们对最简单、最古老、最廉价的水发泡技术进行了大量研究，并将其发展成为被广泛接受的全水发泡技术。江苏省化工研究所研制的聚醚PE600系列已通过扩试，以该聚醚为主体聚醚开发的全水发泡组合聚醚具有良好的流动性和贮存稳定性；成型时固化速度快，粘接力强；以此制备的硬质

6、聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性好，导热系数低，可广泛应用于建筑物、汽车及管道的防水、保温、防腐[8]。有人研究探讨了低密度聚氨酯软质泡沫全水发泡代替氯氟烃的技术路线，介绍了新型聚醚多元TMD-3000、TEP-3600的性能，证明TMD-3000、TEP-3600用于低密度全水发泡中是可行的，在水量6.5份以下不会产生烧芯现象；有着较好的锡宽容度和空气流量，泡沫物性较好，特别是TMD-3000的拉伸和撕裂性能极好，新的全水发泡配方体系可使软质块状泡沫密度降至15~20kg/m3，热模型泡沫密度降至25kg/m3而其机械性能保持良好状态[9]。以水为发泡剂的开孔聚氨酯泡沫[10]

7、，水作为发泡剂，NaCl作为孔形成剂，获得了开孔结构。聚醚型聚氨酯在热压下处理得到的开孔率为64%，孔径范围为50~500μm。发展了一种无毒制造热塑性聚氨酯泡沫的工艺，这种工艺可以大规模生产可控孔径和开孔率的制品。与现有的制造方法相比，这种工艺不受制品厚度限制，反应温度、NaCl浓度、水加入量对泡沫形成起重要作用。Seo等[11]以聚合MDI(PAPI)、聚醚多元醇、1,4丁二醇、硅表面活性剂和蒸馏水作为发泡剂制备了硬质聚氨酯泡沫，研究了泡沫体的性能，在没有1,4丁二醇的情况下，水量的增加使聚氨酯泡沫体的密度从173.7kg