聚氨酯泡沫塑料的合成及应用

聚氨酯泡沫的合成及原理,汽车坐椅泡沫成形原理、主要使用材料。泡沫生产过程的安全和环保

聚氨酯泡沫塑料的合成

2010年5月

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一、基本反应：一、基本反应：O O

① nOCN-R-NCO+nHO~OH→[ CNH-R-NH-C-O~O] n (聚氨基甲酸酯) H分解~NCO+H2O→~RNCOOH→ (不稳定氨基甲酸酯)

②

~NH2+CO2↑

O H H~NCO+~NH2→~N-C-N~ (含有脲基的高聚物-取代脲)

①为链增长反应，反应速度比较快。②为发泡反应，同时也属于链增长反应，反应速度比较快。

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O③~NCO+~NHC-O~→ (氨基甲酸酯基团)

O~N-C-O~~C=O~NH (脲基甲酸酯)

O④

O (缩二脲)

H~NCO+~NHC-NH~→~N-C-N~ (脲基)~C=O~NH

缩二脲和脲基甲酸酯链节不稳定，高温下和过量胺基(~NH2)氨基甲酸酯和脲基。

③、④为交链反应，反应速度很慢，通常在后熟化期内才能反应到终点。

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二、原料及主要助剂：二、原料及主要助剂：1、原料在聚氨酯泡沫塑料合成中，最主要的原料是异氰酸酯和多元醇。在高回弹冷熟化发泡泡沫生产中，所用异氰酸酯一般为TDI(甲苯二异氰酸酯),MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯),或者TDI/MDI混合体系，而所用多元醇较多采用高活性聚醚或者化学接枝共聚醚。

⑴异氰酸酯化合物①物理性质●脂肪族异氰酸酯在室温时绝大部分为液体，蒸气压较大，味重，对人体毒性严重。●粘度与比重随着温度的上升而下降。②化学性质 -+●R-N=C=O→← R-N-C=O 0 -+ R-N-C=O+HA→ R-NH-CA●R的电子吸引性越强，异氰酸酯活性越大。

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具体异氰酸酯化合物① TDI(甲苯二异氰酸酯) CH3 NCO NCO CH3 NCO

NCO

TDI有以上两种异构体，在高回弹冷熟化发泡中常用商品名为TDI-80的甲苯二异氰酸酯。此种原料中含2,4-TDI为80%,2,6-TDI为20%。由于2,4-TDI在反应初期，对于发泡反应能力较强;而在反应末期，2,6-TDI对于凝胶反应能力又较强。因而异构比为80/20的TDI对于我们的生产体系的调节有一定的帮助。

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具体异氰酸酯化合物② MDI即二苯基甲烷二异氰酸酯，有三种异构体 OCN-CH2- NCO

-CH2NCO

- NCO

-CH2NCO NCO

目前，摩托车泡沫座垫采用的是TDI/MDI混合体系，其中M8221为改性MDI,合理使用可提高其回弹、拉伸强度等性能。

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⑵

多元醇类化合物在聚氨酯工业发展历程中，最先采用的多元醇类化合物多采用聚酯多元醇。近年来，由于聚酯型聚氨酯虽然机械强度大，耐油、耐热等，但其耐水解性、耐低温以及耐氧化、酸、碱的稳定性不如聚醚型聚氨酯；同时聚醚型聚氨酯加工简单，成本低，因而已基本代替聚酯型聚氨酯。在高回弹冷热化泡沫生产中多采用高活性聚醚多元醇类化合物和接枝共聚多元醇类化合物。

①

高活性聚醚多元醇奠定高

回弹冷熟化软质、半软质泡沫塑料与整皮模塑工艺的基础，其优点是可以减少催化剂用量，缩短生产周期，节约能源。高活性聚醚多元醇的合成●通用聚醚多元醇的末端接以氧化乙烯链段，使仲羟基变为伯羟基；●通用聚醚多元醇的末端接上胺基。

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②接枝共聚醚：通用聚醚或含有不饱和双键的聚醚，在烯烃类单体存在下，进行接枝共聚反应而成。优点：用它为原料制成的聚氨酯泡沫塑料，具有较高的抗张强度，且提高了压缩负荷性能，因而密度可大大降低，重量减少，成本下降。目前已使用的丙烯腈接枝共聚醚多元醇最好。

两种聚醚比较●高活性聚醚相对接枝共聚醚来说，其成本低，但是其配方操作条件变动范围较窄，必须采用80/20TDI,否则容易引起制品收缩，而且制品的机械性能不及接枝型聚醚优越。●相对地，接枝型聚醚价格较高，但发泡操作条件不高，所得泡沫制品强度较高。

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2、主要助剂聚氨酯泡沫塑料的助剂主要包括催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等。它们在配方中用量不大，但对制品的性能影响却很大。⑴催化剂：在聚氨酯泡沫塑料发泡体系中的化学反应是非常复杂的，主反应和副反应同时进行或交错进行。最主要的是线性反应： 1》2R-NCO+H2O→ CO2↑+(RNH2)2C=O (发泡反应) 2》R-NCO+R`-OH→ RNHCOOR`(不稳定的氨基甲酸酯)发泡反应在常温下反应速度很慢，以致没有实际的应用价值。对于凝胶反应要求要起始慢而结束快。同时，这两个反应既要同时平稳地进行，又要反应完成时达到平衡，这样才能制成品质优良的泡沫塑料。催化剂在这些环节是关键因素。而在实际生产中，常用的是有机胺催化剂和有机锡催化剂。

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●有机胺催化剂：常用的有机胺催化剂多为叔胺类催化剂。在实际生产中较多采用：三亚乙基二胺，N-烷基吗啡啉，双-(二甲氨基乙基醚)等，胺类催化剂最主要的是催化发泡反应，其催化活性高，用量较少，而且在反应完成后大多挥发掉，不会影响制品性能，但有机胺类毒性很大，这又给储存和使用带来一定困难。

●有机锡类：锡类催化剂主要是催化凝胶反应。最主要的锡类催化剂是二丁基锡二月桂酸酯和辛酸亚锡。锡催化剂在反应完成后，残留在泡沫体内，其随时间的延长而发生化学变化，因而对制品的性能产生影响在实际生产中通常使用有机胺-锡混合体系，通过它们之间的不同配比，来达到调节反应，使平衡时间相同的目的。⑵泡沫稳定剂：有机硅泡沫稳定剂是泡沫塑料中最重要的稳定剂。据德国化学家G.Rossmy的观点，泡沫稳定剂的作用机理主要是“聚脲-乳化”作用。在泡

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