本文介紹了聚氨酯親水泡沫、不變黃泡沫與微孔泡沫的基本特點(diǎn)、物性與應(yīng)用，對(duì)各自常用原料、工藝、配方以及配方設(shè)計(jì)的基本思路進(jìn)行了表述。

關(guān)鍵詞：聚氨酯，親水泡沫，不變黃泡沫， 微孔泡沫，配方設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：蔣樹會(huì)，1953年生，安徽宿州人，高級(jí)工程師，已從事聚氨酯材料生產(chǎn)與研發(fā)38年，曾在外資企業(yè)的陶氏化學(xué)、 日本井上中國(guó)技術(shù)中心從事聚氨酯材料生產(chǎn)、技術(shù)與研發(fā)工作十幾年，此后在蘇州一統(tǒng)聚氨酯公司、浙江華峰集團(tuán)上海新材料研究院做聚氨酯技術(shù)開發(fā)工作多年。

聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料是指具有一定彈性并且比較柔軟的多孔或網(wǎng)狀泡沫（海綿）材料，它突出的性能是柔軟、回彈好、吸音、透氣、保溫、緩沖、吸能等，而且根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域還有各種不同特性。

聚氨酯軟質(zhì)泡沫自從1952年拜耳公司聚酯型軟質(zhì)泡沫（海綿）開始工業(yè)化生產(chǎn)至今，經(jīng)過60多年的發(fā)展，已經(jīng)在人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷嬉约昂芏喙I(yè)領(lǐng)域得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)軟泡的實(shí)際產(chǎn)量估計(jì)在300多萬噸。其主要制品的類型有防震材料，隔音材料，過濾材料，保暖材料，包裝材料，裝飾材料，服飾材料等。單就從生產(chǎn)的類型分類來說，聚氨酯軟質(zhì)泡沫主要包括：塊狀泡沫（普通海綿）、高回彈模塑泡沫、自結(jié)皮泡沫、慢回彈泡沫等。下面我要介紹的是屬于一類特殊聚氨酯軟質(zhì)海綿，具體產(chǎn)品如親（吸）水泡沫、非黃變泡沫和微孔片材海綿；這些也屬于軟質(zhì)聚氨酯泡沫，但與上述普通聚氨酯軟質(zhì)泡沫相比，都各自具有特殊的性能和應(yīng)用，也是人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)不可缺少的產(chǎn)品。本文對(duì)這些泡沫的基本原料、生產(chǎn)工藝與配方進(jìn)行介紹。

第一、親水聚氨酯軟質(zhì)泡沫的生產(chǎn)配方與工藝

1，其基本特點(diǎn)：對(duì)水有很大的親和力，吸水迅速而且吸水量大，柔軟度高（手感很好）、彈性好；微觀泡孔細(xì)膩而且呈網(wǎng)狀開孔結(jié)構(gòu)，另外其出色的生物親和力和血液相容性拓寬了它在化妝品和醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

2，目前應(yīng)用范圍：

親水聚氨酯泡沫的特性也就決定了它在某些領(lǐng)域會(huì)有很好的應(yīng)用，

（1）護(hù)理、生理用品 如臥床病人的褥墊，衛(wèi)生巾的輔料，

（2） 醫(yī)用輔料，外科手術(shù)輔料（吸收血液類似于藥棉的作用），

（3）外傷包扎輔料，如創(chuàng)可貼之類的醫(yī)用消炎用品等

（4）日用清潔塊、洗澡塊等，

（5）化妝護(hù)理用品，如粉撲等，

（6）特殊領(lǐng)域的吸收處理材料。

聚氨酯軟質(zhì)親（吸）水泡沫主要是其分子鏈本身具有含有氧化乙烯等類似鏈段結(jié)構(gòu)具有親水性；聚酯多元醇和聚醚多元醇只要含有這些或者類似的親水鏈段達(dá)到一定的程度，都可以做出吸水性的泡沫產(chǎn)品。

單從從材質(zhì)上說有聚醚型和聚酯型，只是根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用和具體要求來選擇合適的生產(chǎn)方法和原材料。

3，基本原材料：最常用的主要包括如下幾種，

（1），多元醇部分主要是聚醚多元醇，即高EO含量的聚醚多元醇，一般要求含量要達(dá)到50%以上，無規(guī)和嵌段共聚都可以，實(shí)際生產(chǎn)中無規(guī)較多，官能度 一般為2-3，分子量一般為 1000-8000都可以用，最常用2000-6000。

（2），聚乙二醇（PEG），分子量1000-6000，最常用1000-4000

（3），聚酯多元醇，己二酸系列，高含氧化乙烯類結(jié)構(gòu)的多元醇，官能度2-2.3，分子量 1000-2000

（4），小分子多元醇（擴(kuò)鏈劑或交聯(lián)劑），常用的有乙二醇， 二乙二醇，三乙二醇，丙三醇，TMP等。

（5），異氰酸酯： 這里異氰酸酯原料部分包括兩類

TDI-100，TDI-80，HDI，IPDI，HMDI

（6），其它助劑

表活劑：硅油系列：L-580， Y10366， B8715，B-8123等，

發(fā)泡劑：主要是水，

催化劑：有機(jī)錫類，常用如T-9， T-12，T-120，有機(jī)胺類，如A-33，五甲基二乙烯三胺, 二氮雜二環(huán)（2,2,2）辛烷等，

親水性樹脂：如聚丙烯酸鹽類，羥基纖維素等。

6，基本生產(chǎn)方法

目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)或者正在開發(fā)的工藝方法主要有兩種，一種是一步法（和普通PU泡沫的生產(chǎn)方法相同），另一種是兩步法即預(yù)聚體法。

這里簡(jiǎn)單介紹聚醚型兩步法的基本工藝（陶氏化學(xué)已經(jīng)有多種牌號(hào)的這類預(yù)聚體商品牌號(hào)在國(guó)際市場(chǎng)上全面推進(jìn)，NCO%含量從3%-13%）

典型的兩步法：

（1）預(yù)聚體合成基本配方

聚醚多元醇 0-100

小分子多元醇 0-10

催化劑 0.2-0.6

TDI 20-50（非黃變的可以采用HDI、IPDI、HMDI等）

NCO% 3-14%

（2）預(yù)聚體合成要點(diǎn)

（a）、多元醇部分必須預(yù)先高溫120℃真空脫水低于0.05%，

（b）、低活性異氰酸酯需要催化促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)程，

（c）、反應(yīng)溫度一般不能低于80℃，

（d）、粘度最好控制在8000 mpa.s/25℃以下，

（e）、對(duì)于不同脂肪族異氰酸酯活性不同，工藝條件需要調(diào)整。

（f）、采用HMDI預(yù)聚體做出的泡沫偏硬，吸水性能會(huì)有所降低，高度開孔結(jié)構(gòu)。

（2）泡沫發(fā)泡配方

預(yù)聚體 100

水 10以上 （根據(jù)要求調(diào)整）

硅油L580 0.5-2.0

聚醚或多元醇 0-30

其它助劑 2-7

（3），手工發(fā)泡工藝要點(diǎn)

攪拌速度3000-5000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間 4-8 秒，控制溫度 25-70℃。

（4），澆注機(jī)發(fā)泡要求

對(duì)計(jì)量齒輪泵要求精度較高，攪拌速度不低于5000轉(zhuǎn)/分（生產(chǎn)片材一般厚度2-5mm，寬度500mm），生產(chǎn)線需要烘道一般15-30米， 離型紙可以重復(fù)多次使用。

泡沫為開孔型結(jié)構(gòu)，孔徑約為120-250微米，常用密度范圍 一般為100-200（kg/m3）。

7，聚醚型親水泡沫的基本物理性能

（1）吸水性能

*MVTR測(cè)試指標(biāo)的物理意義：泡沫片材的單位時(shí)間面積的透水率（水蒸氣的透過能力），現(xiàn)在歐洲和美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)不一致，方法也不一樣，無法進(jìn)行換算，只能拿來樣品用同一方法測(cè)試才能進(jìn)行比較，但唯一的吸水速度指標(biāo)方法基本一致。

（2）力學(xué)性能

聚醚型的吸水泡沫有一個(gè)明顯缺陷那就是吸水后強(qiáng)度下降幅度較大。

對(duì)于PEG來說，通常分子量增大，吸水性增強(qiáng)，選擇1000-4000分子量為宜，否則粘度太大。

7，一步法聚酯型親水泡沫的發(fā)泡工藝

（）如果用手工間歇箱體發(fā)泡式生產(chǎn)的話，它與普通聚酯型海綿發(fā)泡方法基本相同，需要說明的是表活劑硅油必須是聚酯型泡沫專用，催化劑為有機(jī)錫，有機(jī)胺類催化劑通常采用嗎啉類的復(fù)合型的才比較合適。

聚酯型親水泡沫的有關(guān)物理及其吸水性能

* 上述測(cè)試的親水泡沫樣品是經(jīng)過處理過的，處理方法是將泡沫在一定溫度、時(shí)間內(nèi)進(jìn)行堿液浸泡處理。

第二、不變黃海綿軟質(zhì)泡沫的生產(chǎn)配方與發(fā)泡工藝

1，目前大宗的聚氨酯軟質(zhì)泡沫（海綿）都是易黃變的，那么現(xiàn)在大家所說的耐黃變泡沫通常是指在發(fā)泡生產(chǎn)時(shí)添加了抗氧劑、熱穩(wěn)劑和光穩(wěn)劑，這樣能暫時(shí)緩解一下泡沫變黃的速度；容易黃變主要是因?yàn)槠渲械漠惽杷狨ド系谋江h(huán)可以被逐步氧化成醌型結(jié)構(gòu)而呈黃色，另外泡沫大分子鏈中含有羰基、氨基、偶氮基、烯基等發(fā)色基團(tuán)，當(dāng)光線射入后會(huì)進(jìn)行選擇性吸收，并發(fā)射一定波長(zhǎng)的光，導(dǎo)致一定程度的軟質(zhì)泡沫黃變。

2，解決黃變的有效解決方案

其中最有效的辦法就是要采用不變黃的脂肪族的異氰酸酯進(jìn)行發(fā)泡，脂肪族異氰酸酯，如IPDI，HDI和HMDI等，這些異氰酸酯所形成的氨酯鍵比較穩(wěn)定，退一步說即使被分解成脂肪胺也沒有苯環(huán)共軛結(jié)構(gòu)，不會(huì)形成助色基團(tuán)，并且脂肪胺本身也不易被氧化，不易導(dǎo)致泛黃；因此選用脂肪族異氰酸酯可顯著降低泡沫的泛黃性。

3，脂肪族異氰酸酯發(fā)泡的技術(shù)難點(diǎn)

其實(shí)多年來很多人進(jìn)行過這方面的發(fā)泡生產(chǎn)嘗試，但是大多數(shù)人都或多或少的遇到一些技術(shù)難題，那就是脂肪族的異氰酸酯普遍活性偏低，發(fā)泡過程比較難控制，操作范圍或者叫做寬容度很窄，難以做出符合要求的軟質(zhì)泡沫，在發(fā)泡過程中常常出現(xiàn)的難題是：塌泡或者局部塌泡、粗泡、表面粉化或者會(huì)閉孔，更嚴(yán)重塊泡收縮。

這里需要說明的是采用脂肪族異氰酸酯發(fā)泡而成的泡沫海綿實(shí)際并不是永遠(yuǎn)一點(diǎn)都不會(huì)變黃，而是在長(zhǎng)期的光、水、熱條件下也會(huì)非常緩慢地發(fā)生氧化變黃，只是這類的泡沫的黃變速度很低，好像給人們的感覺似乎不變黃。

4，主要原料與助劑

（1），多元醇：

聚醚多元醇 聚醚210， 220， 560s 等

高活性聚醚多元醇，分子量4500-6000， 如330N， 4701等。

小分子多元醇 乙二醇，丙二醇，丁二醇，DEG，DPG，

（2），異氰酸酯常用的有HDI、IPDI、HMDI，

（3），催化劑，主要是兩類催化劑， 其一就是有機(jī)胺類，有發(fā)泡型和凝膠型，可以使用的主要有：三乙烯二胺，五甲基二乙烯三胺，五甲基二丙烯三胺，三乙胺，二氮雜二環(huán)（2,2,2）辛烷，二甲基環(huán)己胺，2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚等；金屬類催化劑主要有：辛酸亞錫，有機(jī)鉍，有機(jī)鋯，有機(jī)鈦，有機(jī)鈷。

（4），表活劑，主要包括高活性和中活性兩種，如L-580，B-8123，B-8002，L-6900，DC-4900，DC-5169，B-8681，Y-10366。

（5），發(fā)泡劑，水及其物理發(fā)泡劑

5、基本配方

高活性聚醚多元醇 90-100

聚醚560s 0-10

小分子多元醇 0-10

IPDI 25-45

水 1.5-2.5

硅油B 8123 1.0-2.0

上述胺催化劑 0.2-1.5

金屬鹽催化劑 0.5-1.75

開孔助劑 0.5-3.0 （高回彈用開孔劑如KF-28）

6，發(fā)泡工藝

不同的人或地區(qū)，可能發(fā)泡的工藝方法各有不同，主要是配方、催化劑選擇與用量不盡相同，方案或方法不是唯一的，我這里方法僅可供參考。

高活性聚醚和其它助劑預(yù)先常溫混合均勻，然后倒入IPDI攪拌6-15秒均勻后倒入預(yù)先預(yù)熱的發(fā)泡箱內(nèi)，最好是采用不低于30℃烘箱保溫并發(fā)泡，20-30分鐘后將塊泡推出并經(jīng)室溫熟化24小時(shí)即可切割。泡孔均勻細(xì)膩，強(qiáng)度高，彈性好，不會(huì)粉化，一般不會(huì)收縮，微量收縮時(shí)需要輕度按壓一下即可。需要特別提醒不要使用接枝聚醚多元醇。

7，不同脂肪族異氰酸酯與羥基的反應(yīng)活性區(qū)別

這是脂肪族異氰酸酯泡沫發(fā)泡生產(chǎn)的的技術(shù)難點(diǎn)，技術(shù)的關(guān)鍵是在配方與催化劑的選擇與調(diào)整上，這里面還是有些技術(shù)訣竅的。

8，泡沫的抗黃變性能

根據(jù)ASTM-D-1148耐黃變測(cè)試方法，測(cè)試條件是：50℃，300瓦疝燈光照結(jié)果：

從上表的測(cè)試結(jié)果就能看出脂肪族異氰酸酯泡沫的耐黃變性能是比較優(yōu)秀的。

第三、談?wù)勎⒖总涃|(zhì)泡沫材料的發(fā)泡生產(chǎn)配方與工藝

1，微孔軟泡的應(yīng)用

這里需要說明的是微孔泡沫不是指的微孔PU彈性體（如鞋底、鞋墊、高鐵墊片、輪胎、汽車彈簧之類的泡沫），而是一種柔軟的高密度的聚氨酯泡沫片材，是屬于特種聚氨酯軟泡，比較典型的泡孔結(jié)構(gòu)如圖-1。

這種聚氨酯軟質(zhì)泡沫片材已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在通訊、計(jì)算機(jī)、家用電器、數(shù)碼產(chǎn)品、其它電子產(chǎn)品、鞋材、醫(yī)療器材、五金等作為密封、減震、墊材使用。

2，突出特點(diǎn)

高密封性，高能量吸收性（高緩沖性)，高尺寸穩(wěn)定性。

優(yōu)異的抗壓縮形變，耐水，耐高溫，耐老化，環(huán)保無污染等。

3，密度與規(guī)格

這種軟質(zhì)泡沫密度一般在240-480kg/m3之間，泡沫的孔徑一般在100-250微米，不同的應(yīng)用領(lǐng)域或不同的產(chǎn)品有不同的密度、厚度和硬度以及微孔泡沫的開、閉孔程度等，性能也有區(qū)別；如泡沫閉孔率高的密封、防水、防塵效果比較突出；微孔開孔率高的彈性好，壓縮變形型小；厚度一般從0.1-6mm不等的規(guī)格共選用，具體詳細(xì)規(guī)格會(huì)有很多。

4，類似的國(guó)內(nèi)外典型產(chǎn)品

有羅杰斯的PORON品牌，還有日本井上poron，韓國(guó)SK、GMC的類似的產(chǎn)品。

典型的幾種微孔軟泡片材的物理性能（以poron為例）

6，材料與配方組成

（1），羥基組分的基本組成： 聚酯多元醇 16-30

聚醚多元醇 0-50

聚合物聚醚多元醇 20-40

小分子多元醇 1.5-16

表活劑（硅油） 0.1-1.0

色膏 0.5-3.0 （主要為炭黑色膏）

抗氧劑 0.2-0.4

固體粉料 0-20 （二氧化硅，氫氧化鋁，）

阻燃劑 適量（根據(jù)要求）

有機(jī)金屬催化劑 適量

有機(jī)胺類催化劑 0-0.5

（對(duì)于不同規(guī)格的產(chǎn)品或牌號(hào)，所用上述各個(gè)多元醇的比例不同（主要是通過調(diào)整不同多元醇的比例，當(dāng)量的不同，分子鏈結(jié)構(gòu)的不同來調(diào)整微孔泡沫的相關(guān)物理性能以滿足不同的用途）。

（2），異氰酸酯組分的組成：

改性MDI 30-65

液化MDI 10-30

粗MDI 5-30

異氰酸酯發(fā)泡指數(shù)： 1.0

7，基本成型工藝

這種發(fā)泡工藝不同于普通的用水化學(xué)發(fā)泡或者普通物理發(fā)泡劑（如二氯甲烷等）發(fā)泡工藝，而是采用永久氣體注入式發(fā)泡的方法，基本生產(chǎn)工藝采用多組分低壓機(jī)械澆注于傳送帶離型紙上并經(jīng)連續(xù)刮成均勻厚度一致再經(jīng)烘道恒溫凝膠固化成型，產(chǎn)品成卷再經(jīng)過后熟化而成；獨(dú)特的發(fā)泡工藝決定了材料的突出性能。

技術(shù)的重點(diǎn)：

有機(jī)金屬鹽類催化劑合適的控制反應(yīng)速度。

嚴(yán)格溫度控制也是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。

8，微孔泡沫的后處理

主要是采用一些光亮型的表面上光劑，常為丙烯酸型的涂料。