聚氨酯發(fā)泡膠（PU泡沫）的主要成分是聚氨酯，原料主要為多異氰酸酯和多元醇，通過加入適當(dāng)?shù)闹鷦?/font>——其中最重要的助劑便是與發(fā)泡相關(guān)的一系列發(fā)泡助劑——使得反應(yīng)產(chǎn)物中生成大量泡沫，從而得到聚氨酯發(fā)泡膠產(chǎn)品。本文將簡單介紹一下生產(chǎn)PU泡沫的原料以及發(fā)泡助劑。

一、多異氰酸酯

聚氨酯發(fā)泡膠工業(yè)生產(chǎn)中最常用的多異氰酸酯有甲苯二異氰酸酯（TDI）、多亞甲基多苯基異氰酸酯（PAPI）、二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）以及液化MDI（L-MDI）等。

TDI在泡沫塑料行業(yè)主要用于生產(chǎn)聚氨酯軟泡。MDI的反應(yīng)活性比TDI大，揮發(fā)毒性較小，某些液化改性MDI可作為TDI的替代品應(yīng)用于聚氨酯軟泡的生產(chǎn)，如高密度聚氨酯軟泡和半硬泡或微孔聚氨酯彈性材料的制造。

PAPI又稱粗MDI、聚合MDI，典型的PAPI產(chǎn)品平均分子量最在30~400范圍，其NCO質(zhì)量分數(shù)為31%~32%。低黏度PAPI的平均官能度一般在2.5~2.9之間。

在泡沫塑料領(lǐng)域，PAPI以及改性PAPI主要用于生產(chǎn)各種聚氨酯硬泡，少量用于生產(chǎn)高回彈軟泡、整皮泡沫、半硬泡。PAPI可與TDI混用，制造冷熟化、高回彈泡沫塑料。

二、聚醚和聚酯多元醇

1、聚醚多元醇

用于生產(chǎn)聚氨酯軟泡的聚醚多元醇一般是長鏈、低官能度聚醚。軟泡配方中聚醚多元醇官能度一般為2~3，平均分子量在2000~6500之間。在軟泡中用得最多的是聚醚三醇，一般以甘油（丙三醇）為起始劑，由1，2-環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合或與少量環(huán)氧乙烷共聚而得到，分子量一般在3000~7000。

其中高活性聚醚主要用于高回彈軟泡，也可用于半硬泡等泡沫制品。少量聚醚二醇可作為輔助原料，與聚醚三醇在軟泡配方中混合使用。低不飽和度、高分子量的聚醚多元醇可用于柔軟泡沫的生產(chǎn)，降低TDI的用量。

用于硬泡配方的一般是高官能度、高羥值聚醚多元醇，如此才能產(chǎn)生足夠的交聯(lián)度和剛性。硬泡聚醚多元醇的羥值一般為350~650mgKOH/g，平均官能度在3以上。一般的硬泡配方多以兩種聚醚混合使用，平均羥值在4000mgKOH/g左右。

半硬泡配方一般會使用部分高分子量聚醚，特別是高活性聚醚多元醇和部分高官能度、低分子量的硬泡聚醚。

2、聚酯多元醇

普通的低黏度脂肪族聚酯多元醇例如羥值為56mgKOH/g左右的聚己二酸二甘醇酯二醇，或略帶少量支鏈的聚酯多元醇，可以用于制造聚酯型聚氨酯軟泡。聚酯多元醇反應(yīng)活性高。目前聚酯型PU塊狀泡沫僅用于服裝輔材等少量領(lǐng)域。

以二元酸（如苯酐、對苯二甲酸等）和小分子二醇（二甘醇等）或多元醇為原料合成的芳香族多元醇，其中高羥值的可用于生產(chǎn)聚氨酯硬泡和聚異氰脲酸酯硬泡。較低羥值的苯酐聚酯醇還可用于高回彈軟質(zhì)泡沫塑料、整皮泡沫和半硬泡，以及非泡沫聚氨酯材料。

3、聚合物多元醇

聚合物多元醇（接枝聚醚多元醇）中含剛性的苯乙烯、丙烯腈均聚物及共聚物和接枝聚合物，這些乙烯基聚合物起類似有機“填料”的作用，提高承載性能。

聚合物多元醇可用于生產(chǎn)高硬度軟質(zhì)塊泡、高回彈泡沫、熱模塑軟泡、半硬泡、自結(jié)皮泡沫、反應(yīng)注射模塑（RIM）制品等，可減少制品厚度、降低泡沫密度而降低成本，還可增加泡沫塑料的開孔性，并賦予制品一定的阻燃性能。

聚脲多元醇（PHD分散體）也是一種特殊聚合物改性多元醇，可用于高回彈軟泡、半硬泡、軟泡，目前市場上產(chǎn)品很少。

還有一些特殊多元醇用于生產(chǎn)聚氨酯發(fā)泡膠，如植物油多元醇、松香聚酯多元醇、聚合物聚酯多元醇。

三、發(fā)泡助劑

發(fā)泡助劑在聚氨酯發(fā)泡膠制造中必不可少，包括催化劑、泡沫穩(wěn)定劑（勻泡劑）、發(fā)泡劑等，還有一些助劑是可選的，在有需要的時候使用，如阻燃劑、擴鏈劑/交聯(lián)劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、泡沫軟化劑、開孔劑、填料、色漿、抗靜電劑、水解穩(wěn)定劑、泡沫組合料貯存穩(wěn)定劑等。

1、發(fā)泡劑

水是聚氨酯材料生產(chǎn)中重要的發(fā)泡劑，它屬于化學(xué)發(fā)泡劑，通過與異氰酸酯反應(yīng)生成的二氧化碳氣體，使黏彈性的泡沫物料膨脹、發(fā)泡、固化，得到各種聚氨酯發(fā)泡膠。

由于二氧化碳熱導(dǎo)率較高，并且滲透性較強，因此對于要求有高絕熱性能的硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡膠配方，必須使用物理發(fā)泡劑。因為硬泡生產(chǎn)中的物料混合初期，在數(shù)十秒內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，它需要發(fā)泡劑吸收部分熱量，同時發(fā)泡劑的氣化使泡沫膨脹發(fā)泡。

在聚氨酯軟泡生產(chǎn)中，為了獲得低密度的柔軟泡沫塑料，同時不能因水量過多而引起泡沫僵硬，一般需控制水的用量，添加適量的物理發(fā)泡劑作為輔助發(fā)泡劑。

CFC-11（三氯一氟甲烷）在20世紀20年代末實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于CFC-11具有不燃、沸點適宜、易于氣化、氣相熱導(dǎo)率低、毒性低、與聚氨酯原料相容性好、無腐蝕性、價格低、發(fā)泡工藝簡單等特點，是聚氨酯發(fā)泡膠生產(chǎn)中非常理想的發(fā)泡劑。

自20世紀60年代至90年代初，CFC-11廣泛用作聚氨酯發(fā)泡膠的發(fā)泡劑。但在20世紀70年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)散發(fā)在大氣中的CFC-11可緩慢破壞臭氧層，引起了全球環(huán)保學(xué)家的重視。目前作為CFC-11的替代物的主要發(fā)泡劑類型有HCFC（氫氯氟烴）、HFC（氫氟烴）、HC（烷烴）、液態(tài)CO2及水等。

2、泡沫穩(wěn)定劑

生產(chǎn)聚氨酯發(fā)泡膠時，泡沫穩(wěn)定劑（或稱勻泡劑）是一個不可缺少的組分。它能增加各組分的互溶性，起著乳化泡沫物料、穩(wěn)定泡沫和調(diào)節(jié)泡孔的作用。泡沫穩(wěn)定劑屬于表面活性劑，有非硅系化合物以及有機硅化合物兩類。

目前使用的泡沫穩(wěn)定劑大多是聚硅氧烷氧化烯烴嵌段共聚物，屬于聚醚改性有機硅表面活性劑，行業(yè)有時俗稱“硅油”。由于這類表面活性劑的結(jié)構(gòu)組成變化范圍廣，使用效果良好，目前聚氨酯發(fā)泡膠行業(yè)已廣泛采用聚醚改性有機硅表面活性劑作為泡沫穩(wěn)定劑。

3、開孔劑

獲得開孔聚氨酯發(fā)泡膠的方法:

采用合適的催化劑，使得凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)達到所需的平衡，在泡沫物料上升到最高點時泡孔的壁膜強度不足以把氣泡封閉在內(nèi)，氣體破壁而出，形成開孔的泡沫結(jié)構(gòu);

采用合適的聚醚多元醇原料，形成開孔泡沫;

當(dāng)催化劑和主原料不足以解決問題時，采用少量的開孔劑，使得水發(fā)泡形成的脲分散，以獲得一定開孔率的泡沫塑料。

開孔劑是一類特殊的表面活性劑，一般含疏水性和親水性鏈段或基團，它的作用是降低泡沫的表面張力，促使泡孔破裂，提高聚氨酯發(fā)泡膠的開孔率，改善因閉孔造成的軟質(zhì)、半硬質(zhì)、硬質(zhì)泡沫塑料制品收縮等問題。

通常的聚氨酯硬泡由于交聯(lián)密度高，發(fā)泡中泡孔壁膜強度大，一般是閉孔的泡孔結(jié)構(gòu)，但添加開孔劑，可制造開孔硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡膠，用于消音、過濾等用途。

早期疏水性的液體石蠟、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷等可用作泡沫穩(wěn)定劑和開孔劑，石蠟分散液、聚氧化乙烯也可用作開孔劑，目前多采用特殊化學(xué)組成的聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物等作為開孔劑。

4、軟化劑

在高水量配方聚氨酯軟泡生產(chǎn)中采用軟化劑，可以抑制過多的脲基帶來的泡沫體僵硬問題。泡沫軟化改性劑具有軟化效果，采用軟化劑可以降低異氰酸酯用量進而降低泡沫硬度，用于軟質(zhì)聚氨酯發(fā)泡膠的生產(chǎn)。商品軟化劑一般含有特殊聚醚、特殊多元醇和水等成分。

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