无色分散剂在聚合物多元醇中的应用研究

赵宝成 魏素玲 朱侣臣 刘三会 戚渭新

(淮安巴德聚氨酯科技有限公司 江苏淮安 223000)

聚合物多元醇(POP)是制造高回弹聚氨酯软泡的主要原料。在制造泡沫的配方中加入聚合物多元醇可提高泡沫的承载性。POP中聚合物超细粒子对聚氨酯(PU)基体起着活性填料的增强作用,可提高聚氨酯软泡的模量、拉伸强度、撕裂强度和硬度等。POP还可改善发泡成型性,增加开孔率、回弹性和尺寸稳定性。由POP制成的聚氨酯软泡材料主要分为块状软泡和模塑泡沫材料,用途广泛。其中,聚氨酯块状泡沫材料用于地毯、家具和床上用品,聚氨酯模塑泡沫材料则主要用于汽车和飞机工业[1-2]。

POP的质量直接影响到PU制品的质量,性能优异的POP具有较高的固含量(即乙烯基单体含量)和较低的黏度。最初的POP合成工艺是在基础聚醚中，在引发剂的作用下加入苯乙烯和丙烯腈单体聚合，制成分散着聚合颗粒的非均相乳液,固含量不高于25%。当在配方中引入分散剂时,可制成固含量高于40%的POP[3-5]。传统多采用马来酸酐型分散剂,但合成的POP性能一般。

本实验采用具有特殊双键结构、低黏度、无色透明分散剂BDF-4,采用预聚体法合成普通聚合物多元醇,得到的POP不仅黏度低、粒子细腻,而且与水混溶性好。用这种POP制备的聚氨酯泡沫在拥有相对低的密度的同时,具有相对较高的强度与承载力。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇KGF3010(羟值54～58 mgKOH/g),南京金浦锦湖化工有限公司;胺类催化剂A33,赢创工业集团;匀泡剂L-580,迈图高新材料集团;多亚甲基多苯基异氰酸酯(牌号PM-200),万华化学集团股份有限公司;甲苯二异氰酸酯(TDI),沧州大化股份有限公司;分散剂BDF-3、分散剂BDF-4,淮安巴德聚氨酯科技有限公司;分散剂A、分散剂B,市售。以上均为工业级。

丙烯腈、苯乙烯、异丙醇、二乙醇胺(DEOA),化学纯,国药集团化学试剂有限公司;偶氮二异丁腈(AIBN),化学纯,上海试四赫维化工有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乙烯基预聚体(PFS)的合成

将计量中部分异丙醇加入装有搅拌器、温度计的2 L不锈钢反应釜中,在氮气保护下加热至100 ℃。在搅拌下,匀速滴加配制好的分散剂、苯乙烯、丙烯腈、AIBN和剩余部分异丙醇的混合溶液。加料完毕后反应一定时间,降温出料。

1.2.2 聚合物多元醇(POP)的合成

将计算量的小部分聚醚KGF3010加入装有搅拌器、温度计的2 L不锈钢反应釜中,在氮气保护下加热至120 ℃。在搅拌下,匀速滴加配制好的聚醚KGF3010、苯乙烯、丙烯腈、AIBN和乙烯基预聚体PFS混合液。加料完毕,在120 ℃老化吸收60 min,通氮气鼓泡脱除未反应的单体,用过滤网过滤后出料,得到POP。

1.2.3 聚氨酯软泡的制备

聚氨酯软泡的配方见表1。

表1 聚氨酯软泡的基本配方

分别采用4种分散剂合成的POP制备聚氨酯软泡。按表1配方将聚醚多元醇KGF3010、POP、水、A33、L-580和DEOA混合均匀,加入TDI与PM-200的混合物,搅拌数秒倒入纸箱内发泡,泡沫熟化后取出,放置48 h后测试泡沫各项性能[6]。

1.3 分析及测试

羟值按照GB/T 12008.3—2009的方法测试;黏度按照GB/T 12008.7—2010的方法测试;密度按照GB/T 6343—2009的方法测试;回弹性能按照GB/T 6670—2008的方法测试;拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T 6344—2008的方法测试;压陷硬度按照GB/T 10807—2006的方法测试。

POP与水的相容性测试:取100 g POP于200 mL烧杯中,常温下加入5 g水,用玻璃棒快速搅拌,观察POP的变化并测定黏度。

2 结果与讨论

2.1 聚合物多元醇分散剂的黏度对比

分别测试BDF-4、BDF-3、分散剂A、分散剂B在25 ℃的黏度，黏度数据及外观见表2。

由表2可知,BDF-4的黏度明显低于其他3种分散剂,输送便利且使用方便;其次,由于BDF-4双键结构的特殊性,其外观为无色透明液体;其余3种均为马来酸酐型分散剂,色泽呈深黄色。

表2 分散剂的黏度及外观对比

2.2 分散剂对中间体PFS性能的影响

分别以BDF-4、BDF-3、分散剂A与分散剂B为原料合成乙烯基聚合物质量分数为15%的PFS,测试4种PFS的各项指标，结果见表3。

表3 不同分散剂对中间体PFS性能的影响

由表3可知,在合成相同乙烯基聚合物含量的PFS时,由BDF-4合成的PFS-1的黏度明显低于其他3种分散剂合成的,而PFS的黏度直接关系到所合成POP的黏度。另外，从外观可以看出,因BDF-4为无色透明液体,所以其合成的PFS-1为乳白色液体,而其他PFS颜色发黄,从PFS的指标可知BDF-4比其他市售同类分散剂更优。

2.3 分散剂种类对POP性能的影响

以KGF3010为基础聚醚多元醇,分别以BDF-4、BDF-3、分散剂A与分散剂B合成的PFS来合成45%固含量的POP产品,PFS质量分数均为15%,测试合成的POP产品各项物化性能,结果见表4。

表4 不同预聚体对POP产品性能的影响

由表4可知,合成44.5%～45.0%固含量的POP时,基于BDF-4合成的PFS-1制备的POP-1黏度比其他分散剂合成的POP低1 000 mPa·s以上。结合表3可见,PFS的黏度越低,则聚合物多元醇的黏度也相对较低。POP-1的100目过网时间也短。从POP与水的混溶性可见,POP-2、POP-3以及POP-4与少量水混合后,都变成膏状体,基本无流动性,黏度很高,而POP-1与水混合后黏度变化很小,流动性好,用于后期制造软泡时容易混配均化。可见用BDF-4合成的POP性能更优。

2.4 不同分散剂合成的POP制备的软泡性能比较

参照国家标准,制备泡沫测试标准的软泡样片,测试的性能指标与结果如表5所示。

表5 不同分散剂合成的POP制备的软泡性能

从表5可知,采用BDF-4合成的POP所制备的泡沫的拉伸强度及压陷硬度要优于其他3种分散剂合成的POP制备的软泡，具有较高的承载性能;断裂伸长率、密度和回弹率与基于其他3种分散剂的POP所制泡沫的性能相当。因此,由分散剂BDF-4合成的POP性能较好,所制备的泡沫具有较好的承载力。

3 结论

(1)使用无色分散剂BDF-4合成的乙烯基预聚体与其他分散剂合成的乙烯基预聚体相比,具有更低的黏度,且为乳白色,利于POP的色泽。

(2)用基于BDF-4的乙烯基预聚体合成的POP产品,黏度比其他同类产品低1 000 mPa·s以上,过网时间明显较短,粒子更加细腻。

(3)基于BDF-4的POP产品与少量水混溶性很好,黏度较低,利于后期的发泡操作。

(4)与其他同类产品相比,使用BDF-4合成的POP所制备的软质聚氨酯泡沫具有较好的承载力。