高回弹聚氨酯泡沫体影响性能的研究

（鞍山市城乡规划设计研究院有限公司 辽宁 114001）

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]。聚氨酯泡沫体是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。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]。

高回弹聚氨酯泡沫体作为一种重要的聚氨酯合成材料，因其具有良好的物理机械性能，极高的回弹性而广泛地应用于汽车和摩托车、飞机座椅和高档家具等越来越多的领域。相比于普通软泡，高回弹泡沫具有较好的弹性，较好的舒适性能和持久性[3]。

本文采用聚醚多元醇组合料与异氰酸酯进行反应，着重考察异氰酸酯指数、发泡剂用量、催化剂用量等因素对聚氨酯回弹性能的影响。

1.实验部分

(1)聚氨酯泡沫体的制备工艺

将80%的聚醚多元醇A，15%的聚醚多元醇B，5%的聚醚多元醇C混合作为聚醚多元醇组合料。其中，聚醚多元醇A官能度2.8，当量大约为1700，是纯环氧丙烷的均聚物，伯羟基含量达到90%以上。聚醚多元醇B具有3.7官能度，当量大约为865，是纯环氧丙烷均聚物。聚醚多元醇C具有2.8官能度，当量大约为285，是环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物。

聚氨酯泡沫体的制备工艺如下：发泡温度20℃±2℃，将聚醚多元醇组合料与0.15%-0.4%的锡类催化剂、2%-4.5%的发泡剂、0.8%的稳定剂混合后搅拌，静置后加入异氰酸酯指数为95-120的异氰酸酯进行发泡，得到高回弹聚氨酯泡沫体。

2.结果与讨论

(1)TDI对聚氨酯泡沫体的影响

本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI 80/20）与聚醚多元醇组合料加入助剂进行发泡。分别取异氰酸酯指数为0.95、1.0、1.05、1.1、1.15、1.2进行6组对比实验，其他条件不变。

表1 制备聚氨酯泡沫体时的组分及配比

表2 聚氨酯泡沫塑料性能表

通过上述实验结果：TDI用量对泡沫性能有很大影响，在生产软质块状泡沫时，一般异氰酸酯指数为105-115。在此范围内，TDI指数增大，泡沫硬度增大，撕裂强度变小，拉伸强度变小，断裂伸长率变小。若TDI指数过高，则会形成大孔和闭孔，熟化时间过长，还会引起泡沫烧芯；若TDI指数过低，则易产生裂纹，回弹性差，强度差，压缩永久变形较大。根据上述结果，以下实验取异氰酸酯指数为1.1。

其中，聚氨酯泡沫体密度根据ATSM-3574-TEST-A测试测量。

聚氨酯泡沫体硬度根据DIN 53543测试测量。

聚氨酯泡沫体回弹性测定根据ATSM-D-3574-H落球回弹试验测量。回弹性是指感觉到弹性的泡沫的品质，根据规程，此落球回弹测试测量当在指定条件落下时，已知重量的下落钢球从泡沫体表面回弹的高度，用最初降落高度的百分比表示结果。

聚氨酯泡沫体拉伸强度根据ATSM D-3574测定，并以kPa报告。

聚氨酯泡沫体撕裂强度根据ATSM D-3574测定，并以N/cm报告。

聚氨酯泡沫体伸长率根据ATSM D-3574测定，并以%报告。（下同）

(2)发泡剂用量对聚氨酯泡沫体的影响

本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI 80/20）与聚醚多元醇组合料加入物理发泡剂水进行发泡，其中异氰酸酯指数取1.10。分别取发泡剂水的用量为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5进行6组对比实验，其他条件不变。

表3 制备聚氨酯泡沫体时的组分及配比

表4 聚氨酯泡沫塑料性能表

通过上述实验可以发现：水和TDI反应生成的二氧化碳是软泡发泡中使用的主要发泡剂，增加配方中水用量将会提高脲的含量，加大泡沫的硬度，降低泡沫密度，泡沫载荷能力下降。但是，TDI和水反应生成大量热，水用量过高，会使泡沫出现烧芯或燃烧。因此下面实验取水的用量为3.5。

(3)催化剂用量对聚氨酯泡沫体的影响

本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI 80/20）与聚醚多元醇组合料加入胺类催化剂和锡类催化剂的共同作用下进行发泡。在实际生产中，一般不改变胺催化剂用量，而是通过改变辛酸亚锡用量，来调整发泡反应和凝胶反应的平衡状态。因此取异氰酸酯指数1.1，物理发泡剂水的用量为3.5，胺类催化剂A1用量为0.1，胺类催化剂A33用量为0.15。锡类催化剂用量分别为0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45进行6组对比实验。

表5 制备聚氨酯泡沫体时的组分及配比

表6 聚氨酯泡沫塑料性能表

三乙烯二胺（A33）是软泡生产中最重要的叔胺催化剂，它有60%功效用于促进异氰酸酯与水反应，即发泡反应。

3.结论

本文采用聚醚多元醇组合料与异氰酸酯进行反应，着重讨论了异氰酸酯指数、发泡剂用量、催化剂用量对聚氨酯回弹性能的影响。通过配方优化比选，得到了高回弹聚氨酯泡沫体。该聚氨酯泡沫体具有高回弹率、柔软性好、舒适度高等特点，成本低廉且符合国家环保要求，具有重要的社会经济效益和环境效益。