CN102408538A - 一种聚氨酯软质泡沫及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚氨酯软质泡沫，包括质量比为1:1～1.5的多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水2～5份；物理发泡剂0～10份；胺催化剂0.2～1份；锡催化剂0.1～0.5份；有机硅类表面活性剂0.5～1.5份；发泡调节剂1～10份；以重量份计；所述异氰酸酯组分为二元、三元或多元异氰酸酯物质中的任意一种或几种。本发明还公开这种聚氨酯软质泡沫的生产方法。通过在本发明产品组分中加入物理发泡剂，使得产品配方宽容度增大，物性提高，生产稳定，解决了现有配方宽容度窄，生产不稳定，泡沫闭孔和/或易开裂，且难于调整等问题，还提高了泡沫的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯软质泡沫及其生产方法。
背景技术
聚氨酯软质泡沫塑料，简称聚氨酯软泡，是一种具有一定弹性的柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一种聚氨酯产品。
聚氨酯软泡多为开孔结构，具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。
按软硬程度，即耐负荷性能的不同，聚氨酯软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高承载软泡、高回弹软泡等，其中高回弹软泡、高承载软泡一般用于制造座垫、床垫。按生产工艺的不同，聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡，块状软泡是通过连续法工艺生产出大体积泡沫再切割成所需形状的泡沫制品。这类块泡主要用于各种家具的座垫、靠背和扶手；用作全泡汪体的床垫和内弹簧床垫的上衬垫；用于各类车辆的座垫和靠垫等。块泡的概略应用分布如下：各种家具垫料占40%；床垫占25%；运输业占20%；其他占25%。
聚氨酯软泡的主要用途包括以下几个方面：
垫材：如座椅、沙发、床垫等，聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料，垫材也是软泡用量最大的应用领域。
吸音材料：开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能，可用作室内隔音材料。
传统的聚醚多元醇的生产是环氧化物（环氧丙烷，环氧乙烷）在KOH作用下按阴离子聚合机理进行，在聚合中存在两种竞争性反应：（1）在环氧丙烷上的开环聚合生产聚醚多元醇；（2）碱作用甲基产生副反应，生成烯丙醇。而烯丙醇可形成较高的不饱和度，使聚醚的实际官能度减低，分子链的增长受到限制，最终造成聚氨酯软质泡沫性能的减低。
为了解决上述问题，现在很多聚醚多元醇生产厂家采用了一种由含双金属催化剂制备的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇。所述的双金属通常为锌和钴或铁等，常用的原料为氯化锌和钴氢化钾等，一般方法为把钴氢化钾的水溶液滴加到氯化锌的水溶液中，通过配合，形成具有完好结晶性的钴氢化锌配合物。使用上述双金属催化剂制备上述聚醚多元醇的方法为：由甘油为起始剂，由环氧丙烷开环聚合而得到的聚醚多元醇。该方法制备的聚醚多元醇很好地解决了传统的聚醚多元醇带来的以上问题。然而，由于国内泡沫生产企业无论从配方到生产工艺都习惯于传统方法生产的聚醚多元醇的使用，在使用新方法（双金属催化剂）生产的聚醚多元醇时，常常出现配方宽容度窄，生产不稳定，泡沫闭孔和/或易开裂，且难于调整等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种配方宽容度宽、生产稳定、泡沫机械性能好的聚氨酯软质泡沫。
本发明的另一目的在于提供这种聚氨酯软质泡沫的生产方法。
技术方案：本发明所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1～1.5；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水2～5份；物理发泡剂0～10份；胺催化剂0.2～1份；锡催化剂0.1～0.5份；有机硅类表面活性剂0.5～1.5份；发泡调节剂1～10份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；
所述异氰酸酯组分为二元、三元或多元异氰酸酯物质中的任意一种或几种，比较优选的如甲苯二异氰酸酯或4,4’—亚甲基二亚苯基二异氰酸酯；所述甲苯二异氰酸酯优选为2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6--甲苯二异氰酸酯按重量比为80：20或65：35的比例组成的混合物。
所述物理发泡剂为低沸点类物质，如二氯甲烷、三氯一氟甲烷（F11）、二氯二氟甲烷（F12）、三氯三氟乙烷（F113）、二氯一氟乙烷（HCFC-141b）、丁烷、异丁烷、戊烷或环戊烷中的任意一种或几种。
所述胺催化剂优选为二亚乙基三胺、三亚乙基二胺、二（2,2—二甲氨基）乙基醚或四甲基二亚乙基三胺中的任意一种或几种。
所述锡催化剂优选为二乙酸二丁锡、辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的任意一种或几种。
所述有机硅类表面活性剂优选为聚硅氧烷与聚氧化烯烃的共聚物，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体。
所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为30～400mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
所述的聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1～1.5的比例高速搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明方法工艺简单，易操作；通过在本发明产品组分中加入物理发泡剂，使得产品配方宽容度增大，物性提高，生产稳定，解决了现有配方宽容度窄，生产不稳定，泡沫闭孔和/或易开裂，且难于调整等问题，还提高了泡沫的机械性能。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
对比例：一种聚氨酯软质泡沫：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1.5；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水3份；物理发泡剂（二氯甲烷）8份；胺催化剂（二亚乙基三胺）0.5份；锡催化剂（二乙酸二丁锡）0.2份；有机硅类表面活性剂（可以从市场上直接购得，其市售牌号为L580，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体）1.0份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；该聚醚多元醇可以从市场上购得，其销售牌号为KGF3010M；
所述异氰酸酯组分为4,4’—亚甲基二亚苯基二异氰酸酯。
聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1.5的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
实施例1：一种聚氨酯软质泡沫：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1.5；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水3份；物理发泡剂（二氯甲烷）8份；胺催化剂（二亚乙基三胺）0.5份；锡催化剂（二乙酸二丁锡）0.2份；有机硅类表面活性剂（可以从市场上直接购得，其市售牌号为L580，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体）1.0份；发泡调节剂10份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；该聚醚多元醇可以从市场上购得，其销售牌号为KGF3010M；
所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，反应温度：115±2℃，反应压力不得高于0.5MPa；由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为279mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
所述异氰酸酯组分为4,4’—亚甲基二亚苯基二异氰酸酯。
聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1.5的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
实施例2：一种聚氨酯软质泡沫：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水2份；胺催化剂【二（2,2—二甲氨基）乙基醚】0.2份；锡催化剂（辛酸亚锡）0.1份；有机硅类表面活性剂（可以从市场上直接购得，其市售牌号为L580，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体）0.5份；发泡调节剂1份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；该聚醚多元醇可以从市场上购得，其销售牌号为KGF3010M；
所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，反应温度：115±2℃，反应压力不得高于0.5MPa；由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为250mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
所述异氰酸酯组分为2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6--甲苯二异氰酸酯按重量比为80：20的比例组成的混合物。
聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
实施例3：一种聚氨酯软质泡沫：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1.3；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水5份；物理发泡剂（三氯一氟甲烷）10份；胺催化剂（四甲基二亚乙基三胺）1份；锡催化剂（二月桂酸二丁基锡）0.5份；有机硅类表面活性剂（可以从市场上直接购得，其市售牌号为L580，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体）1.5份；发泡调节剂8份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；该聚醚多元醇可以从市场上购得，其销售牌号为KGF3010M；
所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，反应温度：115±2℃，反应压力不得高于0.5MPa；由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为105mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
所述异氰酸酯组分为2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6--甲苯二异氰酸酯按重量比为65：35的比例组成的混合物。。
聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1.3的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
实施例4：一种聚氨酯软质泡沫：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1.2；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水4份；物理发泡剂（二氯二氟甲烷）8份；胺催化剂（三亚乙基二胺）0.6份；锡催化剂（二月桂酸二丁基锡）0.3份；有机硅类表面活性剂（可以从市场上直接购得，其市售牌号为L580，其是先由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体）1.1份；发泡调节剂5份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；该聚醚多元醇可以从市场上购得，其销售牌号为KGF3010M；
所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，反应温度：115±2℃，反应压力不得高于0.5MPa；由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为33mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
所述异氰酸酯组分为4,4’—亚甲基二亚苯基二异氰酸酯。
聚氨酯软质泡沫的制备方法为：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1.2的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
上述实施例制得的泡沫，测试结果如表1。
表1 泡沫测试结果
| 项 目 | 对比例 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 泡沫外观 | 闭孔有裂缝 | 开孔无裂缝 | 开孔无裂缝 | 开孔无裂缝 | 开孔无裂缝 |
| 自由密度（kg/m3） | 25.2 | 26.1 | 25.6 | 26.1 | 26.2 |
| 回弹（%） | 28 | 25 | 25 | 29 | 34 |
| 伸长率（%） | 139.2 | 131.8 | 148.4 | 167.3 | 141.3 |
| 拉伸强度(kpa) | 101 | 116 | 112 | 104 | 102 |
| 撕裂强度(N/cm) | 4.02 | 6.43 | 5.14 | 4.95 | 4.41 |
| 25%压缩强度（N） | 138.2 | 118.0 | 130.0 | 103.4 | 102.2 |
| 65%压缩强度（N） | 202.4 | 164.4 | 190.2 | 133.6 | 131.8 |
| 65%/25%压缩比 | 1.46 | 1.39 | 1.46 | 1.29 | 1.29 |
由表1可知：
1、在不添加发泡调节剂的条件下发泡时，泡沫出现闭孔和开裂现象，而加入发泡调节剂的条件下发泡时，则泡沫开孔和无裂缝；
2、加入发泡调节剂后，泡沫的物理性能有一定变化，其抗拉强度和撕裂增强。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种聚氨酯软质泡沫，其特征在于：包括多元醇组分和异氰酸酯组分；所述多元醇组分和异氰酸酯组分的质量比为1:1～1.5；
所述多元醇组分包括：聚醚多元醇100份；水2～5份；物理发泡剂0～10份；胺催化剂0.2～1份；锡催化剂0.1～0.5份；有机硅类表面活性剂0.5～1.5份；发泡调节剂1～10份；以重量份计；
所述聚醚多元醇为使用双金属催化剂生产的分子量为3000～5000，官能度为2.0～3.0，不饱和值小于0.03mol/kg的聚醚多元醇；
所述异氰酸酯组分为二元、三元或多元异氰酸酯物质中的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述物理发泡剂为二氯甲烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、三氯三氟乙烷、二氯一氟乙烷、丁烷、异丁烷、戊烷或环戊烷中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述胺催化剂为二亚乙基三胺、三亚乙基二胺、二（2,2—二甲氨基）乙基醚或四甲基二亚乙基三胺中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述锡催化剂为二乙酸二丁锡、辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述有机硅类表面活性剂为由氯硅烷进行水解生成聚硅氧烷，再与聚醚缩合而成的无色油状粘稠透明液体。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述发泡调节剂为由甘油为起始剂，在KOH催化剂的作用下，由环氧丙烷开环聚合而得到的分子链中含醚键的端基为羟基的物质，其分子量为400～5000，羟值为30～400mgKOH/g，官能度为2.0～3.0。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述异氰酸酯组分为甲苯二异氰酸酯或4,4’—亚甲基二亚苯基二异氰酸酯。
8.根据权利要求7所述的聚氨酯软质泡沫，其特征在于：所述甲苯二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6--甲苯二异氰酸酯按重量比为80：20或65：35的比例组成的混合物。
9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的聚氨酯软质泡沫的制备方法，其特征在于：
（1）将多元醇组分中所有物质按所述重量比混合均匀，并保持温度为20～30℃；
（2）将异氰酸酯组分保持温度为20～30℃；
（3）将步骤（1）得到的多元醇组分和步骤（2）得到的异氰酸酯组分按照重量比为1:1～1.5的比例搅拌混合，浇注、发泡、成熟后得到聚氨酯软质泡沫。
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