如何減少聚氨酯制品中的氣泡
PU制品中氣泡來源主要有三:原料攪拌引入空氣;固化過程中溶劑揮發(fā);副反應(yīng)。
前兩者可以通過工藝調(diào)整來改善,這里暫時不談,我們主要來看看如何減少副反應(yīng)造成的氣泡過多。
水作為聚氨酯泡沫塑料中主要和使用早的發(fā)泡劑,和異氰酸酯反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳氣體并生成脲基。但大多數(shù)聚氨酯制品(濕固化除外),異氰酸酯與水的反應(yīng)是作為副反應(yīng)存在且不受歡迎的,體系含水不僅僅是帶來泡孔的問題,大量的脲基出現(xiàn),也會直接影響產(chǎn)品的手感及制品性能。抑制此類副反應(yīng)的簡單直接的辦法就是–除水,無論是通過減壓脫水、添加除水劑以及改善施工環(huán)境等措施都能取得不錯的效果。
另一個直接有效的方法就是選擇合適的催化劑。
聚氨酯工業(yè)的飛速發(fā)展,催化劑功不可沒,目前用于聚氨酯材料合成的催化劑超過兩百種?;痉譃閮纱箢悾菏灏芳捌潲}催化劑;金屬烷基化合物。前者主要有三乙烯二胺、二甲基胺、DMDEE等;后者主要有二月桂酸二丁基錫、羧酸鉍、辛酸亞錫等。其使用的原則不僅要根據(jù)催化劑的催化活性大小,同時還要考慮催化的選擇性、化學(xué)品毒性、與其他原料相容性、價格、穩(wěn)定性等等。
叔胺作為聚氨酯催化劑中種類多應(yīng)用廣的一支門類,其堿性強,活性高,能夠快速催化異氰酸酯-羥基反應(yīng),同時也催化異氰酸酯與水反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳,廣泛用于各類聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn),以及諸多微孔彈性體的制備。其具代表性的即是三乙烯二胺,因其是固體使用不便,國內(nèi)廠家通常將其用二元醇(EG/DEG/DPG)稀釋成33%濃度的溶液來使用,俗稱A-33。作為一支用途極廣的叔胺催化劑,除了泡沫領(lǐng)域外,在聚氨酯膠粘劑/涂料/微孔彈性體等方面也有著重要作用,但是我們不能忽視的是,如果我們簡單粗暴的把聚氨酯反應(yīng)劃為發(fā)泡、凝膠兩種反應(yīng)的話,三乙烯二胺其催化異氰酸酯-水反應(yīng)的效率大約要占到總效率的60%左右,也就是有著很強催化發(fā)泡作用,在我們體系對泡孔敏感且無法除凈體系中水分的情況下,建議避免使用。
還要多說一句是,像8154、C-225之類的延遲型叔胺催化劑,多數(shù)是以有機酸封端的季胺鹽,為了防止羧基與異氰酸酯反應(yīng)生成CO2,選擇時還是要多加留意。
在有機金屬方面,鉛、錫、汞、鉍、錳、鋅、銅、鈦等烷基化合物在聚氨酯體系中均有著一定催化作用。但自從1956年發(fā)現(xiàn)有機錫類催化劑其對羥基與異氰酸酯有著及其強烈的催化作用,能有效促進分子鏈增長之后,有機錫催化劑作為聚氨酯工業(yè)領(lǐng)域重要的有機金屬催化劑的地位,幾乎沒有動搖過。有機錫催化劑對羥基與異氰酸酯選擇性高,副反應(yīng)少,因此在泡沫、膠粘劑、彈性體、涂料、密封劑等領(lǐng)域,均有其一席之地。
而在無泡制品生產(chǎn)上,佳的催化劑選擇仍是有機汞(醋酸汞),這種毒性巨大的催化劑【LD50:39.5mg/kg(小鼠經(jīng)口);35mg/kg(大鼠經(jīng)口)】,對異氰酸酯-水幾乎無催化活性,卻可催化異氰酸酯-羥基反應(yīng),采用此種催化劑聚氨酯不會因微量水分而產(chǎn)生氣泡。作為一名從業(yè)人員,很喜歡汞觸媒的效果,但還是對其毒性望而生畏。還好我們還有有機鉍可供選擇。
做為鉛汞錫催化劑的低毒環(huán)保替代品,有機鉍一面世就以其超高的價格,比有機錫更弱的活性讓人望而生畏。但是其環(huán)保性、對錫類更高催化異氰酸酯-羥基選擇性,加之這些年不斷的推廣、產(chǎn)量擴增,現(xiàn)如今基本可以平民價示人了,而其開放期短、活性低的缺點,也可以通過微調(diào)配方、輔以其他催化劑等方法來改善。
當(dāng)然除了從催化劑種類上調(diào)整,還可以通過催化劑開放時間上來改善制品的氣泡多少。
不過除了以上方案,還有一種一勞永逸的方法–拋棄異氰酸酯。以環(huán)碳酸酯低聚物和伯氨基低聚物反應(yīng),形成NIPU網(wǎng)絡(luò),也就是非異氰酸酯型聚氨酯。
與傳統(tǒng)的聚氨酯相同,非異氰酸酯聚氨酯中含有氨基甲酸酯鏈段,故有相似的基本特性,但又不完全相同。由氫鍵封閉的羰基氧顯著降低了整個氨基甲酸酯基團的水解敏感性,進而提升了PU的耐化學(xué)穩(wěn)定性,降低可滲透性,同時反映過程無揮發(fā)物和二氧化碳產(chǎn)生,制品中不存在棋牌,增強了力學(xué)性能。
這是今后聚氨酯工業(yè)重要的發(fā)展方向,據(jù)說美國已有相關(guān)生產(chǎn)基地了。