聚氨酯泡沫性能的影響因素有哪些

聚氨酯泡沫材料是以異氰酸酯和聚醚多元醇為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓噴涂現場發泡而成的高分子聚合物，分為聚氨酯軟泡材料和聚氨酯硬泡材料兩種，其中，軟泡材料為開孔結構，硬泡材料為閉孔結構，而軟泡材料又分為結皮和不結皮兩種。

聚氨酯軟泡材料的主要功能是緩沖，因此常用于沙發家具、枕頭、坐墊、玩具、服裝以及隔音內襯。聚氨酯硬泡材料則是一種具有保溫與防水功能的新型合成材料，其導熱系數很低，相當于擠塑板的一半，是目前所有保溫材料中導熱系數最低的。硬質聚氨酯泡沫塑料主要應用在建筑物外墻保溫、屋面防水保溫一體化、冷庫保溫隔熱、管道保溫材料、建筑板材、冷藏車及冷庫隔熱材等方面。

為什么聚氨酯發泡材料的性能如此多樣、應用如此廣泛，聚氨酯發泡材料的性能究竟與哪些因素有關呢？洛陽天江化工新材料有限公司經多次實驗研究發現，原料的羥值、不飽和度、酸值、色值與分子量的大小，以及水分、鉀離子、抗氧劑等的加入量均會對制成的聚氨酯泡沫材料的性能產生影響。

1、多元醇羥值大小的影響

一般多元醇化合物的官能度越大、羥值越高，則制得的泡沫塑料硬度越大，機械物理性能越好，耐溫性能也越好，但與異氰酸酯等其他組分的互溶性則會隨官能度以及羥值的增大而變差。

羥基化合物與異氰酸酯的反應是聚氨酯合成中最常見、最基礎的反應之一。在羥基含量相同的情況下，官能度越大的多元醇反應速率越大，反應物的粘度增加越快。在官能度相同的情況下，羥值越高的聚醚多元醇反應活性越高，與異氰酸酯的反應性也越強；反之，羥值越低的聚醚多元醇的反應活性越低，與異氰酸酯的反應性也越。

異氰酸酯與水的反應以及異氰酸酯與多元醇的反應作為聚氨酯發泡過程中的兩大主反應，兩者的反應活性應相當。若聚醚多元醇的羥值高，則異氰酸酯與聚醚多元醇的反應性增強，主反應增強；若聚醚多元醇的羥值低，則異氰酸酯與水的反應增強，造成主反應速度跟不上發泡反應速度，易造成塌泡現象。因此聚醚多元醇羥值的波動會破壞發泡過程中異氰酸酯與聚醚多元醇及水的反應平衡。聚醚多元醇羥值的波動對泡沫制品有較大的影響，聚醚多元醇的羥值直接影響到異氰酸酯的加入量。當羥值的含量升高時，異氰酸酯的用量需增加，若用戶未對異氰酸酯的量進行調整，相當于異氰酸酯加入過少，從而造成泡沫裂紋、回彈性差、強度差、壓縮永久變形增大等問題。反之，羥值含量降低相當于異氰酸酯加入過多，會導致泡沫形成大孔和閉孔、硬度增加、熟化時間長引起燒心等問題的出現。

2、多元醇不飽和度大小的影響

聚醚多元醇反應溫度的高低及催化劑的多少直接影響聚醚多元醇產物的不飽和度。反應溫度升高或催化劑含量提高（聚醚鏈的活化中心數量多），則會使副反應增加，從而使得不飽和度增加；而不飽和度增加說明反應過程中生成的醛類等不飽和物質增多，聚醚多元醇的端基形成不飽和雙鍵后就失去了反應活性，使得鏈增長終止，影響聚醚多元醇的平均分子量，使聚醚多元醇的平均分子量降低，羥值升高，官能度降低。官能度的高低直接影響著泡沫制品的性能，因此在生產控制中，不飽和度越低說明副反應越少，對泡沫制品的影響越小。 

3、水分加入量多少的影響

水作為發泡劑是聚氨酯泡沫塑料生產過程中最重要的反應之一，少量的水即可消耗大量的異氰酸酯，并產生大量的氣體、放出熱量，反應混合物中水濃度的增加可使反應速度加快。若聚醚多元醇中的水分（計算異氰酸酯指數時將其忽略）含量增加，不但會消耗大量的異氰酸酯使得聚醚多元醇的活性降低，造成裂泡、塌泡等現象，同時因反應中放出大量的CO₂及熱量，大量氣體的生成會使得聚氨酯泡沫制品的密度降低，而若生成的熱量不能迅速移走，嚴重時則會造成黃心甚至著火。聚醚多元醇中的水分含量超標嚴重，會使得生成脲鍵及CO₂的量增加，泡沫密度變小，泡沫制品變硬，同時放出大量的熱也容易造成燒心。若客戶在不知情的情況下進行使用，相當于增加了水分的用量，但異氰酸酯及催化劑的用量未進行調整，這種情況容易造成裂泡，當水分含量超標嚴重時則會出現塌泡現象。因此，洛陽天江化工的專家建議，在聚醚多元醇的控制過程中控制水分的含量越低越好，這樣做有利于保證制成的泡沫制品具備穩定的性能。

4、酸值大小的影響

酸值可以羥值的形式表現，因此酸值越高消耗的異氰酸酯越多，但通常情況下，由于酸的含量極少，可忽略不計。反應溫度的升高以及催化劑濃度的增加會使得副反應增加，從而導致酸值升高；酸值越高，在泡沫形成過程中消耗的胺類催化劑越多，反應活性越低，嚴重時會由于胺類催化劑消耗過多而造成泡沫制品產生收縮及閉孔等問題。

5、多元醇分子量大小的影響

大部分高聚物的性能隨分子量的增加而提高，如抗張強度、伸長率、熔點、硬度和玻璃化溫度等性能隨分子量的增加而上升，而溶解度則正好相反，這種關系在分子量提高至一定值后變化就不顯著了。聚醚多元醇的分子量可由羥值及官能度計算而得。對于同一牌號的聚醚多元醇，其分子量的大小受不飽和鍵的影響，因此引起分子量變化的影響因素與不飽和度的影響因素類似，二者是一個相輔相成的關系，即同一牌號的聚醚多元醇，不飽合度增加，則分子量減小，反之，不飽和度減少，則分子量增加。

6、鉀離子含量多少的影響

聚醚多元醇中殘余催化劑的存在將直接影響預聚體的制備以及制得的聚氨酯制品的物理性能。洛陽天江化工的專家告訴我們，這是因為鉀離子能夠促進聚氨酯化學反應過程中生成剛性且交聯的脲基甲酸酯與縮二脲基，從而使制得的聚氨酯泡沫制品變硬，彈性降低，嚴重時還會形成凝膠；此外，若聚醚多元醇中殘余的鉀離子含量高，當作為原料與異氰酸酯進行反應發泡時，會使得發泡過程中產生的熱量不能及時散發，從而造成泡沫燒心現象的發生。 

7、抗氧劑的影響

為了提高聚氨酯泡沫制品的抗氧化能力，洛陽天江化工的專家建議，在聚醚多元醇的生產和發泡過程中加入適量抗氧劑（可將聚氨酯泡沫制品的燃燒溫度提高至180℃以上，抗氧劑的加入量與加入的水量有關），提高了聚氨酯泡沫制品的燃燒溫度，從而有效地避免了燒心現象的發生。

8、色值好壞的影響

色值是聚醚多元醇最直觀的表觀指標，色值的好壞能直接反應聚醚多元醇的質量。聚醚多元醇醚鍵上的碳原子極易發生氧化，尤其當在堿性介質中和較高溫度條件下發生反應時，均會造成副反應的增加，從而生成不飽和鍵。若色值較深，則相應的其他指標(如酸值以及不飽和度等指標)也會相應地發生變化，同時造成制得的聚氨酯泡沫制品的顏色相應地發生變化。

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