聚氨酯泡沫性能的影响因素有哪些

聚氨酯泡沫材料是以异氰酸酯和聚醚多元醇为主要原料，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，分为聚氨酯软泡材料和聚氨酯硬泡材料两种，其中，软泡材料为开孔结构，硬泡材料为闭孔结构，而软泡材料又分为结皮和不结皮两种。

聚氨酯软泡材料的主要功能是缓冲，因此常用于沙发家具、枕头、坐垫、玩具、服装以及隔音内衬。聚氨酯硬泡材料则是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数很低，相当于挤塑板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温、屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等方面。

为什么聚氨酯发泡材料的性能如此多样、应用如此广泛，聚氨酯发泡材料的性能究竟与哪些因素有关呢？洛阳天江化工新材料有限公司经多次实验研究发现，原料的羟值、不饱和度、酸值、色值与分子量的大小，以及水分、钾离子、抗氧剂等的加入量均会对制成的聚氨酯泡沫材料的性能产生影响。

1、多元醇羟值大小的影响

一般多元醇化合物的官能度越大、羟值越高，则制得的泡沫塑料硬度越大，机械物理性能越好，耐温性能也越好，但与异氰酸酯等其他组分的互溶性则会随官能度以及羟值的增大而变差。

羟基化合物与异氰酸酯的反应是聚氨酯合成中最常见、最基础的反应之一。在羟基含量相同的情况下，官能度越大的多元醇反应速率越大，反应物的粘度增加越快。在官能度相同的情况下，羟值越高的聚醚多元醇反应活性越高，与异氰酸酯的反应性也越强；反之，羟值越低的聚醚多元醇的反应活性越低，与异氰酸酯的反应性也越。

异氰酸酯与水的反应以及异氰酸酯与多元醇的反应作为聚氨酯发泡过程中的两大主反应，两者的反应活性应相当。若聚醚多元醇的羟值高，则异氰酸酯与聚醚多元醇的反应性增强，主反应增强；若聚醚多元醇的羟值低，则异氰酸酯与水的反应增强，造成主反应速度跟不上发泡反应速度，易造成塌泡现象。因此聚醚多元醇羟值的波动会破坏发泡过程中异氰酸酯与聚醚多元醇及水的反应平衡。聚醚多元醇羟值的波动对泡沫制品有较大的影响，聚醚多元醇的羟值直接影响到异氰酸酯的加入量。当羟值的含量升高时，异氰酸酯的用量需增加，若用户未对异氰酸酯的量进行调整，相当于异氰酸酯加入过少，从而造成泡沫裂纹、回弹性差、强度差、压缩永久变形增大等问题。反之，羟值含量降低相当于异氰酸酯加入过多，会导致泡沫形成大孔和闭孔、硬度增加、熟化时间长引起烧心等问题的出现。

2、多元醇不饱和度大小的影响

聚醚多元醇反应温度的高低及催化剂的多少直接影响聚醚多元醇产物的不饱和度。反应温度升高或催化剂含量提高（聚醚链的活化中心数量多），则会使副反应增加，从而使得不饱和度增加；而不饱和度增加说明反应过程中生成的醛类等不饱和物质增多，聚醚多元醇的端基形成不饱和双键后就失去了反应活性，使得链增长终止，影响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，羟值升高，官能度降低。官能度的高低直接影响着泡沫制品的性能，因此在生产控制中，不饱和度越低说明副反应越少，对泡沫制品的影响越小。 

3、水分加入量多少的影响

水作为发泡剂是聚氨酯泡沫塑料生产过程中最重要的反应之一，少量的水即可消耗大量的异氰酸酯，并产生大量的气体、放出热量，反应混合物中水浓度的增加可使反应速度加快。若聚醚多元醇中的水分（计算异氰酸酯指数时将其忽略）含量增加，不但会消耗大量的异氰酸酯使得聚醚多元醇的活性降低，造成裂泡、塌泡等现象，同时因反应中放出大量的CO₂及热量，大量气体的生成会使得聚氨酯泡沫制品的密度降低，而若生成的热量不能迅速移走，严重时则会造成黄心甚至着火。聚醚多元醇中的水分含量超标严重，会使得生成脲键及CO₂的量增加，泡沫密度变小，泡沫制品变硬，同时放出大量的热也容易造成烧心。若客户在不知情的情况下进行使用，相当于增加了水分的用量，但异氰酸酯及催化剂的用量未进行调整，这种情况容易造成裂泡，当水分含量超标严重时则会出现塌泡现象。因此，洛阳天江化工的专家建议，在聚醚多元醇的控制过程中控制水分的含量越低越好，这样做有利于保证制成的泡沫制品具备稳定的性能。

4、酸值大小的影响

酸值可以羟值的形式表现，因此酸值越高消耗的异氰酸酯越多，但通常情况下，由于酸的含量极少，可忽略不计。反应温度的升高以及催化剂浓度的增加会使得副反应增加，从而导致酸值升高；酸值越高，在泡沫形成过程中消耗的胺类催化剂越多，反应活性越低，严重时会由于胺类催化剂消耗过多而造成泡沫制品产生收缩及闭孔等问题。

5、多元醇分子量大小的影响

大部分高聚物的性能随分子量的增加而提高，如抗张强度、伸长率、熔点、硬度和玻璃化温度等性能随分子量的增加而上升，而溶解度则正好相反，这种关系在分子量提高至一定值后变化就不显著了。聚醚多元醇的分子量可由羟值及官能度计算而得。对于同一牌号的聚醚多元醇，其分子量的大小受不饱和键的影响，因此引起分子量变化的影响因素与不饱和度的影响因素类似，二者是一个相辅相成的关系，即同一牌号的聚醚多元醇，不饱合度增加，则分子量减小，反之，不饱和度减少，则分子量增加。

6、钾离子含量多少的影响

聚醚多元醇中残余催化剂的存在将直接影响预聚体的制备以及制得的聚氨酯制品的物理性能。洛阳天江化工的专家告诉我们，这是因为钾离子能够促进聚氨酯化学反应过程中生成刚性且交联的脲基甲酸酯与缩二脲基，从而使制得的聚氨酯泡沫制品变硬，弹性降低，严重时还会形成凝胶；此外，若聚醚多元醇中残余的钾离子含量高，当作为原料与异氰酸酯进行反应发泡时，会使得发泡过程中产生的热量不能及时散发，从而造成泡沫烧心现象的发生。 

7、抗氧剂的影响

为了提高聚氨酯泡沫制品的抗氧化能力，洛阳天江化工的专家建议，在聚醚多元醇的生产和发泡过程中加入适量抗氧剂（可将聚氨酯泡沫制品的燃烧温度提高至180℃以上，抗氧剂的加入量与加入的水量有关），提高了聚氨酯泡沫制品的燃烧温度，从而有效地避免了烧心现象的发生。

8、色值好坏的影响

色值是聚醚多元醇最直观的表观指标，色值的好坏能直接反应聚醚多元醇的质量。聚醚多元醇醚键上的碳原子极易发生氧化，尤其当在碱性介质中和较高温度条件下发生反应时，均会造成副反应的增加，从而生成不饱和键。若色值较深，则相应的其他指标(如酸值以及不饱和度等指标)也会相应地发生变化，同时造成制得的聚氨酯泡沫制品的颜色相应地发生变化。

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