高回弹聚氨酯泡沫体影响性能的研究

2021| 02基础研究
当代化工研究n Modern Chemical R esearch ^ •
高回弹聚氨醋泡沐体影响性的研究
*黄莹
(鞍山市城乡规划设计研究院有限公司辽宁114001)
摘要：高回弹聚氨酯泡沫体因其具有良好的物理机械性能，极高的回弹性而广泛应用于床垫制品、家具坐垫、汽车座椅等越来越多的领域。

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、催化剂等对聚氣酯回弹性能的影响。

关健词：聚醚多元醇；异氰酸酯；聚氨酯泡沫体；高回弹
中图分类号：TQ328. 3 文献标识码：A
Study on the Influence of High Resilience Polyurethane Foam
Huang Ying
(Anshan Urban and Rural Planning and Design Institute Limited,Liaoning, 114001) Abstract% Because of i ts good p hysical and mechanical properties and high resilience, High resilience polyurethane f oam is widely used in mattress products, furniture cushion, automobile seat and so on. In this p aper, polyether p olyols were used to react with isocyanate. The effects of isocyanate index, f oaming agent and catalyst on the resilience of p olyurethane were investigated.
Keywords', polyether p olyol \isocyanate；polyurethane f oam；high resilience
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⑵。

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
⑴聚氣萌泡沐体的制备工艺
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,是纯环氧丙院均聚物。

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°C±2-C,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
⑴TD丨对聚氣醋泡沫体的影响
本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI80/20)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
聚氨酯高回弹组合物123456聚醚多元醇A808080808080
聚醚多元醇B151515151515
聚醚多元醇C555555
泡床穗定剂L5800.80.80. 80. 80.80.B
胺类催化剂A10• 10.10. 10. 10• 10• 1
胺类催化剂A330.150. 150. 150.150.150. 15
锡类催化剂T90.350. 350. 350.350.350. 35
发泡剂（水） 3.5 3.5 3.53. 5 3.5 3.5合计104.9104.9104.9104.9104.9104.9异氰酸酯指数95100105110115120 T-8038.9140.9643. 0145. 0647. 1049.15
总质量143.81145.86147.91149.96152. 00154. 05
表2聚氨酯泡沫塑料性能表
聚氣酯高回洋组
合物
123456密度（kg/m3)43. 3246.2546.6544.5248.2643.98
肖氏奴A (kPa)49. 352. 853.253.8555.2656.78
落球回弹率（％)555765716358
拉伸强度（kPa )11510995877993
撕裂强度（N/cm)1. 361. 281. 171. 081. 15 1.12
断裂伸长率（％)108121115110112126
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。

当代化工研究
^〇Modern Chemical R esearch基础研究2021| 02
其中，聚氨酯泡沫体密度根据A TSM-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A TSM 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A TSM D-3574测定，并以%报告。

(下同）
⑵发泡剂用量对聚氣萌泡沫体的影响
本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI80/20)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聚氨酯高回弹组
合物
123456聚醚多元醇A808080808080
聚醚多元醇B151515151515
聚醚多元醇C555555
泡沫稳定剂L5800.80. 80.80.80.80. 8胺类催化剂A10. 10.10.10.10.10. 1胺类催化剂A330. 150. 150. 150. 150. 150.15锡类催化剂T90. 350.350. 350. 350. 350.35
发泡剂(水）2.02. 53. 0 3.54. 04. 5合计103.4103.9104.4104.9105.4105.9异氰酸酯指数110110110110110110 T-8029. 0934.4139.7345. 0650. 3655.68
总质量132.49138. 31144. 13149. 96155. 76161.58
表4聚氨酯泡沫塑料性能表
聚氨酯高回弹组合物123456密度（kg/m3)48.2646.7543.6544.5245.7344.98
肖氏(kPa )49.352.851. 753. 8555. 3656.83落球回弹率（％)596165716256拉伸强度（kPa)93869587109115
撕裂强度（N/cm) 1.12 1.25 1.051. 081. 17 1.26断裂伸长率（％)12110398110118112
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。

⑶催化剂用量对聚氣商泡沐体的影响
本实验采用甲苯二异氰酸酯（TDI80/20)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。

因此取异氰酸醋指数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制备聚氨酯泡沐体时的组分及配比
123456
聚醚多元醇A808080808080
聚醚多元醇B151515151515
聚醚多元醇C555555
泡沐稳定剂
L580
0. 80.80.80. 80. 80.8
胺类催化剂A10. 10• 10. 10. 10• 10.1
胺类催化剂
A33
0.150.150.150.150.150.15
锡类催化剂T90,20. 250.30.350.40.45
发泡剂（水）3. 5 3.53. 53. 5 3.53. 5合计104.75104. 8104. 85104.9104.95105.45
异氰酸酯指数110110110110110110 T-8045. 0645.0645. 0645. 0645. 0645. 06
总质量149.81149.86149.91149.96150.01150.51
表6聚氨酯泡沫塑料性能表
聚氨酯高回弹组
合物
123456密度（kg/m3)43.2543.8244. 6744. 5245. 3446.69
肖氏攸入（kPa )51.5652.8553.2153. 8553.5454.83
落球回弹率（％)656864716559
拉伸强度（kPa)838612510910299
撕裂强度（N/cm)1. 361. 75 1.76 1.82 1.78 1.49
断裂伸长率（％)108110115110134126三乙烯二胺（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。

【参考文献】
[1] 朱吕民，刘益军，等.聚氨酯泡沫塑料[M].第3版.北京:化学 工业出版社，2004: 1-2, 393.
[2] 王强，杨林，刘敏.聚氨酯制品的应用现状及发展趋势[J].辽宁化工，2003, 32 (7):289-290.
[3] 唐阳，俞欢军，郭超权.高回弹聚氨酯泡沫的研究和应用 [J].船电技术,2009,（29): 9.
【作者简介】
黄萤（1985-)，女，汉族，辽宁鞍山市人，硕士研究生，中
级工程师，鞍山市城乡规划设计研究院有限公司；研究方向：高分
子材料。