改性MDI在慢回弹聚氨酯块泡中的应用研究

MDI在慢回弹聚氨酯块泡中的应用研究

刘新建林芳茜李鹏敏张谦和赵怡

（北京科聚化工新材料有限公司北京102200）

摘要目前市场上慢回弹聚氨酯块泡通用的是TDI工艺，北京科聚开发了改性MDI wannate8107，可用于制备40-70kg/m3密度的慢回弹块泡。对泡沫进行了力学性能、阻燃性能、相态结构、泡孔形态等方面的测试，结果表明MDI完全可以用于制备慢

回弹块泡，最后对未来慢回弹块泡的走势进行了探讨。

关键词块状软泡慢回弹聚氨酯 MDI TDI

Study on MDI used for the viscoelastic slabstock foam

Liu Xinjian Lin Fangqian Li Pengmin Zhang Qianhe Zhao Yi (Beijing Research Institute of Yantai Wanhua Polyurethane Co. Ltd., Beijing 102200)

Abstract: Nowadays TDI is used for preparing viscoelastic slabstock foam generally. Modified MDI-wannate 8107 reserched by Yantai Wanhua, is used for preparing viscoelastic slabstock foam vith density of 40-70kg/m3。The mechanical property、flame-retardent property、phase structure、morphological cell of the foam is tested. It is turned out that MDI can also used for preparing the viscoelastic slabstock foam.The prospect of the viscoelastic slabstock foam is discussed at last.

Keywords :slabstock foam ,viscoelastic,polyurethane,MDI,TDI

作者简介：刘新建，男，2006年3月加入北京科聚，主要从事聚氨酯软泡的研发。

1.前言

众所周知，聚氨酯慢回弹泡沫也被称之为记忆泡沫、粘弹泡沫，其独特之处是可以顺应承载物的形状，使得接触面积最大化、应力梯度最小化，受力集中点能够得到缓解，局部没有挤压和刺痛感。因此，慢回弹块状泡沫被广泛用作床垫、坐垫等，有利于人体的血液循环，是一种高舒适性的保健泡沫。

理论上聚氨酯泡沫的回弹性与其相分离程度和玻璃化温度有关，通过选择原料把泡沫的玻璃化温度调整到使用温度，同时降低泡沫的相分离程度，即可得到慢回弹泡沫。通常的工艺路线是把低羟值软泡聚醚和较高羟值的聚醚混合使用，提高泡沫的交联密度，从而既提

高了泡沫的玻璃化温度，又降低了相分离程度。如CN1606580、CN1572186、CN1229803都是基于这一理论[1-3]。

传统的慢回弹聚氨酯块泡都是用TDI制备，近些年，由于人们对环保的逐渐重视，越来越关注MDI，不止在模塑领域，更希望在块泡领域尝试MDI工艺[4-10]。本文介绍了一种改性MDI，商品牌号为wannate8107，用于制备慢回弹块泡。

之所以采用MDI预聚技术，其原因在于：MDI基泡沫自由发泡密度较TDI基高，为了维持相同的发泡密度，MDI体系需要较高的水量。但随着体系中水量增加，脲基/氨基甲酸酯比例增高，易使脲相从聚醚软段微区分离出来，导致泡沫不稳定，并导致泡沫手感偏僵和较差的老化性能。采用预聚体技术制备MDI基慢回弹泡沫，即使用高分子量、多羟基化合物与MDI反应形成预聚物，可以实现对发泡过程中相分离过程的控制，从而达到改善泡沫最终性能的目的。尤其在制备低密度泡沫时，MDI预聚体技术则显得更为重要。其次，对MDI的预聚改性也可明显改善MDI组分的贮存性能。

2 MDI的主要化学特性

制备慢回弹块泡的TDI 通常为2, 4 体占80%(质量分数，下同)，2, 6 体占20%，常温下为无色或微黄色透明液体，有强烈的刺激性气味，在10℃以下出现结晶，是剧毒危险品，对运输有严格要求。本实验采用的MDI可以在0℃下储存, 室温下呈液态。MDI 无刺激气味，25℃时蒸气压约为1.33×10-3 Pa，为TDI的1/2700，挥发性较小，对人体毒性相对较小，是非危险品，对运输无特殊要求，在生产、发泡过程中无污染产生，有利于工业安全保护，深受生产、施工人员欢迎。从分子结构上看，MDI 与TDI 分子结构相似，均含有-NCO 和苯环结构。实验结果表明, MDI 与TDI有以下几点差异：

2.1.反应活性差异

TDI体系中，TDI以2,4-TDI为主，由于空间位阻，当4位异氰酸酯基团优先反

应后，2位基团反应活性大大降低；而MDI体系中，主要以结构对称的4,4-MDI为

主，空间位阻较小，因此反应活性相对较高，从而导致MDI体系泡沫具有熟化速度

快、脱粘时间短的优点，可减少催化剂的比例，在一定程度上降低了泡沫的雾化性

能，同时又提高了生产效率。

2.2发泡倍率差异

由于MDI中NCO%含量低于TDI，相同水量情况下，MDI体系自由发泡密度

要高于TDI体系。图1比较了相同水量下，TDI与MDI体系的自由发泡密度差别。

为了保证相同的发泡倍率，MDI 体系需要更高的水量，而水量提高将明显影响泡沫回弹性等基本物性。因此，MDI 体系慢回弹泡沫研制，尤其是低密度化，对配方的技术水平较TDI 体系提出了更高的要求。

20

30

40

50

60

70

80

proportion of water(pbw)

d e n s i t y o f t h e f o a m (k g /m 3

)

图1 TDI 与MDI 体系自由发泡密度与水量关系

2.3 硬度差异

与TDI 相比，MDI 有两个苯环，内聚能较高，制备的泡沫硬度较高，可以降低异氰酸酯指数，一方面可以弥补密度对成本的影响，另一方面减轻了聚醚体系中小分子有机物对泡沫雾化性能的影响。

MDI 基慢回弹泡沫另一突出的优点：泡沫硬度随异氰酸酯指数影响比较明显，图2 显示了随着异氰酸酯指数的变化，TDI 与MDI 体系不同的硬度变化趋势。

0.5

0.60.70.80.9 1.0 1.1 1.2

0.51.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

C L

D 40%( k P a )

NCO index