【转载】MDI在慢回弹聚氨酯块泡中的应用研究_弹性体催化剂_资讯_催化剂_聚氨酯催化剂

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，使得接触面积大化、应力梯度小化，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。

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。

图2 TDI与MDI体系硬度随指数变化曲线

3.实验部分

3.1 主要原料

软泡聚醚：羟值56mg(KOH)/g；慢回弹聚醚：羟值240 mg(KOH)/g；胺类催化剂；锡类催化剂；有机硅匀泡剂；开孔剂；纯水；北京科聚改性MDI wannate8107，NCO含量约31-32%

3.2 主要设备

电子万能材料试验机，Zwick Z005，德国Zwich仪器公司；水平燃烧仪，SPF-01，南京江定县方山仪器设备厂；DMA(动态热机械仪)，Q800，美国TA仪器公司；光学显微镜，S8APO，北京博润明光科贸有限责任公司。

3.3 测试方法

表1 泡沫测试内容及引用标准