海綿是聚氨酯泡沫塑料的一種,屬于軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。因有多孔狀蜂窩的結(jié)構(gòu),所以具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性、耐水性的特點(diǎn),被廣泛用于沙發(fā)、床墊、服裝、軟包裝等行業(yè)。
1、主要原材料
1.1 聚醚多元醇
海綿多采用聚醚丙二醇、聚醚丙三醇,其官能度少(2-3),羥值低,分子量大。分子式為:
CH3-CHO(C3H6O)m(C2H4O)nH
CH2O(C3H6O)m(C2H4O)nH
1.2 有機(jī)異氰酸酯
最常用的是甲笨二異氰酸酯,簡(jiǎn)稱TDI,有兩種異構(gòu)體,即2.4-TDI,2.6-TDI.在生產(chǎn)海綿中2.4-TDI占80%,2.6-TDI占20%
1.3 水
在生產(chǎn)海綿中,水不可缺少,水與TDI反應(yīng)放出CO2氣體,同時(shí)起著鏈增長(zhǎng)作用。
1.4 催化劑
促進(jìn)聚醚多元醇與異氰酸反應(yīng)使鏈增長(zhǎng)的催化劑有辛酸亞錫、二丁基錫。促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)并能促進(jìn)異氰酸酯與水之間反應(yīng)放出的CO2氣體的催化劑有三乙醇胺、三乙烯二胺、三乙胺等。
1.5 外用發(fā)泡劑
常用是低沸點(diǎn)氟烴類化合物,如一氟三氯甲烷(F-11)。由于不環(huán)保,一般用環(huán)戊來(lái)代替F-11,或二氯甲烷,效果不錯(cuò)。如果不是生產(chǎn)特輕密度的海綿,亦可適當(dāng)調(diào)整主要原料比例,不使用外用發(fā)泡劑。
1.6 泡沫穩(wěn)定劑(勻泡劑)
常用有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑,目前主要用硅-碳鍵Si-C共聚物,用量在0.5%-5%.
2、海綿的合成原理
海綿的合成過(guò)程中,主要是有鏈增長(zhǎng)反應(yīng)、發(fā)泡及交聯(lián)等過(guò)程,這些反應(yīng)與原料的分子結(jié)構(gòu)、官能度、分子量等有關(guān)。
2.1 擴(kuò)鏈反應(yīng)
異氰酸酯與二官能度聚醚多元醇擴(kuò)鏈反應(yīng),由于反應(yīng)中異氰酸過(guò)量5%左右,所以擴(kuò)鏈最終產(chǎn)品為異氰酸酯基團(tuán),這樣反復(fù)進(jìn)行促進(jìn)使鏈迅速增長(zhǎng)。
2.2 發(fā)泡反應(yīng)伴隨著鏈增長(zhǎng)
在生產(chǎn)海綿的過(guò)程中,發(fā)泡氣體主要來(lái)源于TDI與水反應(yīng),生成大量CO2氣體,同時(shí)新生成胺又與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵化合物,這樣反復(fù)進(jìn)行伴隨著鏈增長(zhǎng)。
2.3 交聯(lián)反應(yīng)
交聯(lián)反應(yīng)對(duì)制備海棉非常重要,發(fā)生過(guò)早過(guò)晚,都會(huì)導(dǎo)致海綿的質(zhì)量下降甚至報(bào)廢。
2.3.1 多官能度化合物交聯(lián)
聚醚多元醇與異氰酸酯反應(yīng)直接影響海綿密度,交聯(lián)點(diǎn)分子量為2000-20000,分子量越小,交聯(lián)密度越大,泡沫的硬度越高,柔軟性、彈性相對(duì)下降。
2.3.2 水與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵化合物,進(jìn)一步與異氰酸酯反應(yīng)生成三向結(jié)構(gòu)縮二脲交聯(lián)化合物。
2.3.3 脲基甲酸酯交聯(lián)
氨基甲酸酯基中的氮原子上的氫與異氰酸酯反應(yīng)生成三向交聯(lián)結(jié)構(gòu)的脲基甲酸酯。
3、生產(chǎn)工藝及流程
目前,海綿生產(chǎn)中大多數(shù)采用一步箱式發(fā)泡法,將各種原料在高速攪拌下,迅速加入成形箱,在成形箱中完成鏈增長(zhǎng)、發(fā)泡、交聯(lián)、固化等反應(yīng),從而完成海綿生產(chǎn)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是工藝流程短,物料粘度低,容易控制,節(jié)省能源,設(shè)備投資小,適用密度范圍廣。