連續(xù)法DMC聚醚在聚氨酯軟泡中的應(yīng)用研究

郭志峰 包凡營 胡兵波 鞠昌迅 黃曉亮 劉賢波

(1.長春富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司 吉林長春 130033)(2.萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司 山東煙臺(tái) 264006)

聚醚多元醇是合成聚氨酯(PU)的重要原料，通常是以KOH或雙金屬絡(luò)合物(DMC)為催化劑，由起始劑與環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷加聚而成。采用KOH工藝制備較高分子量的聚醚產(chǎn)品過程中會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧丙烷開環(huán)反應(yīng)時(shí)發(fā)生歧化反應(yīng)，形成少量單羥基烯丙基聚醚雜質(zhì)，致使產(chǎn)品分子量分布變寬，不飽和度升高，官能度降低，制約了高檔PU制品的開發(fā)。而DMC催化劑由于催化活性較高，降低了單羥基聚醚副反應(yīng)的發(fā)生，使最終的聚醚產(chǎn)品具有低不飽和度、窄分子量分布的特點(diǎn)[1-4]，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于普通軟泡、慢回彈塊泡等領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)對(duì)比了KOH法和DMC連續(xù)法兩種不同工藝生產(chǎn)的聚醚三醇對(duì)不同密度軟泡及慢回彈塊泡性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器設(shè)備

聚醚三醇Wanol F3156D和F3156(具體指標(biāo)見表1)、慢回彈聚醚三醇 Wanol S3007(羥值230～260 mgKOH/g)和Wanol F3140(羥值40～44 mgKOH/g)、甲苯二異氰酸酯(TDI，80/20)，萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司；泡沫穩(wěn)定劑(B8110、B8244、B8002)、催化劑(33LV、T9)，德國贏創(chuàng)公司；二氯甲烷(MC)，天津科密歐公司。以上原料均為工業(yè)級(jí)。

表1 F3156D與F3156的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

JSF-550型高速分散機(jī)，上海普申化工機(jī)械有限公司；Z005型萬能測(cè)試機(jī)，德國Zwick/Roell集團(tuán)；BLD-HF52型落球回彈測(cè)定儀，博萊德儀器有限公司；LX-F海綿硬度計(jì)，東莞中特精密儀器有限公司；氣味測(cè)試玻璃瓶，市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)配方及發(fā)泡步驟

采用不同工藝制備的聚醚的3種密度軟泡配方見表2，配方1泡沫密度為15 kg/m3，配方2為25 kg/m3，配方3為40 kg/m3；慢回彈泡沫配方見表3。

表2 不同密度的軟泡配方

表3 采用F3156D的慢回彈發(fā)泡配方

按照表2或表3配方準(zhǔn)確稱量除TDI外各組分原料并攪拌均勻，然后稱取定量TDI，料溫控制在22～25℃，將TDI倒入組合聚醚中，劇烈攪拌8 s后快速倒入木制發(fā)泡箱中，記錄發(fā)泡時(shí)間并觀察泡沫狀態(tài)。約5～10 min后將方形塊泡取出熟化48 h后測(cè)試其物理性能。

1.3 性能測(cè)試

泡沫表觀密度按GB/T 6343—2009測(cè)定；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率按GB/T 6344—2008測(cè)定；回彈性按 GB/T 6670—2008測(cè)定；撕裂強(qiáng)度按 GB/T 10808—89測(cè)定；硬度(壓陷法)按 GB/T 10807—2006測(cè)定；耐黃變性能按GB/T 11039.2—2005(化學(xué)法)測(cè)試，測(cè)試環(huán)境為溫度50℃、相對(duì)濕度65%、NOx濃度 70～80 μg/g。

泡沫氣味測(cè)定按照大眾PV 3900—2019測(cè)定，分級(jí)如下:1—不易感覺到；2—可感覺到，但不討厭；3—可明顯感覺到，但不討厭；4—討厭；5—非常討厭；6—不可忍受。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種聚醚制備的不同密度軟泡性能對(duì)比

兩種催化工藝合成的聚醚多元醇所制備的不同密度軟泡的反應(yīng)時(shí)間及性能對(duì)比見表4。

表4 兩種催化工藝聚醚制備的不同密度軟泡性能

由表4可見，15 kg/m3密度下，DMC法聚醚F3156D的反應(yīng)活性和所制得泡沫的物性，與常規(guī)KOH法聚醚F3156相比差異不大，可以實(shí)現(xiàn)完全替換；25 kg/m3密度配方下，F(xiàn)3156D泡沫撕裂以及拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率要明顯好于F3156的，撕裂強(qiáng)度提高9.5%，拉伸強(qiáng)度提高7.2%，斷裂伸長率提高13.9%；40 kg/m3密度下，兩種聚醚制備的泡沫性能均較優(yōu)，尤其回彈性能均超過50%，甚至達(dá)到56%，與F3156制備的泡沫相比，F(xiàn)3156D泡沫硬度提升3.6%，拉伸強(qiáng)度提升10.7%，斷裂伸長率提高8%，這可能與F3156D較低的不飽和度有關(guān)，單羥基聚醚的減少有利于聚氨酯鏈增長反應(yīng)，從而有利于改善泡沫物理性能。

2.2 兩種聚醚在慢回彈塊泡中的應(yīng)用性能對(duì)比

通常TDI系慢回彈塊泡生產(chǎn)中，Mn約700的慢回彈聚醚常與Mn為3 000的聚醚多元醇搭配使用。為驗(yàn)證聚醚F3156D的適用范圍，根據(jù)表3的配方進(jìn)行了慢回彈大塊泡的應(yīng)用評(píng)價(jià)[5]，結(jié)果見表5。

表5 不同聚醚制備的慢回彈塊泡的物理性能

由表5可以看出，相近密度下，F(xiàn)3156D制備的慢回彈泡沫性能優(yōu)于F3156的，65%壓陷硬度提升13.2%，撕裂強(qiáng)度提升6.4%，拉伸強(qiáng)度提升6.6%，斷裂伸長率略有下降。

2.3 兩種聚醚所制備的泡沫氣味對(duì)比

將密度為25 kg/m3的F3156D和F3156泡沫樣品送至第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)上海華測(cè)CTI，按大眾PV 3900—2019方法進(jìn)行氣味檢測(cè)，結(jié)果見表6。

表6 不同聚醚制備的泡沫氣味檢測(cè)對(duì)比

由表6可看出，兩種工藝生產(chǎn)的聚醚產(chǎn)品制備的泡沫，在80℃下氣味等級(jí)達(dá)到大眾3.0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足汽車泡綿、高檔沙發(fā)床墊海綿的需求。

2.4 兩種聚醚所制備的泡沫的耐黃變性能

將密度為25 kg/m3的F3156D和F3156所制備的泡沫樣品進(jìn)行耐黃變性能對(duì)比，考察氣熏時(shí)間對(duì)泡沫黃變的影響，結(jié)果見表7。

表7 兩種聚醚制備的軟泡氣熏黃變參數(shù)隨時(shí)間的變化

由表7可以看出，F(xiàn)3156D所制備的泡沫制品經(jīng)NOx氣熏后黃度指數(shù)YI值較低，說明其在耐氣熏黃變方面表現(xiàn)更加優(yōu)異，這可能與F3156D具有較低的不飽和度從而不容易被氧化有關(guān)[6]。

3 結(jié)論

(1)連續(xù)法DMC聚醚F3156D制備的普通軟泡及慢回彈泡沫物性優(yōu)異，尤其中高密度下物理性能優(yōu)于KOH法聚醚F3156所制備的軟泡，F(xiàn)3156D可以替代F3156用于軟泡及慢回彈塊泡的生產(chǎn)。

(2)NOx氣熏黃變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)3156D制備的泡沫耐黃變性能更加優(yōu)異。