高羥值聚醚的比例對慢回彈型聚氨酯軟泡復(fù)原時間的影響

周襲非，王志有，張全紅

（遼寧科技大學(xué)化工學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

高羥值聚醚的比例對慢回彈型聚氨酯軟泡復(fù)原時間的影響

周襲非，王志有，張全紅

（遼寧科技大學(xué)化工學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

改變聚醚組分中高羥值聚醚的比例，進(jìn)行慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料（慢回彈型聚氨酯軟泡）的復(fù)原時間對比試驗。結(jié)果表明，當(dāng)聚醚組分中高羥值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%時，慢回彈型聚氨酯軟泡的復(fù)原時間為4～8s，不僅很好地滿足了其回復(fù)性能，而且在此范圍內(nèi)其密度和硬度均能達(dá)到其使用要求。

聚氨酯；軟質(zhì)泡沫；高羥值聚醚；復(fù)原時間

聚氨酯是一類分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)（-NHCOO-）的高聚物。隨著合成時原料、助劑及工藝條件的不同，可以合成性能各異的產(chǎn)品如泡沫塑料、橡膠、涂料、黏合劑、彈性纖維等[1]。聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一，其中慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料是聚氨酯家族中的一種特殊泡沫[2]。慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料是20世紀(jì)60年代由美國太空總署（NASA）研發(fā)的一種開放式細(xì)胞結(jié)構(gòu)的新型材料，具有溫感減壓的特性，也可以稱為是一種溫感減壓材料。該類材料可以緩解宇航員所承受的壓力，保護(hù)宇航員的脊椎[3]。20世紀(jì)90年代初，瑞典Fagerdala公司再次將該類材料開發(fā)為民用（醫(yī)用）產(chǎn)品，最先在醫(yī)療急救、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)得到廣泛的推廣應(yīng)用[4-5]。當(dāng)人體接觸該類材質(zhì)時，其會對人體溫度進(jìn)行感應(yīng)，逐漸變得柔軟，同時吸收人體壓力，從而將人體調(diào)整到最舒適的姿勢狀態(tài)[6]。由于其優(yōu)異的性能和作用，該類材料的應(yīng)用愈發(fā)普遍。慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料與其它類型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的最大區(qū)別在于其復(fù)原時間，由于聚醚組分中高羥值聚醚的比例對其復(fù)原時間有很大的影響，因此研究聚醚組分中高羥值聚醚的比例對其復(fù)原時間的影響顯得尤為必要。

本文選取幾組典型的高羥值聚醚比例，研究了其對慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的物理性能及復(fù)原時間的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料及助劑

聚醚三元醇3010K（羥值：56mg KOH·g-1），聚醚多元醇GLR-2000（羥值：230～250mg KOH·g-1），甲苯二異氰酸酯（Desrnodur T80），泡沫穩(wěn)定劑（B-8002），錫催化劑（T-9），復(fù)合胺催化劑（A-1和A-33按一定比例混合），開孔劑（SK-1900）。

1.2 樣品的制備

1.2.1 配方設(shè)計

由于聚氨酯軟泡由多種組分合成，且各個組分對其性能影響較大[7]，因此必須首先確定制備聚氨酯軟泡的配方。通過正交試驗所確定的配方如表1所示。然后，通過改變聚醚組分中聚醚多元醇GLR-2000的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即將GLR-2000/（GLR-2000+3010K）的比例依次調(diào)整為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。按發(fā)泡工藝程序操作，就可以制得10個慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料樣品。

表1 聚氨酯軟泡配方

1.2.2 發(fā)泡工藝

采用一步法發(fā)泡工藝[8]，按配方用量依次加入聚醚多元醇、去離子水、泡沫穩(wěn)定劑、開孔劑以及復(fù)合胺催化劑，混合攪拌，控制料溫在23℃，靜置片刻后加入錫催化劑，在3500r·min-1的速度下高速攪拌至均勻；然后，快速加入甲苯二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌5～8s，直到混合液顏色即將發(fā)白時倒入模具。等泡沫發(fā)起并固化后，將其移入40℃保溫箱中進(jìn)行熟化2h。最后脫模即得慢回彈型聚氨酯泡沫樣品。

1.3 物性試驗

為了考察聚醚組分中高羥值聚醚比例對軟泡的物理力學(xué)性能的影響，參照GB 6343-1995《泡沫塑料和橡膠表現(xiàn)（體積）密度》測定樣品的密度，并采用對比定性法評定樣品的硬度。

1.4 樣品復(fù)原時間的測試

以復(fù)原時間作為樣品復(fù)原性能的評價指標(biāo)。測試方法如下：切割30cm×30cm×20cm的樣品，將一個1kg的正方體型鐵塊放在樣品中間1min，然后測量樣品恢復(fù)原樣的時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚醚組分中高羥值聚醚比例對軟泡物理性能的影響

一般來說，發(fā)泡劑用量與發(fā)泡工藝是影響聚氨酯軟泡密度的主要因素[9]。但從聚醚組分中高羥值聚醚比例對軟泡密度的比例影響（圖1）可以看出，在本實驗所采用的范圍內(nèi)，隨聚醚組分中高羥值聚醚的比例從0增加到0.9，軟泡的密度隨之增大。當(dāng)聚醚組分中高羥值聚醚的比例介于0.3～0.7時，樣品的密度已經(jīng)能夠滿足其使用性能。

隨著聚醚組分中高羥值聚醚比例的增大，軟泡的硬度明顯增大（圖2）。其原因在于增大聚醚組分中高羥值聚醚的比例，導(dǎo)致整體聚醚的平均羥值增大，當(dāng)與甲苯二異氰酸酯反應(yīng)后，分子中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增多（即交聯(lián)點增多且稠密），最終使得所得泡沫塑料的硬度增大。

圖1 聚醚組分中聚醚GLR-2000的比例對慢回彈型聚氨酯軟泡密度的影響

圖2 聚醚組分中聚醚GLR-2000的比例對慢回彈型聚氨酯軟泡硬度的影響

2.2 聚醚組分中高羥值聚醚比例對泡沫復(fù)原時間的影響

在相同的環(huán)境下，通過改變GLR-2000/（GLR-2000+3010K）的比例，考察了聚醚組分中高羥值聚醚比例對泡沫復(fù)原時間的影響（圖3）。

圖3 聚醚組分中聚醚GLR-2000的比例對慢回彈型聚氨酯軟泡復(fù)原時間的影響

本實驗采用了2種聚醚，一種是聚醚三元醇3010K，其羥值為56mg KOH·g-1，另一種是聚醚多元醇GLR-2000，其羥值大概為240mg KOH·g-1（即本文中所說的高羥值聚醚多元醇）。改變GLR-2000/(GLR-2000+3010K)的比例，也就是改變聚醚組分中高羥值聚醚多元醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。隨著聚醚組分中高羥值聚醚多元醇比例的增大，慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的復(fù)原時間增加。當(dāng)高羥值聚醚多元醇的用量為聚醚用量的10%時，所得樣品已經(jīng)有了明顯的慢回彈性能，但是復(fù)原時間過短（＜2s）。增大高羥值聚醚多元醇的用量至聚醚用量的30%時，其復(fù)原時間為4s左右，樣品有較好的慢回彈性能。繼續(xù)增加高羥值聚醚多元醇的用量（至聚醚用量的50%），其復(fù)原時間進(jìn)一步增大。但是，慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料，并不是復(fù)原時間越長就越好，其復(fù)原時間在4～8s時性能最佳，即聚醚組分中高羥值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%時，樣品的密度和硬度均已能夠滿足其使用性能。

3 結(jié)論

1）隨著聚醚組分中高羥值聚醚多元醇比例的增大，慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的密度和硬度都增大。

2）隨著聚醚組分中高羥值聚醚多元醇比例的增大，慢回彈型聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的復(fù)原時間增長。

3）聚醚組分中高羥值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%時，其復(fù)原時間為4～8s，不僅很好地滿足了其回復(fù)性能，而且在此范圍內(nèi)其密度和硬度能達(dá)到其使用要求。

[1] 朱呂民，劉益軍.聚氨酯泡沫塑料(第3版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：1-2.

[2] 徐培林，張淑琴.聚氨酯材料手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：253-260.

[3] 楊汝平，王鴻奎，何濤.新一代硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡劑的應(yīng)用[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2003(4)：45-49.

[4] 王強(qiáng).聚氨酯制品的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].遼寧化工，2003，23(7)：289-290.

[5] 朱呂民.聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料[J].聚氨酯，2007，60(5)：88-97.

[6] 饒舟，張威，王煥，許戈文.功能型聚氨酯的研究進(jìn)展[J].粘接，2011(11)：75-79.

[7] 盧敏，張海龍，王煥，許戈文.插層技術(shù)在聚氨酯/納米復(fù)合材料中的應(yīng)用[J].聚氨酯，2011(6)：76-78.

[8] Michele Modesti. Influence of different flame retardants on fire behaviour of modified PIR/PUR polymers [J]. European polymer journey, 2003(39): 263-264.

[9] Hobbs, Michael L., Lemmon, Gordon H. Polyurethane foam response to fire in practical geometries [J]. Polymer Degradation and Stability, 2004, 84(2): 183-197.

Impact of High Hydroxyl Value of Polyether on Recovery Time of Slow Rebound Polyurethane Soft Foam

ZHOU Xifei, WANG Zhiyou, ZHANG Quanhong
(School of Chemical Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China)

The contrast tests of the recovery time of the slow rebound polyurethane soft foam plastic (hereinafter referred to as slow rebound polyurethane soft foam) were processed through changing the ratio of the high hydroxyl value of polyether in polyether component proportion. Results showed that when the ratio of the high hydroxyl value of polyether were controlled between 30%～70%, the recovery time of the slow rebound polyurethane soft foam was 4～8s. That not only well satis fi ed the response performance of it, but also the density and hardness of it were greatly met the use requirement in the above-mentioned range.

polyurethane; fl exible foams; high hydroxyl value of polyether; recovery time

TQ 323.8

A

1671-9905(2017)12-0019-03

周襲非（1971-），女，四川南充人，工學(xué)碩士，遼寧科技大學(xué)講師，研究方向：精細(xì)有機(jī)合成。電話：0412-5929646，E-mail:672253324@qq.com

2017-08-30