無色分散劑在聚合物多元醇中的應(yīng)用研究

趙寶成 魏素玲 朱侶臣 劉三會 戚渭新

(淮安巴德聚氨酯科技有限公司 江蘇淮安 223000)

聚合物多元醇(POP)是制造高回彈聚氨酯軟泡的主要原料。在制造泡沫的配方中加入聚合物多元醇可提高泡沫的承載性。POP中聚合物超細(xì)粒子對聚氨酯(PU)基體起著活性填料的增強(qiáng)作用,可提高聚氨酯軟泡的模量、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和硬度等。POP還可改善發(fā)泡成型性,增加開孔率、回彈性和尺寸穩(wěn)定性。由POP制成的聚氨酯軟泡材料主要分為塊狀軟泡和模塑泡沫材料,用途廣泛。其中,聚氨酯塊狀泡沫材料用于地毯、家具和床上用品,聚氨酯模塑泡沫材料則主要用于汽車和飛機(jī)工業(yè)[1-2]。

POP的質(zhì)量直接影響到PU制品的質(zhì)量,性能優(yōu)異的POP具有較高的固含量(即乙烯基單體含量)和較低的黏度。最初的POP合成工藝是在基礎(chǔ)聚醚中，在引發(fā)劑的作用下加入苯乙烯和丙烯腈單體聚合，制成分散著聚合顆粒的非均相乳液,固含量不高于25%。當(dāng)在配方中引入分散劑時,可制成固含量高于40%的POP[3-5]。傳統(tǒng)多采用馬來酸酐型分散劑,但合成的POP性能一般。

本實驗采用具有特殊雙鍵結(jié)構(gòu)、低黏度、無色透明分散劑BDF-4,采用預(yù)聚體法合成普通聚合物多元醇,得到的POP不僅黏度低、粒子細(xì)膩,而且與水混溶性好。用這種POP制備的聚氨酯泡沫在擁有相對低的密度的同時,具有相對較高的強(qiáng)度與承載力。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇KGF3010(羥值54～58 mgKOH/g),南京金浦錦湖化工有限公司;胺類催化劑A33,贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán);勻泡劑L-580,邁圖高新材料集團(tuán);多亞甲基多苯基異氰酸酯(牌號PM-200),萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司;甲苯二異氰酸酯(TDI),滄州大化股份有限公司;分散劑BDF-3、分散劑BDF-4,淮安巴德聚氨酯科技有限公司;分散劑A、分散劑B,市售。以上均為工業(yè)級。

丙烯腈、苯乙烯、異丙醇、二乙醇胺(DEOA),化學(xué)純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;偶氮二異丁腈(AIBN),化學(xué)純,上海試四赫維化工有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乙烯基預(yù)聚體(PFS)的合成

將計量中部分異丙醇加入裝有攪拌器、溫度計的2 L不銹鋼反應(yīng)釜中,在氮氣保護(hù)下加熱至100 ℃。在攪拌下,勻速滴加配制好的分散劑、苯乙烯、丙烯腈、AIBN和剩余部分異丙醇的混合溶液。加料完畢后反應(yīng)一定時間,降溫出料。

1.2.2 聚合物多元醇(POP)的合成

將計算量的小部分聚醚KGF3010加入裝有攪拌器、溫度計的2 L不銹鋼反應(yīng)釜中,在氮氣保護(hù)下加熱至120 ℃。在攪拌下,勻速滴加配制好的聚醚KGF3010、苯乙烯、丙烯腈、AIBN和乙烯基預(yù)聚體PFS混合液。加料完畢,在120 ℃老化吸收60 min,通氮氣鼓泡脫除未反應(yīng)的單體,用過濾網(wǎng)過濾后出料,得到POP。

1.2.3 聚氨酯軟泡的制備

聚氨酯軟泡的配方見表1。

表1 聚氨酯軟泡的基本配方

分別采用4種分散劑合成的POP制備聚氨酯軟泡。按表1配方將聚醚多元醇KGF3010、POP、水、A33、L-580和DEOA混合均勻,加入TDI與PM-200的混合物,攪拌數(shù)秒倒入紙箱內(nèi)發(fā)泡,泡沫熟化后取出,放置48 h后測試泡沫各項性能[6]。

1.3 分析及測試

羥值按照GB/T 12008.3—2009的方法測試;黏度按照GB/T 12008.7—2010的方法測試;密度按照GB/T 6343—2009的方法測試;回彈性能按照GB/T 6670—2008的方法測試;拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率按照GB/T 6344—2008的方法測試;壓陷硬度按照GB/T 10807—2006的方法測試。

POP與水的相容性測試:取100 g POP于200 mL燒杯中,常溫下加入5 g水,用玻璃棒快速攪拌,觀察POP的變化并測定黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物多元醇分散劑的黏度對比

分別測試BDF-4、BDF-3、分散劑A、分散劑B在25 ℃的黏度，黏度數(shù)據(jù)及外觀見表2。

由表2可知,BDF-4的黏度明顯低于其他3種分散劑,輸送便利且使用方便;其次,由于BDF-4雙鍵結(jié)構(gòu)的特殊性,其外觀為無色透明液體;其余3種均為馬來酸酐型分散劑,色澤呈深黃色。

表2 分散劑的黏度及外觀對比

2.2 分散劑對中間體PFS性能的影響

分別以BDF-4、BDF-3、分散劑A與分散劑B為原料合成乙烯基聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的PFS,測試4種PFS的各項指標(biāo)，結(jié)果見表3。

表3 不同分散劑對中間體PFS性能的影響

由表3可知,在合成相同乙烯基聚合物含量的PFS時,由BDF-4合成的PFS-1的黏度明顯低于其他3種分散劑合成的,而PFS的黏度直接關(guān)系到所合成POP的黏度。另外，從外觀可以看出,因BDF-4為無色透明液體,所以其合成的PFS-1為乳白色液體,而其他PFS顏色發(fā)黃,從PFS的指標(biāo)可知BDF-4比其他市售同類分散劑更優(yōu)。

2.3 分散劑種類對POP性能的影響

以KGF3010為基礎(chǔ)聚醚多元醇,分別以BDF-4、BDF-3、分散劑A與分散劑B合成的PFS來合成45%固含量的POP產(chǎn)品,PFS質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為15%,測試合成的POP產(chǎn)品各項物化性能,結(jié)果見表4。

表4 不同預(yù)聚體對POP產(chǎn)品性能的影響

由表4可知,合成44.5%～45.0%固含量的POP時,基于BDF-4合成的PFS-1制備的POP-1黏度比其他分散劑合成的POP低1 000 mPa·s以上。結(jié)合表3可見,PFS的黏度越低,則聚合物多元醇的黏度也相對較低。POP-1的100目過網(wǎng)時間也短。從POP與水的混溶性可見,POP-2、POP-3以及POP-4與少量水混合后,都變成膏狀體,基本無流動性,黏度很高,而POP-1與水混合后黏度變化很小,流動性好,用于后期制造軟泡時容易混配均化?？梢娪肂DF-4合成的POP性能更優(yōu)。

2.4 不同分散劑合成的POP制備的軟泡性能比較

參照國家標(biāo)準(zhǔn),制備泡沫測試標(biāo)準(zhǔn)的軟泡樣片,測試的性能指標(biāo)與結(jié)果如表5所示。

表5 不同分散劑合成的POP制備的軟泡性能

從表5可知,采用BDF-4合成的POP所制備的泡沫的拉伸強(qiáng)度及壓陷硬度要優(yōu)于其他3種分散劑合成的POP制備的軟泡，具有較高的承載性能;斷裂伸長率、密度和回彈率與基于其他3種分散劑的POP所制泡沫的性能相當(dāng)。因此,由分散劑BDF-4合成的POP性能較好,所制備的泡沫具有較好的承載力。

3 結(jié)論

(1)使用無色分散劑BDF-4合成的乙烯基預(yù)聚體與其他分散劑合成的乙烯基預(yù)聚體相比,具有更低的黏度,且為乳白色,利于POP的色澤。

(2)用基于BDF-4的乙烯基預(yù)聚體合成的POP產(chǎn)品,黏度比其他同類產(chǎn)品低1 000 mPa·s以上,過網(wǎng)時間明顯較短,粒子更加細(xì)膩。

(3)基于BDF-4的POP產(chǎn)品與少量水混溶性很好,黏度較低,利于后期的發(fā)泡操作。

(4)與其他同類產(chǎn)品相比,使用BDF-4合成的POP所制備的軟質(zhì)聚氨酯泡沫具有較好的承載力。