聚氨酯自结皮简析

一、什么是聚氨酯自结皮泡沫塑料
自结皮泡沫塑料，又称整皮模塑泡沫塑料。这种泡沫塑料不同于一般半硬质泡沫塑料。通常，聚氨酯半硬泡是以PVC或ABS等塑料作表面材质，PU半硬泡填充其中，形成一种好似“三明治”类夹心材料，应用于汽车、家具等行业作装饰材料。
自结皮泡沫塑料则是不用其它塑料作表面材料，依靠发泡组分在发泡成型时，一次性形成表材与泡沫芯材。也就是利用特殊工艺将PU组分一次形成带坚实表皮的泡沫塑料制品

它的外皮较厚，约零点几毫米至2.3mm，这一结实外皮下方才有多孔结构。外皮密度为1000一1200kg/m3，而芯层密度为几百kg/m3。PU表皮的机械性能完全可与烯烃塑料皮层媲美，有的还超过它，如耐刺扎性等。如表

目前，软质自结皮PU泡沫塑料制品应用于汽车方向盘、扶手、头枕、自行车座、摩托车座、安乐椅扶手与头靠、门把、阻流板以及保险杠等。
聚酯型自结皮PU制品绝大部分应用于制鞋工业做各种皮鞋、套鞋、矿山鞋、马靴等。
硬质自结皮PU制品也称“结构泡沫”，它应用于家具工业做门、窗框、桌、椅子、电脑、打字机以及钢琴等坚实美观的框架，或用于运动器材做滑雪板、冲浪板等。其应用前景非常乐观。
二、实验室所需要采取的方法
1.采用手工发泡, 在 10cm×5cm×5cm 小钢模中获得基本发泡数据。
2.制品模具采用样品铝质材料模具
三、实验所需要采用的原料
反应机理
自结皮泡沫归属于发泡体系, 其化学反应体系较为简单 , 一般发生下列 2 种反应 :
自结皮聚氨酯泡沫的外皮与芯层在一次成型过程中同时制得 , 也就是表皮与芯层都由相同的材料制成。结实的外皮是由于物理作用的结果产生的。由多元醇组分与异氰酸酯组分组成的反应混合物 , 因为反应放热使加入的发泡剂形成泡孔。泡孔中充满气体蒸汽 , 若碰上低温的模具壁 , 因热量被排出 , 而使蒸汽溶于聚氨酯中 , 泡孔发生破裂 , 高温的芯层物料便被压成结实的外皮 , 直到输入与输出的热量平衡为止。
异氰酸酯MDI
制备自结皮泡沫所选用的异氰酸酯，一般均为芳香族异氰酸酯。如TDI，其中ＭＤＩ特别适合自备自结皮泡沫。但是纯ＭＤＩ由于是结晶体，使用不方便，而且存放过程中易生成二聚体，不适宜使用。其他改性ＭＤＩ、液化ＭＤＩ、PAPI均可使用。值得PAPI反应活性高，适用于自结皮泡沫的制备。但是PAPI和聚醚反应交联密度较高，泡沫脆性大，因此一般均使用改性ＭＤＩ。
改性ＭＤＩ的方法很多，一般为二氮环丁酮亚胺，或聚醚改性MDI，其游离异氰酸酯根含量为28-30%左右。它不仅具有较高反应活性，而且自结皮泡沫机械强度得到明显的提高，特别其脆性得到改善 。
聚 醚
聚醚选用高活性、高分子量的聚醚。为了提高制品的综合性能，也使用聚合物多元醇。常用高分子量、高活性聚醚品种有：4800左右的高活性聚醚及高活性POP。可以做几分钟内快速反应成型。
催化剂
自结皮产品中，主要是通过三乙稀二胺和二甲基乙醇胺进行综合调整，常规的自结皮的组合料中，不能含有过高的水份。但在实际制品生产中，聚醚及其他原料或多或少有微量的水存在。因此，为了加快脱模时间，是制品表皮固化得更好。在发泡过程中可以加入微量的锡催化剂。
助剂
1.扩链剂和交联剂
扩链剂和交联剂与异氰酸酯反应, 构成刚性链段 , 对 ISF 制品的成型性、生产性、机械性能均起着非常重要的作用。增加刚性的链段含量可提高刚性、耐热性及尺寸稳定性。实验表明 , POP 体系的扩链剂采用二元醇 , 如乙二醇 , 二甘醇 , 1 , 4 -丁二醇等; 交联剂采用三元醇或三元醇与环氧乙烷的共聚物。这与单一聚醚体系的扩链剂和交联剂一样 , 但是用量略有降低。
2.颜 料
采用芳香族异氰酸酯的自结皮泡沫。暴露到紫外光中会变黄，因此常加入颜料，一般在配方中加黑色颜料。黑色颜料一般用碳黑和聚醚通三掍研磨成糊状物，其用量一般为0.5-2%左右。要求浅色或较鲜艳颜色的制品可用丙烯酸或脂肪族光不褪色图层，也可用各种油溶性颜料和聚醚进行研磨后，加入配方中，加入量为聚醚量的2%左右。
助剂影响
1.催化剂
在聚氨酯自结皮泡沫的发泡过程中, 催化剂是最为重要的一种助剂。催化剂必须保证发泡过程中的发泡反应和凝胶反应达到动态平衡 , 否则就会出现塌泡或收缩现象。采用对发泡反应有强烈催化作用的强碱性叔胺类化合物(如三乙烯二胺)和对凝胶反应有强烈催化作用的进行复配 , 即可制得适合于 自结皮体系的催化剂。
2.发泡剂
自结皮泡沫生产过程中的发泡剂，141B ,有时也可加入少量的二氯甲烷，对促进皮的行程很有效。在自结皮泡沫的生产中，可以加入微量的水分。由于水分的存在，水和异氰酸酯反应，放出CO2，此反应属放热反应。从而可加快反应速度，缩短脱模时间，提高生产效率。
POP影响
高接枝量 POP 的粘度较普通聚醚大 ,随POP 用量的增加 ,组合聚醚粘度增加 ,充模性逐渐变差。但是有利于泡沫开孔的苯乙烯 - 丙烯腈接枝物含量增加 ,泡沫的开孔性变好。
POP 的加入使组合聚醚与异氰酸酯的前期反应速度基本不受影响 ,但是却加快了后期反应速度。这样使得组合聚醚的充模性不受影响 ,后期熟化时间缩短 ,脱膜速度加快 ,提高了生产效率。