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聚氨酯泡沫塑料制造中的催化剂作用与反应控制

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聚氨酯联盟小熊 发表于 4 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国广东东莞
在聚氨酯发泡过程中,涉及多种化学反应,特别是异氰酸酯与羟基、异氰酸酯与水的反应。异氰酸酯与羟基的反应称为“凝胶反应”,该反应生成高相对分子质量的聚合物,通常由多元醇与异氰酸酯反应。另一方面,水与异氰酸酯反应则属于“发泡反应”,生成取代脲和二氧化碳,后者在泡沫中作为泡孔气体。

在聚氨酯泡沫的制备过程中,控制这两种反应的速度非常重要。特别是,要避免初期反应使粘度增长过快,从而使泡沫不能均匀充满模具。聚醚多元醇的反应速度在无催化剂的条件下较慢,不能形成稳定泡沫。因此,催化剂的使用变得至关重要。

聚氨酯泡沫的催化剂主要分为两类:有机叔胺类催化剂和金属盐类催化剂。叔胺类催化剂主要加速发泡反应,而金属盐类催化剂则更偏向于加速凝胶反应。催化剂的选择与使用量需要根据具体的发泡体系来精确控制,以确保反应平衡。通常,在发泡反应与凝胶反应之间保持一定的平衡,是获得理想泡沫的关键。

凝胶反应:异氰酸酯与多元醇发生反应,生成高分子聚合物,反应式为:

RNCO + R’OH \to RNHCOOR’

发泡反应:水与异氰酸酯反应,生成二氧化碳和取代脲,反应式为:

2R-NCO + H2O \to RNHCONHR + CO2

若发泡反应先行,气体产生过早,会导致泡沫塌陷和不均匀的气孔结构。反之,若凝胶反应过快,泡沫尚未充分膨胀便凝固,将导致泡沫密度过高。

为了调节反应速度,在不同的聚氨酯泡沫制造工艺中,催化剂的种类和用量需要根据反应的具体需求来调整。催化剂加速反应并缩短生产周期,尤其在模塑发泡过程中,初期粘度需要增长得比较慢,以便材料可以充满模腔。而当材料完全膨胀时,凝胶反应应已基本完成。因此,催化剂的选择至关重要。

催化剂的主要类型:
叔胺类催化剂:主要加速发泡反应。
有机锡类催化剂:主要加速凝胶反应。

两类催化剂的联合使用,有助于实现反应的平衡,满足不同生产工艺和产品需求。


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