聚氨酯发泡材料的原料选取

聚氨酯发泡材料的原料有聚醚多元醇或聚酯多元醇、多异氰酸酯等主要原料，以及发泡剂、发泡稳定剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂。表9-3-1为聚氨酯发泡材料原料的名称及其主要作用。

表9-3-1 聚氨酯发泡材料原料的名称及其主要作用

1.异氰酸酯

异氰酸酯是一类含有一个或多个异氰酸酯基团（—N═C═O）的有机化合物。由于其含有高度不饱和的异氰酸酯基团，使其具有极高的化学活性，能与多种化学物发生重要的化学反应。

工业上大部分聚氨酯产品采用芳香烃类二异氰酸酯，特别是甲苯二异氰酸酯（TDI）和二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），不仅应用广泛而且已形成特定产品体系。目前全世界95%以上的聚氨酯材料是由这两种芳香烃类二异氰酸酯合成的。芳香族异氰酸酯分子中芳环的存在赋予了聚氨酯材料刚性和较强的内聚力，力学强度较高。而由脂肪族异氰酸酯为单体反应得到的聚氨酯材料刚性和耐热氧老化性能均不及芳香族异氰酸酯，但其受光照后不变黄，故常应用于特殊用途的聚氨酯材料。

甲苯二异氰酸酯（TDI）是一种具有强烈刺激气味无色或呈浅黄色的液体，蒸气压较高，对人体呼吸系统和皮肤有强烈刺激性，应避免直接与皮肤接触。甲苯二异氰酸酯在储存时易生成二聚体或多聚体变为固体，所以纯甲苯二异氰酸酯不易长时间储存。

2.多元醇

有机多元醇通常是指分子中含有两个或两个以上羟基官能团的醇类化学物或聚合物。它依靠分子中的羟基与多异氰酸酯反应生成聚氨基甲酸酯链段。

聚氨酯反应所采用的多元醇化合物，要求其分子内的羟基（—OH）数一般在2～8之间，其相对分子质量为250～8000范围内，是一种低聚物，由于它在分子中有羟基基团，所以也称这类化合物为多羟基化合物。

应用于聚氨酯泡沫塑料的多元醇化合物主要有聚醚多元醇、聚酯多元醇等。

①聚醚多元醇

聚醚多元醇是主链含有醚键（—R—O—R—），端基或侧基含有大于2个羟基（—OH）的低聚物，通常是由起始剂（含活性氢基团的化合物）与环氧乙烷（EO）、环氧丙烷（PO）、环氧丁烷（BO）等在催化剂存在下经加聚反应制得。

以聚醚多元醇为基料合成的聚氨酯树脂比相应的以聚酯多元醇合成的聚氨酯制品有较好的柔软性、耐水解性、回弹性和耐低温性。

②聚酯多元醇

聚酯多元醇（polyester polyol）包括常规聚酯多元醇、聚己内酯多元醇和聚碳酸酯二醇，它们含酯基或碳酸酯基，但实际上通常所指的聚酯多元醇是由二元羧酸与二元醇等通过缩聚反应得到的聚酯多元醇。

聚酯多元醇是聚酯型聚氨酯的主要原料之一，根据是否含苯环，可分为脂肪族多元醇和芳香族多元醇。其中脂肪族多元醇以己二酸系聚酯二醇为主。

聚酯多元醇型聚氨酯因分子内含有较多的酯基、氨基等极性基团，内聚强度和附着力强，具有较高的强度、耐磨性和耐热性。

3.催化剂

聚氨酯催化剂是一种加速聚氨酯反应进行的助剂，主要有叔胺催化剂和有机金属化合物两大类。

胺类催化剂一般使用在聚氨酯泡沫塑料的生产中，主要分为以下几类：(www.xing528.com)

①脂肪族胺类催化剂有N，N—二甲基环己胺、双（2—二甲氨基乙基）醚、N，N，N′，N′—四甲基亚烷基二胺、三乙胺、N，N—二甲基苄胺等。

②脂环族胺类催化剂有固胺、N—乙基吗啉、N—甲基吗啉、N，N′—二乙基哌嗪等。

③醇类化合物催化剂有三乙醇胺、DMEA等。

④芳香族胺类有吡啶，N，N′—二甲基吡啶等。

在聚氨酯发泡材料的制备中，催化剂的作用尤为重要，催化剂不仅能加速反应速率，而且还是发泡工艺的重要控制手段，选择合适的催化体系能使链增长反应（羟基—异氰酸酯反应）和发泡反应（异氰酸酯—水反应）二者间建立较好的平衡，使聚合物的形成和气体的发生速率相互协调，在发气反应的同时，泡沫壁（即聚合物）具有足够的强度，将气体有效地包裹的泡沫体内。此外，还能使得在发泡完毕之后聚合物能较好地凝固，使泡沫体不致倒塌和收缩。

4.发泡剂

制备聚氨酯泡沫塑料所用的发泡剂可分为化学发泡剂和物理发泡剂两大类。

化学发泡剂即为水与多异氰酸酯反应，生成二氧化碳气体，二氧化碳气体起着发泡剂的作用。

为了降低密度或提高隔热效果，一般可采用物理发泡剂。

聚氨酯泡沫塑料所用的发泡剂物理发泡剂不参与聚氨酯化学反应，它是依靠反应体系放热产生的热量而汽化、发泡。考虑到地球臭氧层的保护，现在都在积极找寻能取代氯代氟烃（CFCs）且臭氧消耗潜值（ODP）等于零的新一代聚氨酯用物理发泡剂，目前主要有HCFC过渡——HFC体系和戊烷发泡体系。

5.泡沫稳定剂

泡沫稳定剂在聚氨酯发泡材料中，常被称为匀泡剂，属于表面活性剂的范畴，是指起着乳化泡沫物料，稳定泡沫和调节泡孔结构，增加各组分的互溶性，有助于气泡的形成，使泡孔壁具有弹性，以留住气体，防止泡沫崩塌作用的一类助剂。

含磺酸基的表面活性剂如磺化的蓖麻醇钠盐是聚酯型泡沫体的良好稳定剂。

水溶性的聚醚硅氧烷是聚醚型泡沫体的良好稳定剂。

6.阻燃剂

和其他大多数高分子材料一样，聚氨酯发泡材料不耐热，容易被点燃，产生毒性气体，危害人身财产安全。所以，一般通过各种方法，使聚氨酯制品具有一定的阻燃性。添加阻燃剂是最常用的方法，阻燃剂是聚氨酯发泡材料的重要助剂。

聚氨酯发泡材料用阻燃剂可分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂两大类。

反应型阻燃剂是在聚醚或异氰酸酯键上引入卤素、磷、锑的阻燃元素，从而得到结构型阻燃泡沫塑料。

聚氨酯发泡材料用添加型阻燃剂通常以有机液态阻燃剂为主，其中含卤磷酸酯是使用最广、效果最显著的一类阻燃剂，它们与多元醇有很好的相容性。无机类阻燃剂主要有氧化锑、氢氧化铝、硼酸锌等。