1.前言
眾所周知，聚氨酯慢回彈泡沫也被稱之為記憶泡沫、粘彈泡沫，其獨(dú)特之處是可以順應(yīng)承載物的形狀，使得接觸面積大化、應(yīng)力梯度小化，受力集中點(diǎn)能夠得到緩解，局部沒有擠壓和刺痛感。因此，慢回彈塊狀泡沫被廣泛用作床墊、坐墊等，有利于人體的血液循環(huán)，是一種高舒適性的保健泡沫。
理論上聚氨酯泡沫的回彈性與其相分離程度和玻璃化溫度有關(guān)，通過選擇原料把泡沫的玻璃化溫度調(diào)整到使用溫度，同時(shí)降低泡沫的相分離程度，即可得到慢回彈泡沫。通常的工藝路線是把低羥值軟泡聚醚和較高羥值的聚醚混合使用，提高泡沫的交聯(lián)密度，從而既提高了泡沫的玻璃化溫度，又降低了相分離程度。如CN1606580、CN1572186、CN1229803都是基于這一理論[1-3]。
傳統(tǒng)的慢回彈聚氨酯塊泡都是用TDI制備，近些年，由于人們對(duì)環(huán)保的逐漸重視，越來越關(guān)注MDI，不止在模塑領(lǐng)域，更希望在塊泡領(lǐng)域嘗試MDI工藝[4-10]。本文介紹了一種改性MDI，商品牌號(hào)為wannate8107，用于制備慢回彈塊泡。
之所以采用MDI預(yù)聚技術(shù)，其原因在于：MDI基泡沫自由發(fā)泡密度較TDI基高，為了維持相同的發(fā)泡密度，MDI體系需要較高的水量。但隨著體系中水量增加，脲基/氨基甲酸酯比例增高，易使脲相從聚醚軟段微區(qū)分離出來，導(dǎo)致泡沫不穩(wěn)定，并導(dǎo)致泡沫手感偏僵和較差的老化性能。采用預(yù)聚體技術(shù)制備MDI基慢回彈泡沫，即使用高分子量、多羥基化合物與MDI反應(yīng)形成預(yù)聚物，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)泡過程中相分離過程的控制，從而達(dá)到改善泡沫終性能的目的。尤其在制備低密度泡沫時(shí)，MDI預(yù)聚體技術(shù)則顯得更為重要。其次，對(duì)MDI的預(yù)聚改性也可明顯改善MDI組分的貯存性能。
2 MDI的主要化學(xué)特性
制備慢回彈塊泡的TDI 通常為2, 4 體占80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，2, 6 體占20%，常溫下為無色或微黃色透明液體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，在10℃以下出現(xiàn)結(jié)晶，是劇毒危險(xiǎn)品，對(duì)運(yùn)輸有嚴(yán)格要求。本實(shí)驗(yàn)采用的MDI可以在0℃下儲(chǔ)存, 室溫下呈液態(tài)。MDI 無刺激氣味，25℃時(shí)蒸氣壓約為1.33×10-3 Pa，為TDI的1/2700，揮發(fā)性較小，對(duì)人體毒性相對(duì)較小，是非危險(xiǎn)品，對(duì)運(yùn)輸無特殊要求，在生產(chǎn)、發(fā)泡過程中無污染產(chǎn)生，有利于工業(yè)安全保護(hù)，深受生產(chǎn)、施工人員歡迎。從分子結(jié)構(gòu)上看，MDI 與TDI 分子結(jié)構(gòu)相似，均含有-NCO 和苯環(huán)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, MDI 與TDI有以下幾點(diǎn)差異：
2.1.反應(yīng)活性差異
TDI體系中，TDI以2,4-TDI為主，由于空間位阻，當(dāng)4位異氰酸酯基團(tuán)優(yōu)先反應(yīng)后，2位基團(tuán)反應(yīng)活性大大降低；而MDI體系中，主要以結(jié)構(gòu)對(duì)稱的4,4-MDI為主，空間位阻較小，因此反應(yīng)活性相對(duì)較高，從而導(dǎo)致MDI體系泡沫具有熟化速度快、脫粘時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，可減少催化劑的比例，在一定程度上降低了泡沫的霧化性能，同時(shí)又提高了生產(chǎn)效率。
2.2發(fā)泡倍率差異
由于MDI中NCO%含量低于TDI，相同水量情況下，MDI體系自由發(fā)泡密度要高于TDI體系。圖1比較了相同水量下，TDI與MDI體系的自由發(fā)泡密度差別。為了保證相同的發(fā)泡倍率，MDI體系需要更高的水量，而水量提高將明顯影響泡沫回彈性等基本物性。因此，MDI體系慢回彈泡沫研制，尤其是低密度化，對(duì)配方的技術(shù)水平較TDI體系提出了更高的要求。
圖1 TDI與MDI體系自由發(fā)泡密度與水量關(guān)系
2.3 硬度差異
與TDI相比，MDI有兩個(gè)苯環(huán)，內(nèi)聚能較高，制備的泡沫硬度較高，可以降低異氰酸酯指數(shù)，一方面可以彌補(bǔ)密度對(duì)成本的影響，另一方面減輕了聚醚體系中小分子有機(jī)物對(duì)泡沫霧化性能的影響。
MDI基慢回彈泡沫另一突出的優(yōu)點(diǎn)：泡沫硬度隨異氰酸酯指數(shù)影響比較明顯，圖2 顯示了隨著異氰酸酯指數(shù)的變化，TDI與MDI體系不同的硬度變化趨勢(shì)。
圖2 TDI與MDI體系硬度隨指數(shù)變化曲線
3.實(shí)驗(yàn)部分
3.1 主要原料
軟泡聚醚：羥值56mg(KOH)/g；慢回彈聚醚：羥值240 mg(KOH)/g；胺類催化劑；錫類催化劑；有機(jī)硅勻泡劑；開孔劑；純水；北京科聚 改性MDI wannate8107，NCO含量約31-32%
3.2 主要設(shè)備
電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，Zwick Z005，德國Zwich儀器公司；水平燃燒儀，SPF-01，南京江定縣方山儀器設(shè)備廠；DMA(動(dòng)態(tài)熱機(jī)械儀)，Q800，美國TA儀器公司；光學(xué)顯微鏡，S8APO，北京博潤明光科貿(mào)有限責(zé)任公司。
3.3 測(cè)試方法
表1 泡沫測(cè)試內(nèi)容及引用標(biāo)準(zhǔn)
物 性
單 位
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
密度
kg/m3
ISO 845
40% CLD
kPa
ISO 3386
拉伸強(qiáng)度
kPa
ISO 1798
撕裂強(qiáng)度
N/cm
ISO 8067
斷裂伸長率
%
ISO 1798
75%壓縮變形（干）
%
ISO 1856
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