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Cách chơi game:聚氨酯泡沫是什么材料?聚氨酯泡沫有毒有害吗

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聚氨酯泡沫分为软泡和硬泡,聚氨酯泡沫的发展起源,可追溯到20世纪40年代。第二次世界大战期间,德国拜耳实验室的研究人员用二异氰酸酯与多元醇为原料,制得了硬质泡沫塑料、胶黏剂和涂料等。那么聚氨酯泡沫是什么材料?聚氨酯泡沫有毒有害吗?答案如下:


聚氨酯泡沫是什么材料?


由大量微细孔及聚氨酯树脂孔壁经络组成的多孔性聚氨酯材料,一般称为“聚氨酯泡沫”,英文中称为“polyurethane foam”或“cellular polyurethane”。聚氨酯泡沫是聚氨酯材料中用量最大的品种之一,在聚氨酯制品中所占的比例超过50%。它在欧洲约占聚氨酯制品的55%,在亚洲约占65%甚至超过这个比例,在美国甚至约占70%。它的主要特征是多孔性、密度低,比强度高。根据所用原料品种的不同以及配方用量的变化,可以制得不同密度、不同性能的软质、半硬质以及硬质聚氨酯泡沫,用于各种不同的用途,例如各种保温隔热材料,缓冲材料、座椅靠垫及床垫等。

聚氨酯泡沫生产原料及助剂


1、多异氰酸酯


聚氨酯泡沫工业生产中最常用的多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯(TDI)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)以及液化MDI(L-MDI)等。


TDI在泡沫塑料行业主要用于生产聚氨酯软泡。MDI的反应活性比TDI大,挥发毒性较小,某些液化改性MDI作为TDI的替代品应用于聚氨酯软泡的生产,如高密度聚氨酯软泡和半硬泡或微孔聚氨酯弹性材料的制造。


PAPI又称粗MDI、聚合MDI,典型的PAPI产品平均分子量在300~400范围,其NCO质量分数为31%~32%。低黏度PAPI的平均官能度一般在2.5~2.9之间。在泡沫塑料领域,PAPI以及改性PAPI主要用于生产各种聚氨酯硬泡,少量用于生产高回弹软泡、整皮泡沫、半硬泡。它可与TDI混用,制造冷熟化、高回弹泡沫塑料。


2、聚醚和聚酯多元醇


(1)聚醚多元醇


用于软泡的聚醚多元醇一般是长链、低官能度聚醚。软泡配方中聚醚多元醇官能度一般为2~3,平均分子量在2000~6500之间。在软泡中用得最多的是聚醚三醇,一般以甘油(丙三醇)为起始剂,由1,2-环氧丙烷开环聚合或与少量环氧乙烷共聚而得到,分子量一般在3000~7000。其中高活性聚醚主要用于高回弹软泡,也可用于半硬泡等泡沫制品。少量聚醚二醇可作为辅助原料,与聚醚三醇在软泡配方中混合使用。低不饱和度高分子量聚醚多元醇可用于柔软泡沫的生产,降低TDI的用量。


用于硬泡配方的一般是高官能度、高羟值聚醚多元醇,如此才能产生足够的交联度和刚性。硬泡聚醚多元醇的羟值一般为350~650mgKOH/g,平均官能度在3以上。一般的硬泡配方多以两种聚醚混合使用,平均羟值在400mgKOH/g左右。


半硬泡配方一般复配使用部分高分子量软泡聚醚,特别是高活性聚醚多元醇和部分高官能度低分子量的硬泡聚醚。


(2)聚酯多元醇


普通的低黏度脂肪族聚酯多元醇例如羟值56mgKOH/g左右的聚己二酸二甘醇酯二醇,或略带少量支链的聚酯多元醇,可以用于制造聚酯型聚氨酯软泡。聚酯多元醇反应活性高。目前聚酯型PU块状泡沫仅用于服装辅材等少量领域。


以苯酐(或/及对苯二甲酸等)等二元酸和二甘醇等小分子二醇或多元醇为原料合成的芳香族多元醇,高羟值的可用于生产聚氨酯和聚异氰脲酸酯硬泡。较低羟值的苯酐聚酯二醇还可用于高回弹软质泡沫塑料、整皮泡沫和半硬泡,以及非泡沫聚氨酯材料。


(3)聚合物多元醇


聚合物多元醇(接枝聚醚多元醇)中含刚性的苯乙烯、丙烯腈均聚物及共聚物和接枝聚合物,这些乙烯基聚合物起类似有机“填料”的作用,提高承载性能。聚合物多元醇可用于生产高硬度软质块泡、高回弹泡沫、热模塑软泡、半硬泡、自结皮泡沫、反应注射模塑(RIM)制品等,可减少制品厚度、降低泡沫密度而降低成本,还可增加泡沫塑料的开孔性,并赋予制品一定的阻燃性能。


聚脲多元醇(PHD分散体)也是一种特殊聚合物改性多元醇,可用于高回弹软泡、半硬泡、软泡,目前市场上产品很少。


还有一些特殊多元醇用于生产聚氨酯泡沫,如植物油多元醇、松香聚酯多元醇、聚合物聚酯多元醇,可参看第3章相关内容。

3、发泡助剂


在聚氨酯泡沫制造中必不可少的发泡助剂有催化剂、泡沫稳定剂(匀泡剂)、发泡剂等,还有一些助剂是可选的,在有需要的时候使用,如阻燃剂、扩链剂/交联剂、抗氧剂、光稳定剂、泡沫软化剂、开孔剂、填料、色浆、抗静电剂、水解稳定剂、泡沫组合料贮存稳定剂等。有关内容请参看第3章。


(1)发泡剂

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水是聚氨酯材料重要的发泡剂,它是化学发泡剂,通过与异氰酸酯反应生成的二氧化碳气体,使黏弹性的泡沫物料膨胀、发泡、固化,得到各种聚氨酯泡沫。由于二氧化碳热导率较高,并且渗透性较强,因此对于要求有高绝热性能的硬质聚氨酯泡沫配方,必须使用物理发泡剂。因为硬泡生产中的物料混合初期,在数十秒内产生大量的热量,它需要发泡剂吸收部分热量,同时发泡剂的气化使泡沫膨胀发泡。而在聚氨酯软泡生产中,为了获得低密度的柔软泡沫塑料,同时不因水用量过多而引起泡沫僵硬,一般需控制水的用量,而添加适量的物理发泡剂作为辅助发泡剂。


CFC-11(三氯一氟甲烷)在20世纪20年代末工业化。由于CFC-11具有不燃、沸点适宜、易于气化、气相热导率低、毒性低、与聚氨酯原料相容性好、无腐蚀性、价格低、发泡工艺简单等特点,是聚氨酯泡沫生产中非常理想的发泡剂。自20世纪60年代至90年代初,CFC-11广泛用作聚氨酯泡沫的发泡剂。但在20世纪70年代科学家发现散发在大气中的CFC-11可缓慢破坏臭氧层,引起了全球环保学家的重视。目前作为CFC-11的替代物的主要发泡剂类型有HCFC(氢氯氟烃)、HFC(氢氟烃)、HC(烷烃)、液态CO2及水等。


下表是部分常见HCFC发泡剂与CFC-11的典型物性及其比较。


注:温室效应潜值(GWP)以CO2的GWP=1计。密度在20℃测定,低沸点HCFC的密度为在加压液化后测定。


(2)泡沫稳定剂


生产聚氨酯泡沫时,泡沫稳定剂(或称匀泡剂)是一个不可缺少的组分。它增加各组分的互溶性,起着乳化泡沫物料、稳定泡沫和调节泡孔的作用。


泡沫稳定剂属于表面活性剂,有非硅系化合物以及有机硅化合物两类。目前使用的泡沫稳定剂大多是聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物,属于聚醚改性有机硅表面活性剂,行业有时俗称“硅油”。由于这类表面活性剂的结构组成变化范围广,使用效果良好,目前聚氨酯泡沫行业已广泛采用聚醚改性有机硅表面活性剂作为泡沫稳定剂。


(3)开孔剂


获得开孔聚氨酯泡沫的方法:第一种是采用合适的催化剂,使得凝胶反应和发泡反应达到所需的平衡,在泡沫物料上升到最高点时泡孔的壁膜强度不足以把气泡封闭在内,气体破壁而出,形成开孔的泡沫结构;第二种是采用合适的聚醚多元醇原料,形成开孔泡沫;第三种是当催化剂和主原料不足以解决问题时,采用少量的开孔剂,使得水发泡形成的脲分散,以获得一定开孔率的泡沫塑料。


开孔剂是一类特殊的表面活性剂,一般含疏水性和亲水性链段或基团,它的作用是降低泡沫的表面张力,促使泡孔破裂,提高聚氨酯泡沫的开孔率,改善因闭孔造成的软质、半硬质、硬质泡沫塑料制品收缩等问题。通常的聚氨酯硬泡由于交联密度高,发泡中泡孔壁膜强度大,一般是闭孔的泡孔结构,但添加开孔剂,可制造开孔硬质聚氨酯泡沫,用于消音、过滤等用途。


早期疏水性的液体石蜡、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷等可用作泡沫稳定剂和开孔剂,石蜡分散液、聚氧化乙烯也可用作开孔剂,目前多采用特殊化学组成的聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烃-聚硅氧烷共聚物等作为开孔剂。


(4)软化剂


在高水量配方聚氨酯软泡生产中采用软化剂,可以抑制过多的脲基带来的泡沫体僵硬问题。泡沫软化改性剂具有软化效果,采用软化剂可以降低异氰酸酯用量进而降低泡沫硬度,用于软质聚氨酯泡沫的生产。商品软化剂一般含特殊聚醚、特殊多元醇和水等成分。


聚氨酯泡沫有毒有害吗?


在保温材料应用领域,聚氨酯泡沫已占有稳固的市场地位。


聚氨酯及聚氨酯保温材料有毒吗


聚氨酯固体无毒:聚氨酯是1960年代从德国发展起来的新兴高分子新材料,被誉为第五大塑料,具有橡胶、塑料的双重优点。聚氨酯原液有毒,固体材料无毒,用途非常广,可以代替橡胶,塑料,尼龙等,冰箱冰柜的保温材料是聚氨酯泡沫,聚氨酯弹性体可以做人造血管和心脏瓣膜,氨纶制做衣服,氨纶也是聚氨酯,其学名叫聚氨酯弹性纤维。


聚氨酯聚氨酯保温材料无毒:聚氨酯保温材料是由异氰酸酯做成预聚体,然后和扩链剂、发泡剂等反应而成的泡沫材料,成品中几乎没有游离的异氰酸酯,如果能闻到味道那肯定不会是异氰酸酯的,很有可能是脱模剂的分散相的味道,而分散相一般还是有些毒性的,应慎重处理。建议用医用酒精清洗,阴凉避光通风处晾干直至无味道之后,再放置一到两个星期再使用。


聚氨酯保温材料燃烧后有毒吗

聚氨酯保温材料的主要成分是碳、氢、氧和不到10%的氮,在其燃烧气体中通常能找到的主要成分是二氧化碳、一氧化碳和水,以及低浓度的其他氧化产物和氰化氢。实验证明:聚氨酯燃烧过程中产生的有毒气体并不比我们常见的含氮元素的物质多,如羊毛、晴纶,合成木材等。其中这方面的实验室测试最常用的是德国标准DIN 53436。该标准可用来进行在相应于各种火场条件的不同温度和不同风量下的产品特性的比较。用聚氨酯硬泡和软泡材料制成的相同体积的样条在此条件下生成的分解产物与木材燃烧时产生的危害物质强度相当,而比规定的燃烧条件下毛毡和皮革产生的危害物强度低。由国外对火灾死亡事故案例的统计分析,一氧化碳中毒致死比例超过90%。同样根据波士顿消防队关于开放式火场的大气氛围中有害物质的经验,没有观察到燃烧气体中氢氰酸和氮氧化物达到可能导致严重中毒的数量。


在各种类型的泡沫塑料市场量中,聚氨酯约占50%以上。与其他泡沫材料相比,聚氨酯泡沫在性能上具有许多特色,除密度低外,还具有无臭、透气(软泡)、高绝热性(硬泡)、泡孔均匀、耐老化、一定的耐有机溶剂侵蚀等特性,对金属、木材、玻璃、砖石、纤维等有很强的黏附性,为其他泡沫材料所不及,因此受到了各应用部门的欢迎。



来源:网络整编

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