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如何通过选择合适的聚氨酯催化剂来减少制品中气泡
日期:[2016/4/19 15:00:22]   共阅[2170]次
 

聚氨酯制品中气泡来源主要有三方面:

1.     原料搅拌引入空气;

2.     固化过程中溶剂挥发;

3.     副反应。

大致可以通过减少原料及环境中水分,改变溶剂组成,改善工艺条件以及选择合适催化剂的减少或抑制气泡的出现。

这里主要讲下如何通过选择合适催化剂来减少制品中的气泡。

 

聚氨酯工业的飞速发展,催化剂功不可没,目前用于聚氨酯材料合成的催化剂超过两百种。基本分为两大类:叔胺及其盐催化剂;金属烷基化合物。前者主要有三乙烯二胺、二甲基乙醇胺、DMDEE等;后者主要有二月桂酸二丁基锡、羧酸铋、辛酸亚锡等。其使用的原则不仅要根据催化剂的催化活性大小,同时还要考虑催化的选择性、化学品毒性、与其他原料相容性、价格、稳定性等等。

 

叔胺作为聚氨酯催化剂中种类最多应用最广的一支门类,其碱性强,活性高,能够快速催化异氰酸酯-羟基反应,同时也催化异氰酸酯与水反应,产生二氧化碳,广泛用于各类聚氨酯泡沫塑料的生产,以及诸多微孔弹性体的制备。其最具代表性的即是三乙烯二胺,因其是固体使用不便,国内厂家通常将其用二元醇(EG/DEG/DPG)稀释成33%浓度的溶液来使用,俗称A-33(我司牌号DY-33)。作为一支用途极广的叔胺催化剂,除了泡沫领域外,在聚氨酯胶粘剂/涂料/微孔弹性体等方面也有着重要作用。

 

但是不能忽视的是,如果将聚氨酯反应简单粗暴的划为发泡、凝胶两种的话,三乙烯二胺对异氰酸酯与水的催化反应效率大约要占到总效率的60%左右,也就是说,其有着很强催化发泡作用。当我们无法除尽体系中的水分同时又对制品气泡有着严格要求的情况下,胺类催化剂应当避免使用。

 

另外要注意的是,如DY-8154DY-225等叔胺类延迟型催化剂,多数成分是以有机酸封端的季胺盐,在催化剂异氰酸酯与水的反应同时,异氰酸酯也会与羧基发生反应生成CO2

 

在有机金属方面,铅、锡、汞、铋、锰、锌、铜、钛等烷基化合物在聚氨酯体系中均有着一定催化作用。但自从1956年发现有机锡类催化剂其对羟基与异氰酸酯有着及其强烈的催化作用,能有效促进分子链增长之后,其作为聚氨酯工业领域最重要的有机金属催化剂的地位,几乎没有动摇过。有机锡催化剂对羟基与异氰酸酯选择性高,副反应少,因此在泡沫、胶粘剂、弹性体、涂料、密封剂等领域,均有重要应用。

 

但在无泡制品生产上,最佳的催化剂选择仍是有机汞(醋酸苯汞)。这种毒性巨大的催化剂【LD5039.5mg/kg(小鼠经口);35mg/kg(大鼠经口)】,对异氰酸酯-水几乎无催化活性,却可催化异氰酸酯-羟基反应,采用此种催化剂聚氨酯不会因微量水分而产生气泡。但是其毒性很大,在实际应用中广泛受限。

 

除了有机汞催化剂以外,有机铅、有机铋类催化剂DY-20对水分的敏感性也相对较弱,不过铅的毒性依然很大,有机铋的前景更为美好。做为铅汞锡催化剂的低毒环保替代品,有机铋DY-20的活性以及价格一直被诟病,随着环保要求的日益严格加之产品产能的提高价格下降,有机铋催化剂越来越受到客户的欢迎。

 

下图为相同体系中,添加有机锡催化剂DY-12与有机铋催化剂DY-20,在体系不除水情况下,制品效果图。可以看出在对水分与异氰酸酯催化方面,有机铋DY-20效果不明显,制品气泡更少。

 

 

除了从催化剂种类上调整,还可以通过催化剂开放时间上来改善体系前期流动性,来减少制品中的气泡,下图是我近期做的多组实验中的一组,在相同体系条件下(均未进行脱泡除水),添加常规常规催化剂DY-12(下)与添加延迟型催化剂DY-5508(上)的效果对比。可以看出,当我们提供体系一定的开放时间,更利于体系中气泡的溢出,制品气泡相应更少。

 

    当然我们除了添加单一催化剂,也可以通过两种甚至以上催化剂混合来达到加速固化同时减少气泡的效果,这部分实验结果,我会找个时间分享给大家。如有相关技术问题,可与我司联系。

 

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