黃幸運(yùn) 嚴(yán)定堯 趙寶成 孫國(guó)藩

(江蘇巴德聚氨酯股份有限公司 江蘇淮安 223112)

全水發(fā)泡的慢回彈聚氨酯泡沫廣泛應(yīng)用于家具、床具用品及數(shù)碼電子產(chǎn)品包裝材料中[1]，但其往往存在回彈效果差、手感僵硬等缺點(diǎn)[2－3]，這通常是由于泡沫開孔率差所導(dǎo)致。 當(dāng)采用的催化劑和主原料不足以解決開孔率問題時(shí)，開孔劑的使用必不可少[4－5]。 聚氨酯慢回彈開孔劑一般含疏水性和親水性鏈段或基團(tuán)，可以降低泡沫的表面張力，使得水發(fā)泡形成的脲基分散，促使泡孔開裂，提高了開孔性，改善了泡沫塑料制品因閉孔出現(xiàn)的收縮問題[6－7]。 隨著開孔劑在慢回彈聚氨酯軟泡中的應(yīng)用，開孔劑的使用將更加規(guī)范化、通用化，而開孔劑的開孔性能檢測(cè)是確保慢回彈聚氨酯泡沫使用性能的重要手段[8]。

目前較常用的慢回彈開孔劑開孔性能檢測(cè)方法為傳統(tǒng)吐泡檢測(cè)法(TBM)和透氣儀檢測(cè)法(BM)。透氣儀檢測(cè)法常用于紡織領(lǐng)域，近年來延伸應(yīng)用在海綿行業(yè)用以檢測(cè)海綿透氣性。 本研究在熟練操作慢回彈海綿箱體發(fā)泡的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比不同檢測(cè)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)出塌泡落差檢測(cè)法(BCDM)，并對(duì)3種測(cè)試方法進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇Y-1030，韓國(guó)SKC 有限公司；聚合物多元醇SP30-47(羥值30 mgKOH/g，固含量45%)，中海殼牌石油化工有限公司；CaCO3，江蘇群鑫粉體科技股份有限公司；慢回彈有機(jī)硅表面活性劑B-8002[9]，贏創(chuàng)特種化學(xué)(上海)有限公司；慢回彈開孔劑KY1216，深圳市蔚鴻信科技有限公司；慢回彈開孔劑BDM-5，淮安巴德聚氨酯科技有限公司；慢回彈開孔劑1900H、胺催化劑A-33、辛酸亞錫催化劑T-9，南通恒光大聚氨酯材料有限公司；甲苯二異氰酸酯TDI-80，上海巴斯夫聚氨酯有限公司。以上均為工業(yè)級(jí)。

1.2 慢回彈聚氨酯泡沫的制備

慢回彈聚氨酯泡沫基本配方見表1。

表1 慢回彈聚氨酯泡沫配方

按表1 配方稱取原料置入量杯，迅速攪拌7 s后倒入發(fā)泡箱中自由發(fā)泡，制成1＃~6＃共6 個(gè)樣品，檢測(cè)待用。 為穩(wěn)定海綿泡孔和減少環(huán)境因素影響，聚醚組合料和TDI 料溫均控制在23 ℃。 發(fā)泡環(huán)境為室溫20 ℃，相對(duì)濕度(50±5)%。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 傳統(tǒng)泡孔檢測(cè)法

在慢回彈聚氨酯泡沫樣品發(fā)泡過程中，通過操作人員實(shí)時(shí)觀察慢回彈聚氨酯泡沫的泡孔數(shù)量和排氣孔粗細(xì)，來判斷慢回彈開孔劑對(duì)海綿開孔性能作用的強(qiáng)弱。

1.3.2 透氣儀檢測(cè)法

聚氨酯泡沫樣品發(fā)泡完成后利用透氣儀進(jìn)行檢測(cè)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度，使試樣兩面達(dá)到規(guī)定的壓差，測(cè)定一定壓差下，單位時(shí)間內(nèi)垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計(jì)算透氣量等參數(shù)。 透氣量越高，說明開孔劑的開孔效果越強(qiáng)。

1.3.3 聚氨酯泡沫塌泡落差檢測(cè)法

通過調(diào)整配方中有機(jī)硅表面活性劑用量，使得發(fā)泡過程中出現(xiàn)泡沫上升后回落現(xiàn)象。 測(cè)試中，泡沫吐泡時(shí)開始計(jì)時(shí)，此時(shí)利用測(cè)距儀記錄高度，1 min 后記錄回落后的高度，計(jì)算出二者高度差值。回落距離越大，說明開孔劑的開孔效果越強(qiáng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 大箱泡發(fā)泡比較開孔劑對(duì)開孔性能的影響

使用3 種開孔劑BDM-5、KY1216、1900H 在同一配方相同用量下各制備一個(gè)2 m×1.5 m×1 m 的大箱泡。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用BDM-5 時(shí)，吐泡3 h 后不收縮；使用KY1216 時(shí)不吐泡，3 h 后不收縮；使用1900H 時(shí)不吐泡3 h 后收縮，即開孔劑性能由強(qiáng)到弱依次為BDM-5>KY1216>1900H。

2.2 使用傳統(tǒng)泡孔檢測(cè)法評(píng)價(jià)開孔性能

采用傳統(tǒng)泡孔檢測(cè)法對(duì)6 個(gè)試樣進(jìn)行開孔性能檢測(cè)，每個(gè)樣品均進(jìn)行5 次平行實(shí)驗(yàn)取平均值，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 傳統(tǒng)泡孔檢測(cè)法測(cè)得的泡孔數(shù)量及形態(tài)

從表2 可以看出，添加同種開孔劑時(shí)，隨著開孔劑用量的增加，慢回彈聚氨酯泡沫的開孔性提高。當(dāng)開孔劑用量為2 份時(shí)，1＃、2＃、3＃這3 個(gè)試樣中1＃平均泡孔數(shù)量最多，吐泡形態(tài)一般，所以開孔性能1＃>2＃>3＃。 當(dāng)開孔劑用量為4 份時(shí)，4＃、5＃、6＃這3組試樣中5＃平均泡孔數(shù)量最多，為23 個(gè)，吐泡形態(tài)較前3 組略粗，開孔性能5＃>4＃>6＃。 整體來看，采用TBM 評(píng)價(jià)開孔劑性能時(shí)，由于不同區(qū)域泡孔數(shù)量波動(dòng)較大，且泡孔呈不規(guī)則分散，統(tǒng)計(jì)泡孔數(shù)量時(shí)容易有遺漏或者補(bǔ)償性的增加，開孔性無法精確評(píng)價(jià)。

2.3 使用透氣儀檢測(cè)法評(píng)價(jià)開孔性能

采用透氣儀對(duì)6 個(gè)慢回彈泡沫試樣進(jìn)行透氣性能檢測(cè)，樣品均進(jìn)行5 次平行實(shí)驗(yàn)取平均值，測(cè)試壓差為200 Pa，面積為25 cm2，檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 透氣儀檢測(cè)的泡沫透氣性能

從表3 中可以看出，添加不同用量的同一種開孔劑發(fā)泡形成的慢回彈泡沫的透氣量差異不大。 6個(gè)試樣慢回彈泡沫的平均透氣量總體差距不明顯。這是因?yàn)椴捎肂M 檢測(cè)慢回彈泡沫的透氣量時(shí)，氣體流速與壓力穩(wěn)定性稍差時(shí)，氣體容易從泡孔周圍沖出，導(dǎo)致透氣量沒有全部通過測(cè)定區(qū)域的泡沫，測(cè)出的數(shù)值不能精準(zhǔn)表現(xiàn)開孔劑性能。

2.4 使用泡沫塌泡落差法評(píng)價(jià)開孔性能

采用塌泡落差檢測(cè)法對(duì)6 個(gè)試樣進(jìn)行開孔性能檢測(cè)，每個(gè)樣品均進(jìn)行5 次平行實(shí)驗(yàn)取平均值，吐泡后回落距離具體數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 泡沫塌泡落差法測(cè)得的回落距離

從表4 可見，使用相同用量同種開孔劑時(shí)，形成的慢回彈聚氨酯泡沫回落距離接近，隨著開孔劑用量的增加，慢回彈聚氨酯聚氨酯泡沫的開孔性提高。 使用相同用量的不同開孔劑時(shí)，2＃的平均回落距離最大，為4.0 mm，開孔性能最佳。 整體來看，回落距離由高到低順序?yàn)?＃>1＃>3＃，5＃>4＃>6＃，即3 種開孔劑的開孔性能由高到低順序?yàn)锽DM-5>KY1216>1900H。 由此可見，使用BCDM 法評(píng)價(jià)開孔劑對(duì)慢回彈聚氨酯泡沫開孔性能的影響，無需復(fù)雜的測(cè)量設(shè)備，就能進(jìn)行橫向和縱向比較，結(jié)果完全符合聚氨酯泡沫成型原理，且可以更精準(zhǔn)地判斷并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)慢回彈開孔劑的開孔性能。 同一種開孔劑檢測(cè)可以設(shè)定參照樣作為標(biāo)樣對(duì)比，可重復(fù)性好。

3 結(jié)論

(1) 傳統(tǒng)泡孔檢測(cè)法得到的泡孔數(shù)量波動(dòng)較大，且泡孔呈不規(guī)則分散，統(tǒng)計(jì)數(shù)量時(shí)容易有遺漏或者補(bǔ)償性的增加，無法精確檢測(cè)開孔性能強(qiáng)弱。

(2) 采用透氣儀檢測(cè)出慢回彈泡沫的透氣量時(shí)氣體流速與壓力穩(wěn)定性稍差，氣體容易從泡孔周圍沖出，導(dǎo)致透氣量不是全部通過測(cè)定區(qū)域的泡沫，測(cè)得數(shù)值不能精準(zhǔn)表現(xiàn)開孔劑性能。

(3) 采用泡沫塌泡落差法檢測(cè)，可以快速判斷出3 種開孔劑的開孔性能由高到低順序?yàn)锽DM-5>KY1216>1900H，這也和客戶實(shí)際使用的評(píng)價(jià)結(jié)果相一致。 這種檢測(cè)方法無需復(fù)雜的測(cè)量設(shè)備，能夠進(jìn)行橫向和縱向比較，結(jié)果完全符合聚氨酯軟泡成型原理，且可以更精準(zhǔn)地判斷并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)慢回彈開孔劑的開孔性能。 同一種開孔劑檢測(cè)可以設(shè)定參照樣作為標(biāo)樣對(duì)比，可重復(fù)性好。