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環(huán)保型包裝用聚氨酯泡沫

路華飛

（廊坊聚氨酯配料中心  河北廊坊065001）

摘  要：采用普通聚醚多元醇等原料，研制了全水發(fā)泡超低密度聚氨酯泡沫塑料體系，對制備過程的有關(guān)因素進(jìn)行了討論。它具有低成本，主要用于包裝。聚氨酯泡沫作為一種新型的包裝材料，已廣泛應(yīng)用于有關(guān)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：全水發(fā)泡；包裝材料；聚氨酯泡沫塑料；低密度

包裝用聚氨酯泡沫，也稱超低密度聚氨酯泡沫。作為一種新型的包裝材料，它取代了原有的碎紙、棉絮等包裝材料。目前它已廣泛應(yīng)用于電子電腦元件、光學(xué)儀器、古董、精密儀表等易碎易損品的包裝。對這種包裝材料的研究早在1970年代的美國國際包裝協(xié)會（International Package System）就開始研制并獲成功。然而在當(dāng)時研制成功的這種泡沫包裝材料所用的發(fā)泡劑是CFC-11。后來也曾經(jīng)用二氯甲烷作發(fā)泡劑。然而這些發(fā)泡劑不是對大氣層中的臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，就是在發(fā)泡過程中產(chǎn)生有害于身體健康的氣體。自蒙特利爾協(xié)議生效后人們便開始了對原有發(fā)泡劑的替代工作。于是有了HCFC-141b、戊烷、CO₂（全水發(fā)泡）等CFC-11的代用品。然而只有全水發(fā)泡才具有真正意義上的環(huán)保性能。本文主要介紹了低成本的全水發(fā)泡包裝泡沫的研制。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1  原材料及設(shè)備儀器

多次甲基多苯基多異氰酸酯PAPI（工業(yè)級，進(jìn)口或國產(chǎn)均可）；高活性聚醚三元醇（羥值56mgKOH/g，國內(nèi)各大聚醚廠均能采購到）；4110（羥值410～430mgKOH/g，國內(nèi)各大聚醚廠均能采購到）；泡沫穩(wěn)定劑（進(jìn)口）；催化劑1（國產(chǎn)）；催化劑2（國產(chǎn)）；擴(kuò)鏈劑（二甘醇、乙二醇等）；乳化劑（北京某化工廠）。

電動攪拌器、秒表、燒杯、發(fā)泡箱、電子天平、粘度計(jì)、離心機(jī)、萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)。

1.2  組合聚醚及泡沫的制備

在燒杯中依次稱量聚醚、泡沫穩(wěn)定劑、擴(kuò)鏈劑、催化劑、水，混合攪拌，靜置片刻。

取一試管組合原液放入離心機(jī)中高速（5000 r/min）旋轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，取出觀察，無明顯分層現(xiàn)象。

根據(jù)組合聚醚配方和用量，稱取一定量的PAPI，將組合聚醚和PAPI混合攪拌4～6 s，倒入簡易發(fā)泡模具中發(fā)泡，記錄其乳白時間、拉絲時間、上升時間、不粘時間等數(shù)據(jù)。泡沫熟化24 h以后，測定其物理性能。

1.3  典型的配方

低成本環(huán)保型聚氨酯包裝泡沫的典型配方及性能如下：

組合聚醚配方（質(zhì)量份）：

  聚醚三元醇                60～70份

  普通4110聚醚             40～30份

  泡沫穩(wěn)定劑                  2～3份

  水                        25～30份

  催化劑1                   0.2～0.3份

  催化劑2                   0.3～0.5份

  乳化劑                     2～3份

  擴(kuò)鏈劑                     5～6份

PAPI指數(shù)                   0.75～0.9

2  結(jié)果與討論

2.1  原料體系的選用

2.1.1  聚醚的選用

本工作所選用的聚醚多元醇均為低價格、易采購的聚醚多元醇，不需另外加工合成專用聚醚，它們與水都有較好的相溶性。組合后，粘度較低，易于現(xiàn)場施工。同時，我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，成功選用了北京某化工廠的乳化劑。加入該乳化劑2～3份后，使得組合聚醚混合均勻，長時間存放無分層現(xiàn)象。普通硬泡體系所用的4110聚醚能使泡沫的強(qiáng)度增大，回彈值提高，泡沫壁的承載力增強(qiáng)，而使泡沫不易收縮。另外大家都知道，在全水發(fā)泡體系中，較多的水與異氰酸酯的NCO反應(yīng)，生成聚脲，而這種脲的大量聚集就會導(dǎo)致泡沫的脆性增大。而采用高活性聚醚，在反應(yīng)中會快速與NCO反應(yīng)干擾脲的生成與聚集，從而使泡沫的脆性大大降低。

2.1.2  催化劑的選擇

催化劑的選擇在本配方中非常重要。在選擇過程中應(yīng)該注意幾個問題。一是在全水發(fā)泡體系中，由于大量水的存在，所以貯存穩(wěn)定性較差的錫類、胺類催化劑不能使用。二是要考慮發(fā)泡反應(yīng)與凝膠反應(yīng)的平衡問題。三是全水發(fā)泡體系發(fā)泡時會放出大量的熱量，必須及時移走。選擇催化劑時應(yīng)充分考慮以上問題。否則就會對泡沫性能和組合原液的穩(wěn)定性造成很大的影響。此外在催化劑的選擇上還應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性。

2.1.3  泡沫穩(wěn)定劑的選用

在對泡沫穩(wěn)定劑的選用過程中，我們曾遇到較大的困難，在如此高水量的體系中，普通的非水解型（Si—C）穩(wěn)定劑會很快失去效用。通過我們大量實(shí)驗(yàn)，并且與國內(nèi)外泡沫穩(wěn)定劑生產(chǎn)廠家的溝通與協(xié)作。最終選用了國外某公司的泡沫穩(wěn)定劑。但其用量也較大，一般為聚醚總量的2％～3％，只有在這個范圍內(nèi)才能保證泡沫的尺寸性能，又能使組合聚醚穩(wěn)定存放較長時間。

2.2  發(fā)泡參數(shù)及泡沫性能

經(jīng)過多次試驗(yàn)，在上述基礎(chǔ)配方范圍，得到了合適的發(fā)泡配方。

組合聚醚性能如下：

   外觀：              透明均一

   粘度/mPa·s         350～420

   貯存穩(wěn)定性         無分層現(xiàn)象

將組合聚醚和多異氰酸酯PAPI按比例混合，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室發(fā)泡試驗(yàn)，反應(yīng)參數(shù)如下：

  乳白時間/s             8～9

  上升時間/s            25～30

  脫粘時間/s            45～50

得到泡沫塑料物理性能如下：

  泡沫芯密度/kg·m^－3     8～10

  壓縮強(qiáng)度/MPa           ≥0.7

  壓縮50％復(fù)原率/％      ≥93

3  結(jié)束語

采用全水發(fā)泡體系制成了性能良好的聚氨酯包裝泡沫。筆者認(rèn)為優(yōu)點(diǎn)有二：一是全水發(fā)泡體系的采用，真正起到了環(huán)境保護(hù)的作用。二是普通聚醚多元醇原料的采用，使其成本大大降低，更有利于環(huán)保產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

The Study of All-Water-Blow Low Density PU Foam

Lu Huafei

(Langfang Polyurethane Produce Center, Hebei Langfang 065001)

Abstract: An all-water-blown super low-density polyurethane foam system based on usual polyether polyols was prepared. The effects of some factors on the foam preparation process and the performance of foam are discussed. The polyurethane system is used for packaging, its price is lower.  

Keywords: all-water-blown; packaging material; polyurethane foam; super low density

作者簡介：

路華飛  1974年生，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程系，曾在某大型聚氨酯公司從事技術(shù)開發(fā)工作，2003年因環(huán)保事業(yè)需要進(jìn)入廊坊聚氨酯配料中心工作。