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如何通過選擇合適的聚氨酯催化劑來減少制品中氣泡

發布時間:2018-08-23 13:42:29

聚氨酯制品中氣泡來源主要有三方面:
1.     原料攪拌引入空氣;
2.     固化過程中溶劑揮發;
3.     副反應。
大致可以通過減少原料及環境中水分,改變溶劑組成,改善工藝條件以及選擇合適催化劑的減少或抑制氣泡的出現。
這里主要講下如何通過選擇合適催化劑來減少制品中的氣泡。

聚氨酯工業的飛速發展,催化劑功不可沒,目前用于聚氨酯材料合成的催化劑超過兩百種?;痉譃閮纱箢悾菏灏芳捌潲}催化劑;金屬烷基化合物。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錫、羧酸鉍、辛酸亞錫等。其使用的原則不僅要根據催化劑的催化活性大小,同時還要考慮催化的選擇性、化學品毒性、與其他原料相容性、價格、穩定性等等。

叔胺作為聚氨酯催化劑中種類最多應用最廣的一支門類,其堿性強,活性高,能夠快速催化異氰酸酯-羥基反應,同時也催化異氰酸酯與水反應,產生二氧化碳,廣泛用于各類聚氨酯泡沫塑料的生產,以及諸多微孔彈性體的制備。其最具代表性的即是三乙烯二胺,因其是固體使用不便,國內廠家通常將其用二元醇(EG/DEG/DPG)稀釋成33%濃度的溶液來使用,俗稱A-33(我司牌號DY-33)。作為一支用途極廣的叔胺催化劑,除了泡沫領域外,在聚氨酯膠粘劑/涂料/微孔彈性體等方面也有著重要作用。

但是不能忽視的是,如果將聚氨酯反應簡單粗暴的劃為發泡、凝膠兩種的話,三乙烯二胺對異氰酸酯與水的催化反應效率大約要占到總效率的60%左右,也就是說,其有著很強催化發泡作用。當我們無法除盡體系中的水分同時又對制品氣泡有著嚴格要求的情況下,胺類催化劑應當避免使用。

另外要注意的是,如DY-8154、DY-225等叔胺類延遲型催化劑,多數成分是以有機酸封端的季胺鹽,在催化劑異氰酸酯與水的反應同時,異氰酸酯也會與羧基發生反應生成CO2。

在有機金屬方面,鉛、錫、汞、鉍、錳、鋅、銅、鈦等烷基化合物在聚氨酯體系中均有著一定催化作用。但自從1956年發現有機錫類催化劑其對羥基與異氰酸酯有著及其強烈的催化作用,能有效促進分子鏈增長之后,其作為聚氨酯工業領域最重要的有機金屬催化劑的地位,幾乎沒有動搖過。有機錫催化劑對羥基與異氰酸酯選擇性高,副反應少,因此在泡沫、膠粘劑、彈性體、涂料、密封劑等領域,均有重要應用。

但在無泡制品生產上,最佳的催化劑選擇仍是有機汞(醋酸苯汞)。這種毒性巨大的催化劑【LD50:39.5mg/kg(小鼠經口);35mg/kg(大鼠經口)】,對異氰酸酯-水幾乎無催化活性,卻可催化異氰酸酯-羥基反應,采用此種催化劑聚氨酯不會因微量水分而產生氣泡。但是其毒性很大,在實際應用中廣泛受限。

除了有機汞催化劑以外,有機鉛、有機鉍類催化劑DY-20對水分的敏感性也相對較弱,不過鉛的毒性依然很大,有機鉍的前景更為美好。做為鉛汞錫催化劑的低毒環保替代品,有機鉍DY-20的活性以及價格一直被詬病,隨著環保要求的日益嚴格加之產品產能的提高價格下降,有機鉍催化劑越來越受到客戶的歡迎。

下圖為相同體系中,添加有機錫催化劑DY-12與有機鉍催化劑DY-20,在體系不除水情況下,制品效果圖??梢钥闯鲈趯λ峙c異氰酸酯催化方面,有機鉍DY-20效果不明顯,制品氣泡更少。


除了從催化劑種類上調整,還可以通過催化劑開放時間上來改善體系前期流動性,來減少制品中的氣泡,下圖是我近期做的多組實驗中的一組,在相同體系條件下(均未進行脫泡除水),添加常規常規催化劑DY-12(下)與添加延遲型催化劑DY-5508(上)的效果對比??梢钥闯?,當我們提供體系一定的開放時間,更利于體系中氣泡的溢出,制品氣泡相應更少。

    當然我們除了添加單一催化劑,也可以通過兩種甚至以上催化劑混合來達到加速固化同時減少氣泡的效果,這部分實驗結果,我會找個時間分享給大家。如有相關技術問題,可與我司聯系。

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