聚氨酯软泡生产中的问题和解决方案□王峰    聚氨酯软泡生产中会遇到各种各样的问题，需要有针对性地进行
    聚氨酯软泡生产中会遇到各种各样的问题，需要有针对性地进行预防和解决，保证聚氨酯泡沫生产的顺利进行。一、应用通用软泡聚醚多元醇应注意几个问题目前，市场上常见的通用软泡聚醚多元醇牌号有几十种，但是用于聚氨酯发泡生产时，在相同工艺配方情况下，更换相同质量指标、不同牌号的聚醚多元醇时，经常会发生质量事故，这说明现行的通用软泡聚醚多元醇的出厂质量指标不能确保其性能完全相同。它们主要区别于内在质量，包括不饱和度、分子量分布、抗氧剂种类和浓度、单体环烷烃的含量、实际官能度、环烷烃中环氧乙烷与环氧丙烷的比例、伯羟基含量等。这些内在质量指标虽然没有列入产品质量指标，但是却在影响着操作工艺和聚氨酯产品质量。因此应要求聚醚多元醇生产厂家保证内在质量或提供指导配方和服务，尽量减少因发泡质量事故所造成的损失，避免供货方同用户间的误会和纠纷。聚醚多元醇的内在质量主要取决于以下几个方面。1.产品活性目前市场上销售的质量指标相同的聚醚多元醇分为3类。①甘油与环氧丙烷聚合生成的聚醚多元醇，其活性一般，泡沫质量好，但对水和辛酸亚锡的溶解度小，代表性牌号有MN3050、JH3030、EL3030、G3000、TR3000、330和5601等。②甘油与95%的环氧丙烷、5%的环氧乙烷混聚而成的聚醚多元醇，其活性及水溶性有改善，代表性的牌号有JH3031、EL3031、GL3000、MN3050E、5602等。③甘油与92%～93%的环氧丙烷、7%～8%的环氧乙烷聚合而成的聚醚多元醇，其性能是三类聚醚多元醇中最好的。它增加了同水的混溶性，可选用低活性硅油作稳泡剂，大大地增加了辛酸亚锡催化剂的宽容度，从而稳定提高了发泡的成功率，代表性牌号有3031、5613、JH3031K、JH3031T、2801、2802、330E、5631等。2.分子量分布虽然通用聚醚多元醇计算出的平均分子量都在3000左右，但由于催化剂浓度、投料曲线、温度控制、原料组分、搅拌程度、换热条件、自动化程度不同，生成大小分子的分布情况有较大差异。在氢氧化钾催化聚合中有少量的环烷烃异构化生成丙烯醇和乙烯醇，最终生成低分子量单官能度聚醚醇。原料中环烷烃水解生成二元醇，进而聚合生成二元聚醚多元醇。因此，以甘油为起始剂的三官能度聚醚多元醇，最终制得官能度小于3的聚醚多元醇。据报道，有些厂家的产品不饱和度为0.07mol/kg，实际产品官能度为2.6。官能度低，减少了泡沫生成的交联点，制品软而且易变形。小分子量的聚醚与异氰酸酯反应速率大，所得泡沫硬而脆，大分子量聚醚反应速率慢，泡沫柔性大。不饱和双键影响异氰酸酯链增长反应导致产品机械强度降低。3.抗氧剂品种和浓度通用聚醚多元醇在100℃以上氧化速度加快。为了加快熟化速度，促使过量的异氰酸酯尽快生成缩二脲和脲基甲酸酯，增强泡沫硬度，缩短熟化时间，提高生产效率，最好控制较高的温度。另外，提高聚醚多元醇抗氧化温度，在低密度发泡时可以少用或不用物理发泡剂，减少环境污染和降低泡沫原料成本。聚醚多元醇生产厂家采用不同的抗氧剂和控制不同的浓度，使通用聚醚多元醇的抗氧化温度从150℃～190℃不等。所以聚氨酯发泡配方时应注意聚醚多元醇这一内在质量，更换不同牌号的聚醚多元醇应及时调整配方，夏季生产低密度泡沫时，防止高温高湿带来的焦心事故的发生。鉴于上述原因，在聚氨酯发泡中，更换相同质量指标不同牌号的聚醚多元醇时，一定要注意以下几个问题。①一定要了解聚醚多元醇的生产厂家及内在质量指标。要求供应商提供标准配方，核查活性及抗氧化温度。②根据供应商提供的标准配方，调整设定密度下的配方，经小试验证后，再进行生产。③在没有标准配方时，先计算配料比，通过小试验证调整配方。现在市场上销量最大的聚醚多元醇MN3050和3010的配方组分可由经验公式获得。        用公式计算不同密度泡沫配方比较中发现，用活性好的3010聚醚多元醇比MN3050配方少用硅油40%，少用辛酸亚锡10%，发泡时所用的混合胺催化剂及TDI指数需稍做调整，适当减氟加水。建议聚醚多元醇行业在修订国家质量标准时应该考虑内在质量指标。二、发泡中带倾向性缺陷原因分析聚氨酯发泡中伴随着两个反应，一个是发气反应，一个是凝胶反应。当发气反应速度大于凝胶反应速度时，泡沫会出现内侧裂、致密化，严重时出现塌泡。这是因为发泡高时发气量大，开孔时粘度高，泡壁强度低。出现这种倾向性缺陷时，应从催化剂、硅油用量和活性上调整，提高凝胶反应速度。当凝胶反应速度大于发气速度时，泡沫表皮收缩，底部收缩，严重时整体收缩。这是因为发气大时粘度过低、流动性好、泡内压低、闭泡多，冷却后出现不同程度的收缩。这时应采取塌泡倾向的相反措施，适当减少辛酸亚锡用量，同时检查聚醚多元醇和异氰酸酯更换牌号的活性是否有提高。带有倾向性发泡缺陷的情况一般发生在没有经验的企业。老企业遇到这样的问题多数是原料性能发生变化所致。把握的关键是，当发气反应最充分时，在很短的时间内，链增长的凝胶反应也最充分，这样既可保证开孔率大于95%，又可保证骨架经络有足够的强度，才能获得无缺陷泡沫产品。三、评价软泡物性技术指标当前，聚氨酯泡沫生产企业众多，分布很广，但是对软泡的物性检验缺乏测试手段，仅停留在目测、手感、比较等手段上，很难确保质量技术指标的合格。有条件的企业有必要完善测试手段，对产品进行全面的物性检测，在质量控制中生产。块泡常规检测项目有表观密度、抗拉强度、平均泡孔直径、拉伸率、撕裂强度、反弹性、压缩永久变形、通气性等。根据泡沫物性检测，及时发现物性不良指标，分析产生不良指标的原因，有针对性地进行解决，以防止不良品的产生。四、发泡事故分析实际生产中遇到的事故与问题是多种多样的，每个事故的发生都是由多方面因素造成的。在因复杂因素造成的事故分析中，一般很难列出所有影响因素及真正起作用的主要因素。下面汇总了经常遇到的一些事故及其原因。1.焦心（反应中心温度超过原料抗氧化温度）①聚醚多元醇质量有问题：生产储运过程中使产品中水分超标，过氧化物、低沸点杂质含量过高，金属离子浓度过高，配用抗氧剂种类和浓度不当；②配方：低密度配方中，TDI指数过高，发泡剂中水与物理发泡剂比例不当，物理发泡剂量偏少，水过量；③气候影响：夏季气温高，散热慢，料温高，空气湿度大，反应中心温度超过抗氧化温度；④存放不当：当TDI指数升高时，后熟化时堆积量增大致使内部温度升高而焦心。2.压缩变形性大①聚醚多元醇：官能度小于2.5,环氧乙烷比例大于8%，小分子量组分多，不饱和度大于0.05mol/kg；②工艺条件：反应中心温度过高或过低，后熟化不好没能完全反应或有部分焦心；③工艺配方：TDI指数过低，硅油辛酸亚锡过量，泡沫通气量低，闭泡率高。3.泡沫过软（同密度下硬度下降）①聚醚多元醇：官能度低，羟值低，分子量大；②工艺配方：辛酸亚锡量少，凝胶反应速度慢，在锡用量相同情况下，水量少物理发泡剂多，硅油活性高用量大，TDI指数低。4.泡粗大 ①混料不好：混料不匀，乳白期短；②工艺配方：硅油用量低于下限，辛酸亚锡用量少或活性差，凝胶速度慢。5.高于设定密度①聚醚多元醇：活性低，分子量大；②工艺配方：硅油用量低于下限值，TDI指数低，发泡指数低；③气候条件：气温低，气压高。6.塌泡孔洞（发气速度大于凝胶速度）①聚醚多元醇：酸值严重超标，杂质多，活性低，分子量大；②工艺配方：胺多锡少，TDI指数低，在同样锡用量时TDI指数过高，发气速度大于凝胶速度，骨架强度小而塌泡或出现局部孔洞。7.闭孔率高①聚醚多元醇：环氧乙烷比例高、活性高、多发生在更换不同活性的聚醚多元醇时；②工艺配方：辛酸亚锡用量多，异氰酸酯活性高，交联度大，交联速度快，过多的胺和物理发泡剂造成泡内压低，泡膜弹性大时不能开孔。TDI指数过大时也会导致闭泡率高。8.收缩（凝胶速度大于发泡速度）①闭孔率高，冷却时收缩；②工艺条件：气温低，料温低；③工艺配方：硅油过量，物理发泡剂过多，TDI指数过低。9.内裂①工艺条件：气温低，反应中心温度高；②工艺配方：TDI指数低，锡多，早期发泡强度高；③硅油活性高，用量少。10.顶裂（发气凝胶速度不平衡）①工艺条件：气温低，料温低；②工艺配方：催化剂用量不足，胺少，硅油质量不好。11.底角裂（胺过多，发泡速度太快）表面大孔：物理发泡剂量过大，硅油和催化剂质量差。    12.泡沫低温性能差
    12.泡沫低温性能差聚醚多元醇内在质量差，在同羟基值时，官能度低，不饱和度大，同样锡用量时，TDI指数低。13.通气性差①气候条件：气温低；②原料：聚醚多元醇活性高，硅油活性高；③工艺配方：锡多，或锡相同时水与胺含量少，TDI指数高。14.反弹性差①原料：聚醚多元醇活性高，分子量小，硅油活性高；②工艺配方：硅油量大，锡多，在相同锡用量时水多，TDI指数高。15.抗拉强度差①原料：低分子聚醚多元醇过多，同羟基值官能度低；②工艺配方：锡少凝胶反应不好，在相同锡用量时，TDI指数高，水少交联度低。16.发泡时冒烟过量胺促使水与TDI反应放出大量热量，低沸点物质蒸发而冒烟。若不是焦心，则烟气多数由TDI、低沸点物质以及聚醚多元醇中的单体环烷烃组成。17.泡沫带白筋发泡和凝胶反应速度快，在连续发泡中传递速度慢，局部挤压而生成致密层，产生白筋现象。应及时提高传递速度，或降低料温，降低催化剂用量。18.泡沫酥脆配方中水多，生成缩二脲多又未溶解于硅油，锡催化作用差，交联反应不充分，小分子量聚醚多元醇含量多，反应温度过高，醚键断裂降低了泡沫强度。19.泡沫密度低于设定值发泡指数因计量不准而过大，气温高，气压低。20.泡沫有底皮、边皮、底部空化锡多胺少，发泡速度慢，凝胶速度快，在连续发泡中带温过低。21.伸长率大①原料：聚醚多元醇活性高，官能度小；②工艺配方：TDI指数低交联不足，锡多，硅油多；③气温高。上面分析了软泡聚氨酯发泡中常见的21种事故原因。如用户遇到其他现象，可从原料质量、计量、工艺条件配方及设备等各方面查找异点，结合聚氨酯生成反应机理和各组分作用原理定能找出解决的办法。五、降低泡沫成本的措施1.降低发泡事故率，提高成材率。2.选用活性好、抗氧化温度高、质量稳定的聚醚多元醇定点进货。在当今异氰酸酯价格低的情况下，少用物理发泡剂。3.在允许的情况下，提高TDI指数，提高同密度下制品硬度。遵循的原则是PU单价/TDI单价>1.176时，可提高TDI指数。4.在聚氨酯配方中加入低价填料，不降低产品适用性。（全文完）