制备软质聚氨酯泡沫塑料的方法有哪些

塑料泡沫是由泡沫制成的，发泡是使塑料具有微孔结构的过程，所有热固性塑料和热塑性塑料都可以制成泡沫塑料。常用的树脂有聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲醛、酚醛等。

泡沫有三种方式：

化学是由气泡产生的。特殊添加的化学发泡剂、原料组分、PVC颗粒之间的热分解或化学反应产生的气体使塑料熔体充满气泡。化学发泡剂Bai在加热过程中释放出的Du气体包括二氧化碳、氮气、氨气等，在聚氨酯泡沫塑料的生产中经常使用化学发泡。

物理发泡。物理发泡是一种将气体或液体溶解在塑料中，然后使其膨胀或气化的方法。适用于PVC颗粒物理发泡的塑料种类很多。

机械发泡。采用机械混合的方法将气体混合到液体混合物中，通过模压成型形成泡沫塑料。该方法常用于脲醛树脂、聚岛乙烯醇甲醛、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯溶胶等。

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主要用途：

20世纪60年代发展起来的结构泡沫塑料具有芯层发泡和皮层不发泡的特点，内外坚韧，强度高，单位质量强度高，广泛应用于建筑和家具行业，而不是木材。聚烯烃化学或辐射交联发泡技术已取得成功，泡沫塑料产量大幅度提高。

由共混、填充、增强等改性塑料制成的泡沫塑料具有较好的综合性能，能满足各种特殊用途的需要。例如，用反应注射成型法制备的玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料已被用作飞机、汽车、计算机等的结构件，用聚苯并咪唑填充中空玻璃珠的泡沫塑料具有轻质、耐高温等优点，并已在航天飞机上得到应用。

随着航空航天等特殊领域对泡沫塑料性能要求的不断提高，传统泡沫塑料已不能满足这些领域对材料强度、刚度和耐热性的特殊要求。高性能泡沫塑料已广泛应用于航空、航天、交通等领域，如卫星太阳能电池骨架、火箭前端整流罩、无人机垂直尾翼、巡航导弹导弹机翼、舰船大天线罩等。

聚苯乙烯泡沫的新用途：聚苯乙烯泡沫块和钢筋混凝土的组合为温哥华港浮动机场提供正浮力。这是一个经济和持久的解决方案。整个项目的总成本为160万美元，约合570美元／平方米。与陆上开发相比，成本降低了。

物理法。把低沸点烃类，或者卤代烃类，溶到塑料之中。受热时塑料会软化，此时溶入的液体会挥发膨胀并发泡。例如聚苯乙烯泡沫塑料，能够在苯乙烯悬浮聚合的时候，先将戊烷溶到单体中，或者在加热加压下，将已聚合成珠状的聚苯乙烯树脂，用戊烷进行处理，从而制得可发泡性聚苯乙烯珠粒。

再把这些珠粒放在热水和蒸汽中进行预发泡，然后置防到模具中通入蒸汽，让预发泡颗粒进行第二次膨胀，并相互熔结，冷却之后，即可得到和模具型腔形状相同的制品。

机械法。进行强烈的搅拌，将大量的空气或者其他的气体，引到液态塑料之中。工业上主要用此种方法来生产脲醛泡沫塑料，能够用作保温隔热的材料，或者是影视剧中的布景材料，比如人造雪花。

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泡沫塑料的特点

泡沫塑料以树脂为主要原料制成的内部具有无数微孔的塑料。质轻、绝热、吸音、防震、耐腐蚀。有软质和硬质之分。广泛用做绝热、隔音、包装材料及制车船壳体等。

泡沫塑料与纯塑料相比，具有密度低，质轻，比强度高，其强度随密度增加而增大，有吸收冲击载荷的能力，有优良的缓冲减震性能，隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好，优良的电绝缘性能，具有耐腐蚀、耐霉菌性能。软质泡沫塑料具有弹性优良等性能。

泡沫塑料品种很多，如聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚丙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料等。根据产品不同可以有多种成型方法，软聚氯乙烯、软聚氨酯泡沫鞋底都是用注塑成型工艺制成；聚苯乙烯泡沫塑料保温板是用模压发泡工艺制造；聚丙烯泡沫塑料外墙保温板是采用挤出发泡工艺制造；低发泡聚乙烯泡沫塑料可采用模压发泡、挤出发泡、注塑发泡和真空发泡成型等工艺；直埋式聚氨酯发泡保温管是采用喷枪混合原理制造硬质聚氨酯泡沫保温层的；聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料是采用搅拌起泡制造泡沫塑料。

聚氨酯为主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物 ，英文缩写PU，包括硬质聚氨酯塑料、软质聚氨酯塑料、聚氨酯弹性体等多种形态，并分为热塑性和热固性两大类。其原料一般以树脂状态呈现。

除了作为成分较单一的材料，聚氨酯也可以和其他材料混合生成复合材料。

聚氨酯泡沫塑料（PU泡沫）的主要成分是聚氨酯，原料主要为多异氰酸酯和多元醇，通过加入适当的助剂——其中最重要的助剂便是与发泡相关的一系列发泡助剂——使得反应产物中生成大量泡沫，从而得到聚氨酯泡沫塑料产品。本文将简单介绍一下生产PU泡沫的原料以及发泡助剂。

一、 多异氰酸酯

聚氨酯泡沫塑料工业生产中最常用的多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯（TDI）、多亚甲基多苯基异氰酸酯（PAPI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）以及液化MDI （L-MDI）等。

TDI在泡沫塑料行业主要用于生产聚氨酯软泡。MDI的反应活性比TDI大，挥发毒性较小，某些液化改性MDI可作为TDI的替代品应用于聚氨酯软泡的生产，如高密度聚氨酯软泡和半硬泡或微孔聚氨酯弹性材料的制造。

PAPI又称粗MDI、聚合MDI，典型的PAPI产品平均分子量 最在30~400范围，其NCO质量分数为31%~32%。低黏度PAPI的平均官能度一般在2.5~2.9之间。

在泡沫塑料领域，PAPI以及改性PAPI主要用于生产各种聚氨酯硬泡，少量用于生产高回弹软泡、整皮泡沫、半硬泡。PAPI可与TDI混用，制造冷熟化、高回弹泡沫塑料。

二、 聚醚和聚酯多元醇

1. 聚醚多元醇

用于生产聚氨酯软泡的聚醚多元醇一般是长链、低官能度聚醚。软泡配方中聚醚多元醇官能度一般为2~3， 平均分子量在2000~6500之间。在软泡中用得最多的是聚醚三醇，一般以甘油 （丙三醇）为起始剂，由1，2-环氧丙烷开环聚合或与少量环氧乙烷共聚而得到，分子量一般在3000~7000。

其中高活性聚醚主要用于高回弹软泡，也可用于半硬泡等泡沫制品。少量聚醚二醇可作为辅助原料，与聚醚三醇在软泡配方中混合使用。低不饱和度、高分子量的聚醚多元醇可用于柔软泡沫的生产，降低TDI的用量。

用于硬泡配方的一般是高官能度、高羟值聚醚多元醇，如此才能产生足够的交联度和刚性。硬泡聚醚多元醇的羟值一般为350~ 650mg KOH/g，平均官能度在3以上。一般的硬泡配方多以两种聚醚混合使用，平均羟值在4000mg KOH/g 左右。

半硬泡配方一般会使用部分高分子量聚醚，特别是高活性聚醚多元醇和部分高官能度、低分子量的硬泡聚醚。

2. 聚酯多元醇

普通的低黏度脂肪族聚酯多元醇例如羟值为56mg KOH/g左右的聚己二酸二甘醇酯二醇，或略带少量支链的聚酯多元醇，可以用于制造聚酯型聚氨酯软泡。聚酯多元醇反应活性高。目前聚酯型PU块状泡沫仅用于服装辅材等少量领域。

以二元酸（如苯酐、对苯二甲酸等）和小分子二醇（二甘醇等）或多元醇为原料合成的芳香族多元醇，其中高羟值的可用于生产聚氨酯硬泡和聚异氰脲酸酯硬泡。较低羟值的苯酐聚酯醇还可用于高回弹软质泡沫塑料、整皮泡沫和半硬泡，以及非泡沫聚氨酯材料。

3. 聚合物多元醇

聚合物多元醇 （接枝聚醚多元醇）中含刚性的苯乙烯、丙烯腈均聚物及共聚物和接枝聚合物，这些乙烯基聚合物起类似有机“填料”的作用，提高承载性能。

聚合物多元醇可用于生产高硬度软质块泡、高回弹泡沫、热模塑软泡、半硬泡、自结皮泡沫、反应注射模塑（RIM）制品等，可减少制品厚度、降低泡沫密度而降低成本，还可增加泡沫塑料的开孔性，并赋予制品一定的阻燃性能。

聚脲多元醇（PHD分散体）也是一种特殊聚合物改性多元醇，可用于高回弹软泡、半硬泡、软泡，目前市场上产品很少。

还有一些特殊多元醇用于生产聚氨酯泡沫塑料，如植物油多元醇、松香聚酯多元醇、聚合物聚酯多元醇。

三、 发泡助剂

发泡助剂在聚氨酯泡沫塑料制造中必不可少，包括催化剂、泡沫稳定剂（匀泡剂）、发泡剂等，还有一些助剂是可选的，在有需要的时候使用，如阻燃剂、扩链剂/交联剂、抗氧剂、光稳定剂、泡沫软化剂、开孔剂、填料、色浆、抗静电剂、水解稳定剂、泡沫组合料贮存稳定剂等。

1. 发泡剂

水是聚氨酯材料生产中重要的发泡剂，它属于化学发泡剂，通过与异氰酸酯反应生成的二氧化碳气体，使黏弹性的泡沫物料膨胀、发泡、固化，得到各种聚氨酯泡沫塑料。

由于二氧化碳热导率较高，并且渗透性较强，因此对于要求有高绝热性能的硬质聚氨酯泡沫塑料配方，必须使用物理发泡剂。因为硬泡生产中的物料混合初期，在数十秒内产生大量的热量，它需要发泡剂吸收部分热量，同时发泡剂的气化使泡沫膨胀发泡。

在聚氨酯软泡生产中，为了获得低密度的柔软泡沫塑料，同时不能因水量过多而引起泡沫僵硬，一般需控制水的用量，添加适量的物理发泡剂作为辅助发泡剂。

CFC-11 （三氯一氟甲烷）在20世纪20年代末实现工业化生产。由于CFC-11具有不燃、沸点适宜、易于气化、气相热导率低、毒性低、与聚氨酯原料相容性好、无腐蚀性、价格低、发泡工艺简单等特点，是聚氨酯泡沫塑料生产中非常理想的发泡剂。

自20世纪60年代至90年代初，CFC-11广泛用作聚氨酯泡沫塑料的发泡剂。但在20世纪70年代科学家发现散发在大气中的CFC-11可缓慢破坏臭氧层，引起了全球环保学家的重视。目前作为CFC-11的替代物的主要发泡剂类型有HCFC （氢氯氟烃）、HFC （氢氟烃）、HC（烷烃）、液态CO2及水等。

2. 泡沫稳定剂

生产聚氨酯泡沫塑料时，泡沫稳定剂（或称匀泡剂）是一个不可缺少的组分。它能增加各组分的互溶性，起着乳化泡沫物料、稳定泡沫和调节泡孔的作用。泡沫稳定剂属于表面活性剂，有非硅系化合物以及有机硅化合物两类。

目前使用的泡沫稳定剂大多是聚硅氧烷氧化烯烃嵌段共聚物，属于聚醚改性有机硅表面活性剂，行业有时俗称“硅油”。由于这类表面活性剂的结构组成变化范围广，使用效果良好，目前聚氨酯泡沫塑料行业已广泛采用聚醚改性有机硅表面活性剂作为泡沫稳定剂。

3. 开孔剂

获得开孔聚氨酯泡沫塑料的方法:

采用合适的催化剂，使得凝胶反应和发泡反应达到所需的平衡，在泡沫物料上升到最高点时泡孔的壁膜强度不足以把气泡封闭在内，气体破壁而出，形成开孔的泡沫结构

采用合适的聚醚多元醇原料，形成开孔泡沫

当催化剂和主原料不足以解决问题时，采用少量的开孔剂，使得水发泡形成的脲分散，以获得一定开孔率的泡沫塑料。

开孔剂是一类特殊的表面活性剂，一般含疏水性和亲水性链段或基团，它的作用是降低泡沫的表面张力，促使泡孔破裂，提高聚氨酯泡沫塑料的开孔率，改善因闭孔造成的软质、半硬质、硬质泡沫塑料制品收缩等问题。

通常的聚氨酯硬泡由于交联密度高，发泡中泡孔壁膜强度大，一般是闭孔的泡孔结构，但添加开孔剂，可制造开孔硬质聚氨酯泡沫塑料，用于消音、过滤等用途。

早期疏水性的液体石蜡、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷等可用作泡沫稳定剂和开孔剂，石蜡分散液、聚氧化乙烯也可用作开孔剂，目前多采用特殊化学组成的聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烃-聚硅氧烷共聚物等作为开孔剂。

4. 软化剂

在高水量配方聚氨酯软泡生产中采用软化剂，可以抑制过多的脲基带来的泡沫体僵硬问题。泡沫软化改性剂具有软化效果，采用软化剂可以降低异氰酸酯用量进而降低泡沫硬度，用于软质聚氨酯泡沫塑料的生产。商品软化剂一般含有特殊聚醚、特殊多元醇和水等成分。

聚氨酯泡沫塑料的成型过程中，自始至终伴随着复杂的化学反应。这些反应有如下几种：1、多异氰酸酯的多异氰酸酯基与多元醇的羟基反应生成氨基甲酸酯基团；2、异氰酸酯与水反应，经过中间产物生成胺；3、生成的胺很快地与过剩的异氰酸酯反应生成脲；4、异氰酸酯与氨基甲酸酯氮原子上的氢反应生成脲基甲酸酯，使生成的线性聚合物形成支化和交联结构；5、异氰酸酯与脲反应生成缩二脲，也能使线性聚合物形成支化和交联结构；6、异氰酸酯与聚酯多元醇的残余羧基反应产生二氧化碳；7、异氰酸酯的自聚合反应。

聚氨酯泡沫塑料的发泡方法可分为：1、一步法；是将所有原料按发泡配方分成几组，分别计量入混合头，充分混合后制得泡沫塑料。2、两步法：可分为预聚法和半预聚法两种。