环保型包装用聚氨酯泡沫

2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集３５１环保型包装用聚氨酯泡沫路华飞（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，研制了全水发泡超低密度聚氨酯泡沫塑料体系，对制备过程的有关因素进行了讨论。它具有低成本，主要用于包装。聚氨酯泡沫作为一种新型的包装材料，已广泛应用于有关领域。关键词：全水发泡；包装材料；聚氨酯泡沫塑料；低密度包装用聚氨酯泡沫，也称超低密度聚氨酯泡沫。作为一种新型的包装材料，它取代了原有的碎纸、棉絮等包装材料。目前它已广泛应用于电子电脑元件、光学仪器、古董、精密仪表等易碎易损品的包装。对这种包装材料的研究早在1970年代的美国国际包装协会（InternationalPackageSystem）就开始研制并获成功。然而在当时研制成功的这种泡沫包装材料所用的发泡剂是CFC-11。后来也曾经用二氯甲烷作发泡剂。然而这些发泡剂不是对大气层中的臭氧层有严重的破坏作用，就是在发泡过程中产生有害于身体健康的气体。自蒙特利尔协议生效后人们便开始了对原有发泡剂的替代工作。于是有了HCFC-141b、戊烷、CO2（全水发泡）等CFC-11的代用品。然而只有全水发泡才具有真正意义上的环保性能。本文主要介绍了低成本的全水发泡包装泡沫的研制。1实验部分1.1原材料及设备仪器多次甲基多苯基多异氰酸酯PAPI（工业级，进口或国产均可）；高活性聚醚三元醇（羟值56mgKOH/g，国内各大聚醚厂均能采购到）；4110（羟值410～430mgKOH/g，国内各大聚醚厂均能采购到）；泡沫稳定剂（进口）；催化剂1（国产）；催化剂2（国产）；扩链剂（二甘醇、乙二醇等）；乳化剂（北京某化工厂）。电动搅拌器、秒表、烧杯、发泡箱、电子天平、粘度计、离心机、万能实验机。1.2组合聚醚及泡沫的制备在烧杯中依次称量聚醚、泡沫稳定剂、扩链剂、催化剂、水，混合搅拌，静置片刻。取一试管组合原液放入离心机中高速（5000r/min）旋转数分钟后，取出观察，无明显分层现象。根据组合聚醚配方和用量，称取一定量的PAPI，将组合聚醚和PAPI混合搅拌4～6s，倒入简易发泡模具中发泡，记录其乳白时间、拉丝时间、上升时间、不粘时间等数据。泡沫熟化24h以后，测定其物理性能。1.3典型的配方低成本环保型聚氨酯包装泡沫的典型配方及性能如下：组合聚醚配方（质量份）：聚醚三元醇60～70份普通4110聚醚40～30份泡沫稳定剂2～3份水25～30份催化剂10.2～0.3份催化剂20.3～0.5份乳化剂2～3份扩链剂5～6份PAPI指数0.75～0.92003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集３５２2结果与讨论2.1原料体系的选用2.1.1聚醚的选用本工作所选用的聚醚多元醇均为低价格、易采购的聚醚多元醇，不需另外加工合成专用聚醚，它们与水都有较好的相溶性。组合后，粘度较低，易于现场施工。同时，我们经过反复试验，成功选用了北京某化工厂的乳化剂。加入该乳化剂2～3份后，使得组合聚醚混合均匀，长时间存放无分层现象。普通硬泡体系所用的4110聚醚能使泡沫的强度增大，回弹值提高，泡沫壁的承载力增强，而使泡沫不易收缩。另外大家都知道，在全水发泡体系中，较多的水与异氰酸酯的NCO反应，生成聚脲，而这种脲的大量聚集就会导致泡沫的脆性增大。而采用高活性聚醚，在反应中会快速与NCO反应干扰脲的生成与聚集，从而使泡沫的脆性大大降低。2.1.2催化剂的选择催化剂的选择在本配方中非常重要。在选择过程中应该注意几个问题。一是在全水发泡体系中，由于大量水的存在，所以贮存稳定性较差的锡类、胺类催化剂不能使用。二是要考虑发泡反应与凝胶反应的平衡问题。三是全水发泡体系发泡时会放出大量的热量，必须及时移走。选择催化剂时应充分考虑以上问题。否则就会对泡沫性能和组合原液的稳定性造成很大的影响。此外在催化剂的选择上还应考虑其经济性。2.1.3泡沫稳定剂的选用在对泡沫稳定剂的选用过程中，我们曾遇到较大的困难，在如此高水量的体系中，普通的非水解型（Si—C）稳定剂会很快失去效用。通过我们大量实验，并且与国内外泡沫稳定剂生产厂家的沟通与协作。最终选用了同外某公司的泡沫稳定剂。但其用量也较大，一般为聚醚总量的2％～3％，只有在这个范围内才能保证泡沫的尺寸性能，又能使组合聚醚稳定存放较长时间。2.2发泡参数及泡沫性能经过多次试验，在上述基础配方范围，得到了合适的发泡配方。组合聚醚性能如下：外观：透明均一粘度/mPa·s350～420贮存稳定性无分层现象将组合聚醚和多异氰酸酯PAPI按比例混合，进行实验室发泡试验，反应参数如下：乳白时间/s8～9上升时间/s25～30脱粘时间/s45～50得到泡沫塑料物理性能如下：泡沫芯密度/kg·m－38～10压缩强度/MPa≥0.7压缩50％复原率/％≥933结束语采用全水发泡体系制成了性能良好的聚氨酯包装泡沫。笔者认为优点有二：一是全水发泡体系的采用，真正起到了环境保护的作用。二是普通聚醚多元醇原料的采用，使其成本大大降低，更有利于环保产品的工业化生产。TheStudyofAll-Water-BlowLowDensityPUFoamLuHuafei(LangfangPolyurethaneProduceCenter,HebeiLangfang065001)2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集３５３Abstract:Anall-water-blownsuperlow-densitypolyurethanefoamsystembasedonusualpolyetherpolyolswasprepared.Theeffectsofsomefactorsonthefoampreparationprocessandtheperformanceoffoamarediscussed.Thepolyurethanesystemisusedforpackaging,itspriceislower.Keywords:all-water-blown;packagingmaterial;polyurethanefoam;superlowdensity作者简介：路华飞1974年生，毕业于河北工业大学化工学院化学工程系，曾在某大型聚氨酯公司从事技术开发工作，2003年因环保事业需要进入廊坊聚氨酯配料中心工作。