聚氨酯海綿為什么會自燃
【前 言】
網(wǎng)狀海綿是海綿的一個特型產(chǎn)品，起步較晚，在中國市場上出現(xiàn)大約為1995年。行業(yè)一般稱其為：網(wǎng)綿、爆破綿、粗孔綿。可具體描述為：具有一定孔徑尺寸、主孔為五面體結(jié)構(gòu)的由脈絡(luò)絲連接起的通透型海綿。因其“中空”，又具有海綿的強(qiáng)度與延展性，可廣泛地應(yīng)用于：
① 空氣濾清
② 水基過濾
③ 消音
④ 沖擊波緩沖
⑤ 泡沫金屬基材
⑥ 冶金過濾基材
等各領(lǐng)域。
真正網(wǎng)狀海綿的制作應(yīng)由兩步驟完成：發(fā)泡、破孔。 網(wǎng)綿孔徑尺寸是發(fā)泡時控制的，因而我們現(xiàn)在把探討的重點放在“發(fā)泡”這環(huán)節(jié)上。
08年之前本人一直做硬泡產(chǎn)品，軟泡類的只接觸過模塑類，塊狀大泡的僅停留在理論層次。通過這幾年的摸索試驗和生產(chǎn)驗證，總結(jié)出一些異于常規(guī)的工藝和調(diào)整思路。幸虧做過硬泡十幾年。
感謝所有在此領(lǐng)域幫助過我的兄弟姐妹們：何申祥、徐東明（第五元素）、鄒漢江、何啟斌、邱明華、王建榮、楊志成、韋海東老師、劉守平老師、修玉英老師、何旭林、鄭發(fā)山、貢志林、陳應(yīng)懷、劉運珍……
【 發(fā)泡反應(yīng)原理 】
同普通海綿一樣，我們這里的主反應(yīng)仍是兩個：
?、俅蠓肿佣嘣嫉牧u基與TDI異據(jù)氰酸根的反應(yīng)（以下可簡寫成-OH、-NCO）：
?、谒cTDI的反應(yīng)：
在這里，我們根本看不出海綿孔徑的變化與主反應(yīng)有什么關(guān)系，很正常，都是一個爹媽生的，后天的成長環(huán)境才是關(guān)鍵所在。
很多兄弟做過普通海綿的，都知道：海綿原料里有個組份叫“硅油”的成份，實際上它是個中間“調(diào)解員”角色， 即：
1、負(fù)責(zé)將聚醚多元醇、水、催化劑、TDI相互融合好。
2、在CO2產(chǎn)生后能穩(wěn)定泡沫氣囊壁使之富有彈性，不至于弱不經(jīng)風(fēng)一碰就破（否則就是塌泡沒商量）。
3、又不能太過穩(wěn)定，在泡沫升長過程中，當(dāng)氣囊內(nèi)壓力達(dá)到一定時，囊壁隔膜會被包裹著的氣體穿裂（整體泡沫還屬粘稠流體時就是“迸孔”，發(fā)泡成型的后期就是“放氣”）以維系體系的穩(wěn)定。
手工網(wǎng)綿生產(chǎn)的第一步，是要發(fā)出具有一定孔徑尺寸的綿來，它的生產(chǎn)特性表征為：各款原料均勻（但不必“充分”均勻）混合，具有明顯的“起發(fā)”、“迸孔”、“升長”、“凝膠”、“放氣”、“定型”的發(fā)泡過程。關(guān)鍵的控制是“迸孔”，凡是能影響“迸孔”程度的因素：原料本質(zhì)、攪拌混合方式、溫控、氣壓差、助劑使用等等都是我們研究的目標(biāo)。
（這里的“迸孔”現(xiàn)象，是聚醚、助劑、TDI 正式攪拌混合倒入發(fā)泡箱后，液面迎光能看見的微氣泡破裂時的迸閃現(xiàn)象。一般會在開始攪拌計時后的30~40秒內(nèi)發(fā)生，持續(xù)時間會維持8~15秒）
【TDI的因素】
可以放心地使用80/20型TDI，即：2.4一甲苯二異氰酸酯占80%左右，2.6一甲苯二異氰酸酯占20%的那種。 2.4位的-NCO活性不一樣，它倆與-OH的反應(yīng)以及與水的反應(yīng)反先順序也不一樣，別小看這么個活性差異，起發(fā)放出CO2凝膠（快速鏈增長）的活性“相”差，會直接導(dǎo)致綿體易于開孔與否。
【聚醚多元醇和聚合物聚醚多元醇的影響】
1、分子量分布
我們基本都采用三宮能度、3000分子量、完全接掛環(huán)氧丙烷做成的聚醚作為“多元醇”主份使用，大家知道：所謂分子量肯定是指平均值。 如果聚醚大分子個頭都是3000的，那大家參與反應(yīng)的競爭性也就同等，不存在厚此薄彼的反應(yīng)優(yōu)先順序現(xiàn)象。很遺憾即便是國際品牌的大公司也無法做出分子量“均一”的大分子聚醚來。
退而求其次，能夠平均分子量是3000，實際分布2700~3300范圍的就已經(jīng)很不錯了。
不難理解下面一個事實：分子量較小的單個聚醚，由于①它的個小靈活；②外端羥基更接近中心區(qū)域而更富有活性，因而能在競爭-NCO的時候更能優(yōu)先反應(yīng)。如果“成核”、“汽發(fā)”、“迸孔”、“升長”、“放氣”、“定型”是界限明顯的各階段，連貫在一起無疑是完美的發(fā)泡過程了。 但實際中 就是聚醚分子量的“小”，招致的反應(yīng)活性“大”，使得-OH與-NCO的反應(yīng)提前，并使得初始“核化”后的氣囊壁粘度（強(qiáng)度）變大，從而“迸孔”的難度加大，最終導(dǎo)致起始泡囊“合伙重組”無法達(dá)成 ，海綿的“粗孔”目標(biāo)實現(xiàn)難度加大。
2、輔助聚醚（輔助多元醇）
有時為改進(jìn)網(wǎng)綿的性能，我們會動用諸如210、ED28、1.4丁二醇（提高撕拉力）和白油POP（提高承載強(qiáng)度），想法是好的，可由于它們的自身結(jié)構(gòu)使得“粗孔”這個基本目標(biāo)都很難實現(xiàn)。
“210”是二元醇起始的、接掛環(huán)氧丙烷的常規(guī)聚醚，其分子量是1000，均攤到一個-OH上的分子量只有500，它的活性較強(qiáng)。
“1.4-丁二醇”分子量就更小，最要命的是它的兩個-OH是“伯羥基”，其活性可想而知。
“ED28”、“POP”里面都有高活性的聚氧化乙烯（原料叫環(huán)氧乙烷，EO）鏈段，它的活性也很高。
因而添加它們后，無一例外都會導(dǎo)致“凝膠反應(yīng)”（-OH與-NCO的反應(yīng)）提前，海綿的“粗孔”目標(biāo)實現(xiàn)比較困難。
3、其它多元醇
?、俦吐橛褪翘烊黄罚募尤霑黠@加粗泡孔；
②油田破乳劑類型的因其嵌段結(jié)構(gòu)，有些品種會加粗泡孔。
但總體說來，我們不鼓勵用這兩類，原因“亂孔”(發(fā)泡時表現(xiàn)為“迸孔”會持續(xù)時間遠(yuǎn)超過15秒)，而且泡體的“除膜”不理想。
?、劬埘ザ嘣?類的活性一般會強(qiáng)，粗孔的目的較難達(dá)到。
【發(fā)泡劑】
做海綿的都會在低密度配方里動用MC之類的，但MC是強(qiáng)溶劑，它會導(dǎo)致發(fā)泡其它組份更充分地溶合及分散，從而使起步成核數(shù)增加，泡孔孔徑起步就是小個，“先天不足”之下 想粗孔肯定不容易，因而我們最好還是用水作發(fā)泡劑，生產(chǎn)也好控制些。
水在泡綿漿料里面的分散狀態(tài)直接關(guān)系到綿體孔徑的大小與泡孔均勻度。如果必須要用短語描述這種分散的優(yōu)劣，能造成水珠“珠徑自身大”、“珠徑尺寸均勻”的工藝滿足 是能發(fā)出大孔徑、均勻泡孔網(wǎng)綿的不二原則。
【催化劑】
有機(jī)錫是沒什么好選擇的，辛酸亞錫吧。值得注意的是：過期、吸潮、部分失效的T9會引起泡綿亂孔。
胺類就問題大了：
?、?nbsp; A-1
雖然其能完全在前期催化H2O與-NCO反應(yīng)，但就是由于催化太猛，致使“產(chǎn)氣核化”迅猛增加，成核數(shù)的增加定會引起孔徑偏小。另外，A-1的催化“起發(fā)”提前，不利于常壓手工發(fā)泡操作。、
?、?A-33
因本身是延遲三乙烯二胺的溶液，其催化H2O / -NCO的反應(yīng)會延后一些，且溫度稍低時，它的催化-OH／-NCO的能力是偏弱的，因而可有效拉開“成核”、“起發(fā)”、“迸孔”、“凝膠”的時間差，使手工操作與迸泡時間都有保證，用它作為胺類催化劑是第一選擇，孔徑很容易做大。而且其用量越大，孔徑越粗，注意：它的溶解介質(zhì)最好是一縮丙二醇（仲羥基含量高些），盡可能不要用二甘醇、乙二醇作溶劑，道理同前。如有必要，可自己延遲A-33的初步活性。
③ 環(huán)己胺
雖然它是硬泡里才會使用，但我做過的比對試驗中，N,N-二甲基環(huán)己胺（簡稱環(huán)己胺）是個很令人心動的品種，它做出的孔徑比A-33的還大，且孔徑分布均勻度明顯要好。我執(zhí)行過一段時間的量產(chǎn)。
缺點是：氣味太重（苦喉），起發(fā)速度偏快。建議自動線生產(chǎn)時復(fù)配A-33使用。
④ 芐胺
也是我硬泡歲月里的寵愛，推介它是因為它跟在硬泡上效果一致：起發(fā)、凝膠平穩(wěn)， 泡孔孔徑分布好，做出的孔徑尺寸比A-33的小些。
⑤ 三乙醇胺
硬泡里的?？?，本身參與反應(yīng)且?guī)в腥酃δ?。可以使綿體壓陷強(qiáng)度提升，美中不足是不能量大使用。
【硅 油】
這是個重點，一般來說 ，做粗孔海綿我們會優(yōu)先考慮先做“粗”再說。 其實不然，因為發(fā)泡出的粗孔綿我們還要拿去破孔，破孔后的孔徑，脈絡(luò)絲結(jié)構(gòu)、殘膜量都會有具體要求。
誰都希望做出來的網(wǎng)綿看著順眼，孔徑公布均勻，沒什么殘膜，沒有斑花等瑕疵。眾所周知，硅油活性有高低，作為廣譜的L-580，它可適用于高、中、低密度段的配方。 它的孔徑不是最粗的，卻是最均勻的。8123、8110、4900、5933等雖然“做粗”有優(yōu)勢，但孔徑分布差強(qiáng)人意，且殘膜多多，建議復(fù)配使用。
硅油用量一般來說是“用量大 泡孔細(xì)”，那“量小”呢？也得有個限度吧，0.4% 這是下限。也有例外，有些品種是用的越多便越粗孔，只是我拿到的那類樣品副作用實在太大，無法量產(chǎn)應(yīng)用。
【其它助劑】
在這上面也花了不少精力，總的來說，外添加的助劑無非是消泡劑，開孔劑之類的，如不考慮孔徑分布均勻性，有大量的類型品種助劑可以使用。
堅決不贊成添加粉劑，“分散均勻”就是個問題，色漿例外。
【溫度因素】
發(fā)泡溫度大家以前手工泡都喜歡20～23°C這個區(qū)域，我也喜歡，但僅限于發(fā)泡環(huán)境溫度而已。
料溫偏高，起發(fā)時間就會提前，手工操作的攪拌時間就會大受影響，因而必須把料溫降在16℃以下。
并不是料溫越低越好，因為1、 TDI 14℃ 以下就會結(jié)晶成固體；2、多元酸醇類的粘度會大幅升高，攪拌起來費勁，具體溫控大家看自己的實際情況定。
【攪拌】
臥式攪拌機(jī)有個弊端，攪拌桶的中心區(qū)域中底部、擋流板的背流面會有死角。眾所周知，攪拌的目的是把料子混勻，粗孔綿又要求把攪拌速度盡可能降低，還要避免出現(xiàn)渦流混入大量空氣泡造成“豆眼”，因此臥式攪拌機(jī)上不宜采用漿葉式的攪拌桶，建議用圓盤式的，可切有上下料子交換洞。
我更希望用立式攪拌機(jī)，攪拌桶里沒有底座等死角，還可以用“略斜”的方法故意造偏心，使攪拌死角的可能最小化。
【其它因素】
① 低壓發(fā)泡
這類試驗我做過，-0.03Mpa時孔徑的變化至少兩個級別（常壓40PPI,負(fù)壓25PPI）但可操作性不佳。 倒料、攪拌耗時不說，單就10秒鐘內(nèi)把發(fā)泡箱的所在區(qū)域準(zhǔn)確降到-0.03～-0.05Mpa就夠頭痛的，重復(fù)性一定不好，調(diào)整配方、調(diào)整工藝的難度非常大。
② 空氣溫度、氣壓
濕度越大，越難發(fā)（指重復(fù)性）；
氣壓越低（悶熱）越難做。
③ 模具與氣溫
用木模具最好，特別是底部，如果天熱底墊板溫度高，泡孔會變細(xì)，高度也難控制。 天冷也一樣，泡孔會變粗，高度難以達(dá)到理想要求，且底皮厚度大。
④ 渣雜
發(fā)泡桶清洗不當(dāng)，或料子里混入雜物，泡綿會產(chǎn)生亂花與斑花。
【密度要求】
低密度網(wǎng)綿容易做，這個好理解。起步氣化的成核數(shù)跟攪拌息息相關(guān)。起發(fā)迸孔后，單位重量里的泡囊數(shù)已經(jīng)固定，每個泡囊憑自己的“膨脹倍數(shù)”去長胖了。隨著CO2的持續(xù)放出，料溫的不斷升高導(dǎo)致的汽球澎脹，最終放氣定型后 產(chǎn)氣多的一定是粗孔了。
但對于中高密度海綿來說，配方用水量必須減少，勢必產(chǎn)氣量跟著減少，我們能夠控制粗孔的調(diào)整手段就只能是 ①攪拌轉(zhuǎn)速降低，②硅油不得不下調(diào)到極限用量，③胺量盡可能高拔，④料溫盡可能低，⑤條件允許時采用負(fù)壓發(fā)泡，⑥其次還有一個，拔高TDI指數(shù)了。
【自動線發(fā)泡】
手工發(fā)泡有個最大毛病：泡體上下孔位差異過大，2/3高度處孔徑最大,其次是頂端,越往下孔徑越細(xì).
如果采用自動線(平拉泡)發(fā)泡,則跌落板會消減海綿發(fā)泡時的向上、向下生長的阻力差，上下孔徑的大小會差別很小。發(fā)泡孔徑的大小完全由混合頭的壓力控制。
究其原理：類似爆米花那樣，混合頭加壓攪和均勻，從噴料頭出口竄出迅速卸壓，剛成核的微泡囊會迅速完成第一次膨脹迸泡。隨著CO2的不斷產(chǎn)生與體系的相分離作用，第二次迸泡順利達(dá)成。
缺點是：平拉線的走板震動會帶來 第二次迸泡后的擾動迸泡，因而大粗孔的8～15PPI產(chǎn)品在自動線上也很難量產(chǎn)。更多濾芯膠請訪問www.jbmtpc.com
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