聚氨酯海綿為什么會(huì)自燃
【前 言】
網(wǎng)狀海綿是海綿的一個(gè)特型產(chǎn)品，起步較晚，在中國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)大約為1995年。行業(yè)一般稱(chēng)其為：網(wǎng)綿、爆破綿、粗孔綿?？删唧w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(guò)濾
③ 消音
④ 沖擊波緩沖
⑤ 泡沫金屬基材
⑥ 冶金過(guò)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(shí)控制的，因而我們現(xiàn)在把探討的重點(diǎn)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(lèi)的只接觸過(guò)模塑類(lèi)，塊狀大泡的僅停留在理論層次。通過(guò)這幾年的摸索試驗(yàn)和生產(chǎn)驗(yàn)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(guò)硬泡十幾年。
感謝所有在此領(lǐng)域幫助過(guò)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(yùn)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(gè)：
①大分子多元醇的羥基與TDI異據(jù)氰酸根的反應(yīng)（以下可簡(jiǎn)寫(xiě)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(gè)爹媽生的，后天的成長(zhǎng)環(huán)境才是關(guān)鍵所在。
很多兄弟做過(guò)普通海綿的，都知道：海綿原料里有個(gè)組份叫“硅油”的成份，實(shí)際上它是個(gè)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(méi)商量）。
3、又不能太過(guò)穩(wěn)定，在泡沫升長(zhǎng)過(guò)程中，當(dāng)氣囊內(nèi)壓力達(dá)到一定時(shí)，囊壁隔膜會(huì)被包裹著的氣體穿裂（整體泡沫還屬粘稠流體時(shí)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(lái)，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(zhǎng)”、“凝膠”、“放氣”、“定型”的發(fā)泡過(guò)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(jiàn)的微氣泡破裂時(shí)的迸閃現(xiàn)象。一般會(huì)在開(kāi)始攪拌計(jì)時(shí)后的30~40秒內(nèi)發(fā)生，持續(xù)時(shí)間會(huì)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(gè)活性差異，起發(fā)放出CO2凝膠（快速鏈增長(zhǎng)）的活性“相”差，會(huì)直接導(dǎo)致綿體易于開(kāi)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(gè)頭都是3000的，那大家參與反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)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(guó)際品牌的大公司也無(wú)法做出分子量“均一”的大分子聚醚來(lái)。
退而求其次，能夠平均分子量是3000，實(shí)際分布2700~3300范圍的就已經(jīng)很不錯(cuò)了。
不難理解下面一個(gè)事實(shí)：分子量較小的單個(gè)聚醚，由于①它的個(gè)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(jìng)爭(zhēng)-NCO的時(shí)候更能優(yōu)先反應(yīng)。如果“成核”、“汽發(fā)”、“迸孔”、“升長(zhǎng)”、“放氣”、“定型”是界限明顯的各階段，連貫在一起無(wú)疑是完美的發(fā)泡過(guò)程了。 但實(shí)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(wú)法達(dá)成 ，海綿的“粗孔”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)難度加大。
2、輔助聚醚（輔助多元醇）
有時(shí)為改進(jìn)網(wǎng)綿的性能，我們會(huì)動(dòng)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(gè)基本目標(biāo)都很難實(shí)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(gè)-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(gè)-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(wú)一例外都會(huì)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(shí)現(xiàn)比較困難。
3、其它多元醇
①蓖麻油是天然品，它的加入會(huì)明顯加粗泡孔；
?、谟吞锲迫閯╊?lèi)型的因其嵌段結(jié)構(gòu)，有些品種會(huì)加粗泡孔。
但總體說(shuō)來(lái)，我們不鼓勵(lì)用這兩類(lèi)，原因“亂孔”(發(fā)泡時(shí)表現(xiàn)為“迸孔”會(huì)持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)超過(guò)15秒)，而且泡體的“除膜”不理想。
?、劬埘ザ嘣?類(lèi)的活性一般會(huì)強(qiáng)，粗孔的目的較難達(dá)到。
【發(fā)泡劑】
做海綿的都會(huì)在低密度配方里動(dòng)用MC之類(lèi)的，但MC是強(qiáng)溶劑，它會(huì)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(gè)，“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(yǔ)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(méi)什么好選擇的，辛酸亞錫吧。值得注意的是：過(guò)期、吸潮、部分失效的T9會(huì)引起泡綿亂孔。
胺類(lèi)就問(wèn)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(huì)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(huì)延后一些，且溫度稍低時(shí)，它的催化-OH／-NCO的能力是偏弱的，因而可有效拉開(kāi)“成核”、“起發(fā)”、“迸孔”、“凝膠”的時(shí)間差，使手工操作與迸泡時(shí)間都有保證，用它作為胺類(lèi)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。
?、?環(huán)己胺
雖然它是硬泡里才會(huì)使用，但我做過(guò)的比對(duì)試驗(yàn)中，N,N-二甲基環(huán)己胺（簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)己胺）是個(gè)很令人心動(dòng)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(guò)一段時(shí)間的量產(chǎn)。
缺點(diǎn)是：氣味太重（苦喉），起發(fā)速度偏快。建議自動(dòng)線生產(chǎn)時(shí)復(fù)配A-33使用。
④ 芐胺
也是我硬泡歲月里的寵愛(ài)，推介它是因?yàn)樗谟才萆闲Ч恢拢浩鸢l(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
硬泡里的常客，本身參與反應(yīng)且?guī)в腥酃δ??？梢允咕d體壓陷強(qiáng)度提升，美中不足是不能量大使用。
【硅 油】
這是個(gè)重點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō) ，做粗孔海綿我們會(huì)優(yōu)先考慮先做“粗”再說(shuō)。 其實(shí)不然，因?yàn)榘l(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(huì)有具體要求。
誰(shuí)都希望做出來(lái)的網(wǎng)綿看著順眼，孔徑公布均勻，沒(méi)什么殘膜，沒(méi)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(shì)，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(lái)說(shuō)是“用量大 泡孔細(xì)”，那“量小”呢？也得有個(gè)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(lèi)樣品副作用實(shí)在太大，無(wú)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(lái)說(shuō)，外添加的助劑無(wú)非是消泡劑，開(kāi)孔劑之類(lèi)的，如不考慮孔徑分布均勻性，有大量的類(lèi)型品種助劑可以使用。
堅(jiān)決不贊成添加粉劑，“分散均勻”就是個(gè)問(wèn)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(gè)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(shí)間就會(huì)提前，手工操作的攪拌時(shí)間就會(huì)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?yàn)?、 TDI 14℃ 以下就會(huì)結(jié)晶成固體；2、多元酸醇類(lèi)的粘度會(huì)大幅升高，攪拌起來(lái)費(fèi)勁，具體溫控大家看自己的實(shí)際情況定。
【攪拌】
臥式攪拌機(jī)有個(gè)弊端，攪拌桶的中心區(qū)域中底部、擋流板的背流面會(huì)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(pán)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(méi)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(lèi)試驗(yàn)我做過(guò)，-0.03Mpa時(shí)孔徑的變化至少兩個(gè)級(jí)別（常壓40PPI,負(fù)壓25PPI）但可操作性不佳。 倒料、攪拌耗時(shí)不說(shuō)，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(huì)變細(xì)，高度也難控制。 天冷也一樣，泡孔會(huì)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(huì)產(chǎn)生亂花與斑花。
【密度要求】
低密度網(wǎng)綿容易做，這個(gè)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(gè)泡囊憑自己的“膨脹倍數(shù)”去長(zhǎng)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(duì)于中高密度海綿來(lái)說(shuō)，配方用水量必須減少，勢(shì)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(shí)采用負(fù)壓發(fā)泡，⑥其次還有一個(gè)，拔高TDI指數(shù)了。
【自動(dòng)線發(fā)泡】
手工發(fā)泡有個(gè)最大毛?。号蒹w上下孔位差異過(guò)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(dòng)線(平拉泡)發(fā)泡,則跌落板會(huì)消減海綿發(fā)泡時(shí)的向上、向下生長(zhǎng)的阻力差，上下孔徑的大小會(huì)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(lèi)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(huì)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(diǎn)是：平拉線的走板震動(dòng)會(huì)帶來(lái) 第二次迸泡后的擾動(dòng)迸泡，因而大粗孔的8～15PPI產(chǎn)品在自動(dòng)線上也很難量產(chǎn)。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.hemaxy.com
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