周袭非，王志有，张全红

（辽宁科技大学化工学院，辽宁 鞍山 114051）

高羟值聚醚的比例对慢回弹型聚氨酯软泡复原时间的影响

周袭非，王志有，张全红

（辽宁科技大学化工学院，辽宁 鞍山 114051）

改变聚醚组分中高羟值聚醚的比例，进行慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料（慢回弹型聚氨酯软泡）的复原时间对比试验。结果表明，当聚醚组分中高羟值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%时，慢回弹型聚氨酯软泡的复原时间为4～8s，不仅很好地满足了其回复性能，而且在此范围内其密度和硬度均能达到其使用要求。

聚氨酯；软质泡沫；高羟值聚醚；复原时间

聚氨酯是一类分子链中含有氨基甲酸酯基团（-NHCOO-）的高聚物。随着合成时原料、助剂及工艺条件的不同，可以合成性能各异的产品如泡沫塑料、橡胶、涂料、黏合剂、弹性纤维等[1]。聚氨酯软质泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，其中慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料是聚氨酯家族中的一种特殊泡沫[2]。慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料是20世纪60年代由美国太空总署（NASA）研发的一种开放式细胞结构的新型材料，具有温感减压的特性，也可以称为是一种温感减压材料。该类材料可以缓解宇航员所承受的压力，保护宇航员的脊椎[3]。20世纪90年代初，瑞典Fagerdala公司再次将该类材料开发为民用（医用）产品，最先在医疗急救、监护系统得到广泛的推广应用[4-5]。当人体接触该类材质时，其会对人体温度进行感应，逐渐变得柔软，同时吸收人体压力，从而将人体调整到最舒适的姿势状态[6]。由于其优异的性能和作用，该类材料的应用愈发普遍。慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料与其它类型聚氨酯软质泡沫塑料的最大区别在于其复原时间，由于聚醚组分中高羟值聚醚的比例对其复原时间有很大的影响，因此研究聚醚组分中高羟值聚醚的比例对其复原时间的影响显得尤为必要。

本文选取几组典型的高羟值聚醚比例，研究了其对慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料的物理性能及复原时间的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料及助剂

聚醚三元醇3010K（羟值：56mg KOH·g-1），聚醚多元醇GLR-2000（羟值：230～250mg KOH·g-1），甲苯二异氰酸酯（Desrnodur T80），泡沫稳定剂（B-8002），锡催化剂（T-9），复合胺催化剂（A-1和A-33按一定比例混合），开孔剂（SK-1900）。

1.2 样品的制备

1.2.1 配方设计

由于聚氨酯软泡由多种组分合成，且各个组分对其性能影响较大[7]，因此必须首先确定制备聚氨酯软泡的配方。通过正交试验所确定的配方如表1所示。然后，通过改变聚醚组分中聚醚多元醇GLR-2000的质量分数，即将GLR-2000/（GLR-2000+3010K）的比例依次调整为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。按发泡工艺程序操作，就可以制得10个慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料样品。

表1 聚氨酯软泡配方

1.2.2 发泡工艺

采用一步法发泡工艺[8]，按配方用量依次加入聚醚多元醇、去离子水、泡沫稳定剂、开孔剂以及复合胺催化剂，混合搅拌，控制料温在23℃，静置片刻后加入锡催化剂，在3500r·min-1的速度下高速搅拌至均匀；然后，快速加入甲苯二异氰酸酯，继续搅拌5～8s，直到混合液颜色即将发白时倒入模具。等泡沫发起并固化后，将其移入40℃保温箱中进行熟化2h。最后脱模即得慢回弹型聚氨酯泡沫样品。

1.3 物性试验

为了考察聚醚组分中高羟值聚醚比例对软泡的物理力学性能的影响，参照GB 6343-1995《泡沫塑料和橡胶表现（体积）密度》测定样品的密度，并采用对比定性法评定样品的硬度。

1.4 样品复原时间的测试

以复原时间作为样品复原性能的评价指标。测试方法如下：切割30cm×30cm×20cm的样品，将一个1kg的正方体型铁块放在样品中间1min，然后测量样品恢复原样的时间。

2 结果与讨论

2.1 聚醚组分中高羟值聚醚比例对软泡物理性能的影响

一般来说，发泡剂用量与发泡工艺是影响聚氨酯软泡密度的主要因素[9]。但从聚醚组分中高羟值聚醚比例对软泡密度的比例影响（图1）可以看出，在本实验所采用的范围内，随聚醚组分中高羟值聚醚的比例从0增加到0.9，软泡的密度随之增大。当聚醚组分中高羟值聚醚的比例介于0.3～0.7时，样品的密度已经能够满足其使用性能。

随着聚醚组分中高羟值聚醚比例的增大，软泡的硬度明显增大（图2）。其原因在于增大聚醚组分中高羟值聚醚的比例，导致整体聚醚的平均羟值增大，当与甲苯二异氰酸酯反应后，分子中的网状结构增多（即交联点增多且稠密），最终使得所得泡沫塑料的硬度增大。

图1 聚醚组分中聚醚GLR-2000的比例对慢回弹型聚氨酯软泡密度的影响

图2 聚醚组分中聚醚GLR-2000的比例对慢回弹型聚氨酯软泡硬度的影响

2.2 聚醚组分中高羟值聚醚比例对泡沫复原时间的影响

在相同的环境下，通过改变GLR-2000/（GLR-2000+3010K）的比例，考察了聚醚组分中高羟值聚醚比例对泡沫复原时间的影响（图3）。

图3 聚醚组分中聚醚GLR-2000的比例对慢回弹型聚氨酯软泡复原时间的影响

本实验采用了2种聚醚，一种是聚醚三元醇3010K，其羟值为56mg KOH·g-1，另一种是聚醚多元醇GLR-2000，其羟值大概为240mg KOH·g-1（即本文中所说的高羟值聚醚多元醇）。改变GLR-2000/(GLR-2000+3010K)的比例，也就是改变聚醚组分中高羟值聚醚多元醇的质量分数。随着聚醚组分中高羟值聚醚多元醇比例的增大，慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料的复原时间增加。当高羟值聚醚多元醇的用量为聚醚用量的10%时，所得样品已经有了明显的慢回弹性能，但是复原时间过短（＜2s）。增大高羟值聚醚多元醇的用量至聚醚用量的30%时，其复原时间为4s左右，样品有较好的慢回弹性能。继续增加高羟值聚醚多元醇的用量（至聚醚用量的50%），其复原时间进一步增大。但是，慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料，并不是复原时间越长就越好，其复原时间在4～8s时性能最佳，即聚醚组分中高羟值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%时，样品的密度和硬度均已能够满足其使用性能。

3 结论

1）随着聚醚组分中高羟值聚醚多元醇比例的增大，慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料的密度和硬度都增大。

2）随着聚醚组分中高羟值聚醚多元醇比例的增大，慢回弹型聚氨酯软质泡沫塑料的复原时间增长。

3）聚醚组分中高羟值聚醚多元醇的比例控制在30%～70%时，其复原时间为4～8s，不仅很好地满足了其回复性能，而且在此范围内其密度和硬度能达到其使用要求。

[1] 朱吕民，刘益军.聚氨酯泡沫塑料(第3版)[M].北京：化学工业出版社，2004：1-2.

[2] 徐培林，张淑琴.聚氨酯材料手册[M].北京：化学工业出版社，2002：253-260.

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Impact of High Hydroxyl Value of Polyether on Recovery Time of Slow Rebound Polyurethane Soft Foam

ZHOU Xifei, WANG Zhiyou, ZHANG Quanhong
(School of Chemical Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China)

The contrast tests of the recovery time of the slow rebound polyurethane soft foam plastic (hereinafter referred to as slow rebound polyurethane soft foam) were processed through changing the ratio of the high hydroxyl value of polyether in polyether component proportion. Results showed that when the ratio of the high hydroxyl value of polyether were controlled between 30%～70%, the recovery time of the slow rebound polyurethane soft foam was 4～8s. That not only well satis fi ed the response performance of it, but also the density and hardness of it were greatly met the use requirement in the above-mentioned range.

polyurethane; fl exible foams; high hydroxyl value of polyether; recovery time

TQ 323.8

A

1671-9905(2017)12-0019-03

周袭非（1971-），女，四川南充人，工学硕士，辽宁科技大学讲师，研究方向：精细有机合成。电话：0412-5929646，E-mail:672253324@qq.com

2017-08-30