Der Hauptbestandteil von Polyurethanschaum (PU-Schaum) ist Polyurethan. Die Rohstoffe sind hauptsächlich Polyisocyanate und Polyole. Durch Zugabe geeigneter Additive – das wichtigste davon ist eine Reihe von Schaumadditiven im Zusammenhang mit der Schaumbildung – wird im Reaktionsprodukt eine große Schaummenge erzeugt, wodurch ein Polyurethanschaumprodukt entsteht. In diesem Artikel werden die Rohstoffe und Schäumhilfsmittel für die Herstellung von PU-Schaum kurz vorgestellt.

1. Polyisocyanat
Die am häufigsten verwendeten Polyisocyanate bei der Herstellung von Polyurethanschäumen sind Toluylendiisocyanat (TDI), Polymethylenpolyphenylisocyanat (PAPI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und verflüssigtes MDI (L-MDI).

TDI wird hauptsächlich in der Schaumkunststoffindustrie zur Herstellung von flexiblem Polyurethanschaum verwendet. MDI ist reaktiver als TDI und weniger flüchtig. Einige verflüssigte modifizierte MDI können als Ersatz für TDI bei der Herstellung von flexiblem Polyurethanschaum verwendet werden, wie z. B. flexibler Polyurethanschaum mit hoher Dichte und halbharter Schaum oder mikrozelluläre elastische Polyurethanmaterialien. Herstellung.

PAPI wird auch Roh-MDI und Polymer-MDI genannt. Das durchschnittliche Molekulargewicht typischer PAPI-Produkte liegt meist im Bereich von 30 bis 400 und ihr NCO-Massenanteil beträgt 31 % bis 32 %. Die durchschnittliche Funktionalität von PAPI mit niedriger Viskosität liegt im Allgemeinen zwischen 2,5 und 2,9.

Im Bereich der Schaumkunststoffe werden PAPI und modifiziertes PAPI hauptsächlich zur Herstellung verschiedener Polyurethan-Hartschäume verwendet, und eine kleine Menge wird zur Herstellung von hochelastischen Weichschäumen, Ganzhautschäumen und halbharten Schäumen verwendet. PAPI kann mit TDI gemischt werden, um kalthärtenden, hochelastischen Schaum herzustellen. 2. Polyether- und Polyesterpolyol

1. Polyetherpolyol
Polyetherpolyole, die zur Herstellung flexibler Polyurethanschäume verwendet werden, sind im Allgemeinen langkettige Polyether mit geringer Funktionalität. Die Funktionalität von Polyetherpolyol in der Weichschaumformulierung beträgt im Allgemeinen 2 bis 3 und das durchschnittliche Molekulargewicht liegt zwischen 2000 und 6500. Polyethertriol wird am häufigsten in Weichschaum verwendet. Als Ausgangsstoff wird im Allgemeinen Glycerin (Glycerin) verwendet, das durch ringöffnende Polymerisation von 1,2-Propylenoxid gewonnen oder mit einer geringen Menge Ethylenoxid copolymerisiert wird. Das Molekulargewicht liegt im Allgemeinen zwischen 3000 und 7000.

Unter diesen wird hochreaktiver Polyether hauptsächlich für hochelastischen Weichschaum verwendet und kann auch für Schaumprodukte wie Halbhartschaum verwendet werden. Als Hilfsstoff kann eine geringe Menge Polyetherglykol eingesetzt und mit Polyethertriol in Weichschaumformulierungen gemischt werden. Polyetherpolyole mit geringer Ungesättigtheit und hohem Molekulargewicht können zur Herstellung weicher Schäume und zur Reduzierung der TDI-Menge verwendet werden.

Generell werden in Hartschaumformulierungen Polyetherpolyole mit hoher Funktionalität und hoher Hydroxylzahl eingesetzt, damit eine ausreichende Vernetzung und Steifigkeit erzeugt werden kann. Der Hydroxylwert von Hartschaum-Polyetherpolyol beträgt im Allgemeinen 350–650 mg KOH/g und die durchschnittliche Funktionalität liegt über 3. Allgemeine Hartschaumformulierungen werden meist mit zwei Polyethern gemischt, und der durchschnittliche Hydroxylwert beträgt etwa 4000 mg KOH/g.

Halbhartschaumformulierungen verwenden im Allgemeinen einen Teil hochmolekularer Polyether, insbesondere hochreaktiver Polyetherpolyole, und einen Teil hochfunktioneller Hartschaumpolyether mit niedrigem Molekulargewicht.

2. Polyesterpolyol
Gewöhnliche niedrigviskose aliphatische Polyesterpolyole wie Polydiethylenadipatdiol mit einer Hydroxylzahl von etwa 56 mg KOH/g oder leicht verzweigte Polyesterpolyole können zur Herstellung von Polyester-Polyurethan-Weichschaum verwendet werden. Polyesterpolyol weist eine hohe Reaktivität auf. Derzeit wird Polyester-PU-Blockschaum nur in wenigen Bereichen eingesetzt, etwa bei Bekleidungsaccessoires.

Aromatische Polyole, die aus zweibasischen Säuren (wie Phthalsäureanhydrid, Terephthalsäure usw.) und niedermolekularen Diolen (Diethylenglykol usw.) oder Polyolen synthetisiert werden. Unter anderem kann die hohe Hydroxylzahl zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaum und Polyolen genutzt werden. Isocyanurat-Hartschaum. Der niedrigere Hydroxylwert von Phthalsäureanhydrid-Polyesteralkohol kann auch für hochelastischen Weichschaum, Vollschaum und Halbhartschaum sowie nicht geschäumte Polyurethanmaterialien verwendet werden.

3. Polymerpolyol
Polymerpolyole (gepfropfte Polyetherpolyole) enthalten starres Styrol, Acrylnitril-Homopolymere und -Copolymere sowie Pfropfpolymere. Diese Vinylpolymere wirken wie organische „Füllstoffe“ und verbessern die Tragfähigkeit.

Polymerpolyole können zur Herstellung von flexiblen Schäumen mit hoher Härte, hochelastischen Schäumen, wärmegeformten Weichschäumen, halbfesten Schäumen, selbsthäutigen Schäumen, Reaktionsspritzgussprodukten (RIM) usw. verwendet werden, wodurch die Produktdicke verringert werden kann und reduzieren Die Schaumdichte senkt die Kosten, kann auch die Offenzelligkeit des Schaumkunststoffs erhöhen und dem Produkt eine gewisse flammhemmende Leistung verleihen.

Polyharnstoffpolyol (PHD-Dispersion) ist ebenfalls ein spezielles polymermodifiziertes Polyol, das für hochelastischen Weichschaum, Halbhartschaum und Weichschaum verwendet werden kann. Derzeit sind nur wenige Produkte auf dem Markt.

Es gibt auch einige spezielle Polyole, die bei der Herstellung von Polyurethanschäumen verwendet werden, wie z. B. Pflanzenölpolyole, Kolophoniumpolyesterpolyole und Polymerpolyesterpolyole.

3. Schaumhilfsmittel
Schäumungshilfsmittel sind bei der Herstellung von Polyurethanschäumen unverzichtbar, darunter Katalysatoren, Schaumstabilisatoren (Schaumstabilisatoren), Schaumbildner usw. Darüber hinaus gibt es einige Zusatzstoffe, die optional sind und bei Bedarf eingesetzt werden können, beispielsweise Barrieren. Brennmittel, Kettenverlängerungs-/Vernetzungsmittel, Antioxidationsmittel, Lichtstabilisator, Schaumweichmacher, Zellöffner, Füllstoff, Farbpaste, Antistatikmittel, Hydrolysestabilisator, Lagerstabilisator für Schaumzusammensetzungen usw.

1. Schaummittel
Wasser ist ein wichtiges Schaummittel bei der Herstellung von Polyurethan-Materialien. Es ist ein chemischer Schaumbildner. Das durch die Reaktion mit Isocyanat entstehende Kohlendioxidgas expandiert, schäumt und verfestigt das viskoelastische Schaummaterial, um verschiedene Polyurethanschäume zu erhalten.

Da Kohlendioxid über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und starke Permeabilität verfügt, müssen für Formulierungen von Polyurethan-Hartschaum, die hohe Wärmedämmeigenschaften erfordern, physikalische Treibmittel verwendet werden. Da in der Anfangsphase des Materialmischens bei der Herstellung von Hartschaum innerhalb weniger Sekunden viel Wärme entsteht, muss das Schaummittel einen Teil der Wärme absorbieren, und gleichzeitig führt die Vergasung des Schaummittels dazu, dass sich der Schaum ausdehnt und Schaum.

Bei der Herstellung von flexiblen Polyurethanschäumen ist es im Allgemeinen erforderlich, die Wassermenge zu kontrollieren und eine angemessene Menge eines physikalischen Schaummittels als Hilfsmittel hinzuzufügen, um flexible Schaumstoffe mit geringer Dichte zu erhalten, ohne dass zu viel Wasser dazu führt, dass der Schaum steif wird Schaummittel.

CFC-11 (Trichlorfluormethan) wurde Ende der 1920er Jahre industriell hergestellt. Da CFC-11 die Eigenschaften Nichtbrennbarkeit, geeigneten Siedepunkt, leichte Vergasung, geringe Wärmeleitfähigkeit des Gases, geringe Toxizität, gute Kompatibilität mit Polyurethan-Rohstoffen, nicht korrosiv, niedriger Preis, einfacher Schäumprozess usw. aufweist, ist dies der Fall Zur Herstellung von Polyurethanschaum. Sehr ideales Treibmittel im Medium.

Von den 1960er bis Anfang der 1990er Jahre wurde FCKW-11 häufig als Treibmittel für Polyurethanschäume verwendet. In den 1970er Jahren entdeckten Wissenschaftler jedoch, dass in die Atmosphäre emittiertes FCKW-11 die Ozonschicht langsam zerstören kann, was die Aufmerksamkeit von Umweltschützern weltweit auf sich zog. Die wichtigsten Arten von Treibmitteln, die derzeit als Alternativen zu FCKW-11 verwendet werden, sind HCFC (Fluorchlorkohlenwasserstoff), HFC (Fluorkohlenwasserstoff), HC (Alkan), flüssiges CO2 und Wasser.

2. Schaumstabilisator
Bei der Herstellung von Polyurethanschaum ist der Schaumstabilisator (oder Schaumstabilisator) ein unverzichtbarer Bestandteil. Es kann die gegenseitige Löslichkeit jeder Komponente erhöhen und die Rolle der Emulgierung von Schaummaterialien, der Stabilisierung des Schaums und der Regulierung der Zellen spielen. Schaumstabilisatoren sind Tenside, und es gibt zwei Arten von Nicht-Silizium-Verbindungen und Organosilicium-Verbindungen.

Die meisten derzeit verwendeten Schaumstabilisatoren sind Polysiloxan-Oxyalkylen-Blockcopolymere, bei denen es sich um polyethermodifizierte Silikontenside handelt, die in der Industrie manchmal auch als „Silikonöl“ bezeichnet werden. Aufgrund der breiten Strukturzusammensetzung dieses Tensidtyps und der guten Anwendungswirkung werden polyethermodifizierte Silikontenside in großem Umfang als Schaumstabilisatoren in der Polyurethanschaumindustrie eingesetzt.

3. Porenöffner
Methode zur Gewinnung von offenzelligem Polyurethanschaum:

Verwenden Sie einen geeigneten Katalysator, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen der Gelreaktion und der Schaumreaktion zu erreichen. Wenn das Schaummaterial den höchsten Punkt erreicht, reicht die Festigkeit des Zellwandfilms nicht aus, um die Blasen im Inneren abzudichten, und das Gas bricht aus der Wand aus und bildet offene Zellen. Die Schaumstruktur;
Verwenden Sie geeignete Polyetherpolyol-Rohstoffe, um offenzelligen Schaum zu bilden;
Wenn der Katalysator und die Hauptrohstoffe nicht ausreichen, um das Problem zu lösen, wird eine kleine Menge Zellöffner verwendet, um den durch Wasserschäumen gebildeten Harnstoff zu dispergieren, um einen Schaum mit einem bestimmten Verhältnis offener Zellen zu erhalten.

Zellöffner sind spezielle Tensidtypen, die im Allgemeinen hydrophobe und hydrophile Segmente oder Gruppen enthalten. Seine Funktion besteht darin, die Oberflächenspannung des Schaums zu verringern, den Zellaufschluss zu fördern und die Offenzelligkeitsrate des Polyurethanschaums zu erhöhen. Verbessern Sie die durch geschlossene Zellen verursachte Schrumpfung von Weich-, Halbhart- und Hartschaumkunststoffprodukten.

Aufgrund der hohen Vernetzungsdichte von gewöhnlichem Polyurethan-Hartschaum ist die Zellwandfilmfestigkeit beim Schäumen hoch und es handelt sich im Allgemeinen um eine geschlossenzellige Struktur. Durch Zugabe eines Zellöffnungsmittels kann jedoch ein offenzelliger Polyurethan-Hartschaum zur Geräuschreduzierung, beispielsweise zur Filterung, hergestellt werden.

Als Schaumstabilisatoren und Zellöffner können früh hydrophobes flüssiges Paraffin, Polybutadien, Dimethylpolysiloxan usw. verwendet werden. Als Zellöffner können auch Paraffindispersionen und Polyethylenoxid eingesetzt werden. Derzeit werden spezielle chemische Zusammensetzungen aus Polyoxypropylen-Ethylenoxid-Copolyether, Polyoxyalkylen-Polysiloxan-Copolymer usw. als Porenöffner verwendet.

4. Weichspüler
Die Verwendung von Weichmachern bei der Herstellung flexibler Polyurethanschäume mit hohem Wassergehalt kann die durch übermäßige Harnstoffgruppen verursachte Steifheit des Schaums beeinträchtigen. Der Schaumerweichungsmodifikator hat eine weichmachende Wirkung. Durch den Einsatz von Weichmachern kann der Isocyanatanteil und damit die Härte des Schaums reduziert werden. Es wird bei der Herstellung von flexiblem Polyurethanschaum verwendet. Handelsübliche Weichspüler enthalten in der Regel spezielle Polyether, spezielle Polyole und Wasser.