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（International Package System）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（5000 r/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4～6 s，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24 h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1                   0.2～0.3份

  催化剂2                   0.3～0.5份

  乳化剂                     2～3份

  扩链剂                     5～6份

PAPI指数                   0.75～0.9

2  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。最终选用了国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·s         350～420

   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/s             8～9

  上升时间/s            25～30

  脱粘时间/s            45～50

得到泡沫塑料物理性能如下：

  泡沫芯密度/kg·m^－3     8～10

  压缩强度/MPa           ≥0.7

  压缩50％复原率/％      ≥93

3  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。

The Study of All-Water-Blow Low Density PU Foam

Lu Huafei

(Langfang Polyurethane Produce Center, Hebei Langfang 065001)

Abstract: An all-water-blown super low-density polyurethane foam system based on usual polyether polyols was prepared. The effects of some factors on the foam preparation process and the performance of foam are discussed. The polyurethane system is used for packaging, its price is lower.  

Keywords: all-water-blown; packaging material; polyurethane foam; super low density

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。