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聚氨酯工业使用最多的表面活性剂是哪种?聚氨酯表面活性剂结构

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发表时间:2018-05-18 13:53来源:聚氨酯制品手册

  在聚氨酯工业中,尤其是在聚氨酯泡沫体的制备中,表面活性剂是必不可少的关键助剂之一。表面活性剂咋泡沫体形成的过程中,影响着原料各组分的互溶、乳化,影响着气泡核化、生成、分散及稳定,对泡沫体的结构,泡孔的大小,开、闭孔率的高低等都有着举足轻重的作用。表面活性剂在聚氨酯泡沫体配方中虽然用量较少,但作用却是十分重要的。


  目前,在聚氨酯工业中普遍使用的表面活性剂是硅烷类共聚物,其主要结构为聚硅氧烷-聚氧化烯烃醚嵌段共聚物:


聚氧化烯烃醚嵌段共聚物.png


  R和R’为烷基,x、y、z为整数。在该类前段共聚物结构中,聚硅氧烷是疏水基团。主链为重复的—Si—O—结构,在硅原子上带有两个极性很小、疏水性很强的甲基,它能有效降低原料各组分的内聚力和组分之间的范德华力,从而使整个体系的表面张力下降。结构中的聚氧化烯烃醚为亲水性基团,通常它是由氧化丙烯和氧化乙烯按一定比例开环聚合而成的无规共聚物。它们具备优越的乳化能力,能使原料各组分获得良好的乳化,形成均相反应体系。这种特殊结构的表面活性剂共聚物,既能增加原料体系的相容性,更容易形成均相乳化的相体系。同时,能提供良好的表面张力和界面定向条件,有利于泡沫结构更加精细、均匀和稳定。


  根据原料品种、配比和主链上硅、氧、碳原子连接形式,通常将聚硅氧烷表面活性剂分为硅-氧-碳型(水解型)和硅-碳型(非水解型)两种。


  硅-氧-碳型表面活性剂是早期普遍使用的表面活性剂。原料易得,生产工艺成熟,泡沫稳定效果好。但该类表面活性剂在与酸性或碱性物质接触时易产生水解:


表面活性剂产生水解.png


  然而,在聚氨酯原料组分中,却常常会因种种原因带有酸性或碱性物质,这样会在使用和贮存过程中引起该类表面活性剂水解,影响它们对泡沫乳化、稳定的作用,严重时会产生相分离现象,完全失去表面活性剂应有的作用。


  硅-碳型表面活性剂属非水解型产品,耐水解性能优越,在无氧的条件下,即使贮存2年以上,也不会出现变质的现象。它在分子结构上与水解型表面活性剂最大的区别,除主链原子连接方式有较大不同外,它在结构上具有较大的支链结构。典型的分子结构通式表示R,R'为烷基。


硅碳型表面活性剂分子结构.png


  从该类表面活性剂的结构上看,它是由带有极性很小的侧甲基的硅氧烷基团、聚氧化乙烯醚和氧化丙烯醚基团组成,前者表现出较强的疏水性,后二者表现出较强的亲水性,在合成时,调节、控制硅氧烷的分子量及其分布、活性氢含量;调节、控制聚氧化烯烃醚的分子量及其分布,氧化乙烯和氧化丙烯的配比及其端基类型和含量,可以制备一系列疏水和亲水效果平衡的,适宜各种操作条件和产品类型的表面活性剂。


  在表面活性剂中还有一类特殊的泡沫结构调节剂,也有称它为泡沫开孔剂等。众所周知,不同类型的泡沫体和不同用途的泡沫制品对泡沫体结构的要求也是不一样的,例如,普通软质泡沫体和半硬质泡沫体一般都要求泡孔结构要具有较高的开孔率,泡沫致密而均匀;对于某些用作过滤材料的泡沫体,则要求泡沫体具有比较粗大的泡孔结构和及高开孔率;对于隔热、保温用途的聚氨酯硬质泡沫材料,则要求具有较高的闭孔结构,以获得优良的绝热效果;但如用于建筑物吸声材料的泡沫板材,则要求泡沫体的泡孔结构粗大,并要求具备较高的吸声性能。实验表明:开孔性聚氨酯硬泡的吸声性能要比闭孔性泡沫的吸声性能大一倍左右,因此,在实际工作中,必须根据软、硬泡类型,使用要求,除对原料选择、配方和加工工艺做相应改变外,还必须对表面活性剂做相应的调整或更换。例如,在普通聚酯型聚氨酯泡沫体配方中,加入低浓度的聚甲基硅氧烷,可是使许多小泡崩塌形成类似天然海绵状、粗大泡孔结构的泡沫体。再如,在发泡配方中,也可以添加石蜡油、聚丁二烯、聚乙二醇等化学品作为聚氨酯泡沫的开孔剂,制备高开孔率的泡沫体。近年,作为聚氨酯开孔剂,大量使用了中、高分子量聚氧化烯烃类聚合物,利用分子含有一定比例的疏水基团,使它与聚醚多元醇不完全溶解。利用它含有一定比例的亲水基团所具有的亲和能力,在与普通表面活性剂配合使用中,当泡沫上升至最大时,能有效地降低泡膜强度,形成高的开孔效果。


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