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包装用聚氨酯泡沫的条件要求_包装用聚氨酯超低密度泡沫品种

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发表时间:2018-06-22 13:12来源:聚氨酯制品手册

  包装用聚氨酯泡沫也即就是密度低于10kg/m3的超低密度聚氨酯泡沫。包装用的聚氨酯泡沫应满足以下条件:密度小、用料少、可很好地控制包装成本;有一定的机械强度,承受一定的压缩变形;冲击振动后回复性好;防霉防潮;使用方便,成型简单。


  聚氨酯包装泡沫广泛地应用在现场包装、出口包装、易碎物包装等领域。如工艺美术品、陶瓷器显、玻璃制品、光学仪器、医疗设备、精密仪器仪表以及军事器械等的包装等。


  包装用聚氨酯超低密度泡沫品种也较多,如:软泡、半硬泡、硬泡、阻燃型、抗静电型、导电型以及屏蔽型等。现场包装发泡过程如图1所示。


现场包装发泡过程.png

图1 现场包装发泡过程(注塑成型)


  图2所示现场包装具体步骤如下:


  在包装箱中先铺上塑料薄膜,注入适量发泡原料;


  将塑料薄膜折叠,覆盖在上升的泡沫上;


  将被包装物品放在泡沫上,再铺上一层塑料薄膜于被包物品之上;


  注入适量发泡原料,待其发泡结束;


  将塑料薄膜折叠覆盖上升的泡沫上,待发泡完成,盖好箱盖,即成产品。


  这种发泡成型,和一般发泡成型工艺一样,因发泡压力很低,采用普通木板即可生产。在聚氨酯包装泡沫出现以前,基本采用聚苯乙烯泡沫作软体包装。但聚苯乙烯成型工艺复杂,模具要求较高,不能现场发泡。对于一些极易破碎的物品(如玻璃仪器)聚苯乙烯泡沫性能也不能满足使用要求。聚苯乙烯泡沫受冲击和振动摩擦后易产生碎屑,对于精密仪器易造成污染。


  另外,因聚苯乙烯泡沫均系预制成型,模具、发泡设备费用较高,包装材料体积大,增加了库存与运输成本。


  与聚苯乙烯泡沫相比,聚氨酯泡沫有以下优势:操作简便,快速,可现场发泡成型;可以机械发泡,也可以手工发泡成型;发泡倍数高达100倍以上,重量轻,成本低;缓冲性能好,包装安全可靠;无需特制模具,对于批量多,数量少,形状不规则制品的包装特别好。


  聚氨酯包装泡沫的发泡设备,同普通聚氨酯泡沫的发泡剂差不多,结构较简单,如图2所示。


包装泡沫发泡设备.png

图2 包装泡沫发泡设备


  发泡机由原料桶、计量泵,控制盒、输料管和混合注射头等部件组成。与一般发泡设备相比,在几个方面作了简化:料罐由原料包装桶直接代替;计量泵可采用成本很低的,也可采用气压驱动、往复式计量泵,再利用管道将料加热,增压,在混合头喷射对撞混合。


  包装PU发泡机结构简单,重量轻、移动方便、占地面积小、造价低廉是其最大特点。


  包装材料是现场施工,就地包装,要求产品具缓冲,回复形变功能。在选择聚醚多元醇时,要考虑聚醚多元醇的高活性及回弹性好,分子量高的。在某些应用场合还得使开孔性高。承载负荷大的聚合物接枝聚醚多元醇。一般都是伯羟基含量超过60%。分子量在4800~6000的氧化乙烯/氧化丙烯共聚醚。


  异氰酸酯化合物方面,选择的品种是从安全卫生的角度出发。TDI由于气味重,对人体呼吸道有刺激,很少采用。目前大多数选用粗制MDI或PAPI类异氰酸酯。综合考虑利用TDI生产过程中蒸馏残渣,作二次改性后可制得聚合级TDI应用于包装工业,将会大幅度降低原料成本。


  发泡剂的选择:对超低密度,使用单一发泡剂是不可能的。如单用水为发泡剂,又消耗过多异氰酸酯,增加成本,并使产品过脆,难以应用。所以,一般都是采用两种发泡剂混合、配合使用。


  泡沫稳定剂方面要考虑两个因素:一是大量水存在下要使泡沫稳定、不被水解;二是泡孔的开孔率,既要泡沫稳定上升,又要制品开孔率大,否则会引起收缩。


  其他助剂根据产品牌号、用途,添加相应的防霉剂、阻燃剂、抗静电剂、颜料等。


  包装用超低密度聚氨酯泡沫配方举例:


超低密聚氨酯泡沫配方.png


  影响包装聚氨酯超低密度泡沫的合成、物性等因素较多,其中主要是原料组成结构、工艺条件以及组分贮存稳定性等。


  ①原料组成的影响聚醚是泡沫体的主要原料之一,它对聚醚组分料的互配性、均匀度、体系黏度以及生成泡沫的力学性能有重要影响。低分子量聚醚使泡沫体发酥。低活性高分子量聚醚同水的互溶性差,泡沫熟化速度慢,密度偏大。为此,必须采用高活性、高分子量聚醚多元醇,如氧化乙烯/氧化丙烯共聚醚,从而增加水溶性及反应活性。


  ②催化剂一般聚氨酯体系用的常规催化剂均可使用。但考虑聚醚发泡体系的特殊性以及大量水为泡剂等情况,常规用的辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡等锡类催化剂难以与水共存,所以不宜采用,大多采用叔胺类催化剂。其中三乙烯二胺、双-(二甲氨基乙基)醚等强碱性催化剂会导致泡沫体闭孔过高引起收缩,而且在组分贮存中活性明显下降,也不十分合适。一般都是采用中等活性的二甲基环己胺、二甲基乙醇胺以及二甲胺乙基、甲基羟乙基胺乙基醚等催化剂。对不同配方,催化剂品种和用量有较大变化。催化剂不仅对泡沫起发有明显影响,对泡孔结构也有影响。催化剂用量一般为聚醚用量的1%~3%。


  ③泡沫稳定剂原料体系中泡沫稳定剂的品种选择至关重要,它直接影响泡孔结构及开孔率。包装泡沫的压缩强度不大,只有10kPa,一旦泡孔的开孔率过低,即闭孔率过大,泡沫体会出现收缩现象,成为废品。当然,控制泡沫的开孔率,除表面活性剂的影响之外,还涉及催化反应过程中发泡速率与凝胶速率的平衡关系。一般,凝胶速率过快也会导致泡沫体闭孔。泡沫稳定剂还应是硅一碳结构的耐水解性良好的品种,因为大量水为发泡剂,加上长期贮藏的需要,不能使泡沫稳定剂失效。泡沫稳定剂用量一般为1%~2%。


  ④工艺条件的影响原料配比、环境温度和原料温度,以及操作条件均直接影响泡沫的物性。组分配比与温度对泡沫性能的影响关系见下表。


原料配比与温度对泡沫性能的影响.png


  从表中可以看出,随着异氰酸酯的用量增加,泡沫密度稍有下降,但泡沫的初时脆性增加。环境和原料温度提高时,发泡速率提高,泡沫密度下降,泡沫的初时脆性得到改善。所以,原料与环境温度对成型泡沫质量直接有影响。


  两种原料再施工过程中所采用的混合方式也直接影响发泡工艺参数与泡孔结构。混合效果好,两种原料解除均匀,所形成的泡沫泡孔均匀、泡沫密度也较低。三种混合结果如下:


原料混合方式效果对比.png


  物料黏度大小也影响包装泡沫用的成型质量,A、B两组分的黏度尽量接近,以利泡沫混合。为提高异氰酸酯组分的黏度,有时可将相应的填料经烘干处理,放入异氰酸酯组分之中。一方面提高黏度,另一方面可改善包装的物性。


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