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聚氨酯气泡的核晶过程

发布时间:2017-06-12

泡沫发成初期,气泡先在液体内形成。即气体(二氧化碳、空气、氮气等)和汽化的发泡剂,先溶解于液相中达到饱和状态,再经过过饱和状态,最后形成气泡,并从液相中析出。泡沫这一形成过程称之为“核晶过程”,在第二相(如极细的固体或固体不规则的棱角表面)存在时,可加速核晶过程。这种促进气泡生成的第二相,叫做“成核剂”(蒸馏时我们在烧瓶中加入毛细管或沸石能使沸腾稳定,就是这个道理)。

在反应混合料中缺少成核剂时,由异氰酸酯和水反应生成的二氧化碳,形成气体的过饱和溶液,此时气体就从液体中浓度的降低,就不会有更多的自成核现象发生了。这时形成的气泡数量和最终泡沫气泡的大小就取决于外加成核剂作用。成核剂包括溶解在多元醇和异氰酸酯中的干燥空气、氮气或由异氰酸酯与贮藏内空气中的水分子反应产生的二氧化碳;还有液体如硅油、烃油等和碳黑、石粉及其它微粒填料等等。硅油加得越多,成核剂也就越多,生成的聚氨酯泡沫就越细,作用最明显的成核剂是干燥的空气或氮气。在软泡生产早期,有人曾经对预聚体和异氰酸酯进行脱气处理,结果无论添加多少硅油,也不能阻止泡沫最后崩塌,无成核剂时,生成的泡也太大太粗,以致不能稳定。因此,为了得到均匀细密气泡的制品,人们常向混合头内通入少量干燥空气,并通过高速搅拌,使其均匀分散。在成核剂存在条件下,气体可从较低浓度的过饱和溶液中析出形成气泡。温度对气泡形成影响也很大。当温度升高时,气体在液体中溶解度降低了,因而会有更多的气泡生成或使先前的气泡长大。

在乳白时间内,液体中溶解的气体,既可生成新气泡,又可扩散到已生成的气泡中而使之长大;同时,由于小气泡中气体压力要大于大气泡中的压力,因而小气泡中的气体也会渗透到大气泡中,而使小气泡消失。所以,人们可以聚氨酯泡沫生产中观察到下面的现象。

1,延长乳白时间,减慢反应速度,有利于大气泡的生长(聚氨酯泡沫孔较粗);

2,增加催化剂用量,减少乳白时间,就产生气泡数量多,气泡体职小的聚氨酯泡沫(泡孔较细);

3,降低表面张力会减少溶解于分散的气体之间的压差,这便减少了气体扩散速率和成核气泡损失的速度。有机硅表面活性剂可降低软泡聚醚表面张力的30%~40%,有利于气泡的生成和稳定。

综上所述,要控制气泡的大小,除使用有机硅表面活性剂外,还要考虑3个主要工艺因素:

1,调整搅拌速度,控制机械能输入及气体分散;

2,调整混合头压力,控制气体析出速度;

3,添加成核剂,增加成核中心。


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