1.前言
眾所周知，聚氨酯慢回彈泡沫也被稱之為記憶泡沫、粘彈泡沫，其獨特之處是可以順應承載物的形狀，使得接觸面積大化、應力梯度小化，受力集中點能夠得到緩解，局部沒有擠壓和刺痛感。因此，慢回彈塊狀泡沫被廣泛用作床墊、坐墊等，有利于人體的血液循環，是一種高舒適性的保健泡沫。
理論上聚氨酯泡沫的回彈性與其相分離程度和玻璃化溫度有關，通過選擇原料把泡沫的玻璃化溫度調整到使用溫度，同時降低泡沫的相分離程度，即可得到慢回彈泡沫。通常的工藝路線是把低羥值軟泡聚醚和較高羥值的聚醚混合使用，提高泡沫的交聯密度，從而既提高了泡沫的玻璃化溫度，又降低了相分離程度。如CN1606580、CN1572186、CN1229803都是基于這一理論[1-3]。
傳統的慢回彈聚氨酯塊泡都是用TDI制備，近些年，由于人們對環保的逐漸重視，越來越關注MDI，不止在模塑領域，更希望在塊泡領域嘗試MDI工藝[4-10]。本文介紹了一種改性MDI，商品牌號為wannate8107，用于制備慢回彈塊泡。
之所以采用MDI預聚技術，其原因在于：MDI基泡沫自由發泡密度較TDI基高，為了維持相同的發泡密度，MDI體系需要較高的水量。但隨著體系中水量增加，脲基/氨基甲酸酯比例增高，易使脲相從聚醚軟段微區分離出來，導致泡沫不穩定，并導致泡沫手感偏僵和較差的老化性能。采用預聚體技術制備MDI基慢回彈泡沫，即使用高分子量、多羥基化合物與MDI反應形成預聚物，可以實現對發泡過程中相分離過程的控制，從而達到改善泡沫終性能的目的。尤其在制備低密度泡沫時，MDI預聚體技術則顯得更為重要。其次，對MDI的預聚改性也可明顯改善MDI組分的貯存性能。
2 MDI的主要化學特性
制備慢回彈塊泡的TDI 通常為2, 4 體占80%(質量分數，下同)，2, 6 體占20%，常溫下為無色或微黃色透明液體，有強烈的刺激性氣味，在10℃以下出現結晶，是劇毒危險品，對運輸有嚴格要求。本實驗采用的MDI可以在0℃下儲存, 室溫下呈液態。MDI 無刺激氣味，25℃時蒸氣壓約為1.33×10-3 Pa，為TDI的1/2700，揮發性較小，對人體毒性相對較小，是非危險品，對運輸無特殊要求，在生產、發泡過程中無污染產生，有利于工業安全保護，深受生產、施工人員歡迎。從分子結構上看，MDI 與TDI 分子結構相似，均含有-NCO 和苯環結構。實驗結果表明, MDI 與TDI有以下幾點差異：
2.1.反應活性差異
TDI體系中，TDI以2,4-TDI為主，由于空間位阻，當4位異氰酸酯基團優先反應后，2位基團反應活性大大降低；而MDI體系中，主要以結構對稱的4,4-MDI為主，空間位阻較小，因此反應活性相對較高，從而導致MDI體系泡沫具有熟化速度快、脫粘時間短的優點，可減少催化劑的比例，在一定程度上降低了泡沫的霧化性能，同時又提高了生產效率。
2.2發泡倍率差異
由于MDI中NCO%含量低于TDI，相同水量情況下，MDI體系自由發泡密度要高于TDI體系。圖1比較了相同水量下，TDI與MDI體系的自由發泡密度差別。為了保證相同的發泡倍率，MDI體系需要更高的水量，而水量提高將明顯影響泡沫回彈性等基本物性。因此，MDI體系慢回彈泡沫研制，尤其是低密度化，對配方的技術水平較TDI體系提出了更高的要求。
圖1 TDI與MDI體系自由發泡密度與水量關系
2.3 硬度差異
與TDI相比，MDI有兩個苯環，內聚能較高，制備的泡沫硬度較高，可以降低異氰酸酯指數，一方面可以彌補密度對成本的影響，另一方面減輕了聚醚體系中小分子有機物對泡沫霧化性能的影響。
MDI基慢回彈泡沫另一突出的優點：泡沫硬度隨異氰酸酯指數影響比較明顯，圖2 顯示了隨著異氰酸酯指數的變化，TDI與MDI體系不同的硬度變化趨勢。
圖2 TDI與MDI體系硬度隨指數變化曲線
3.實驗部分
3.1 主要原料
軟泡聚醚：羥值56mg(KOH)/g；慢回彈聚醚：羥值240 mg(KOH)/g；胺類催化劑；錫類催化劑；有機硅勻泡劑；開孔劑；純水；北京科聚 改性MDI wannate8107，NCO含量約31-32%
3.2 主要設備
電子萬能材料試驗機，Zwick Z005，德國Zwich儀器公司；水平燃燒儀，SPF-01，南京江定縣方山儀器設備廠；DMA(動態熱機械儀)，Q800，美國TA儀器公司；光學顯微鏡，S8APO，北京博潤明光科貿有限責任公司。
3.3 測試方法
表1 泡沫測試內容及引用標準
物 性
單 位
測試標準
密度
kg/m3
ISO 845
40% CLD
kPa
ISO 3386
拉伸強度
kPa
ISO 1798
撕裂強度
N/cm
ISO 8067
斷裂伸長率
%
ISO 1798
75%壓縮變形（干）
%
ISO 1856
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