长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司，吉林 长春

收稿日期：2020年10月28日；录用日期：2020年11月11日；发布日期：2020年11月18日

摘要

汽车座椅软泡在工艺生产中一般都是在低温模具内(60℃左右)进行泡沫的发泡工艺，但是在常温状态下不能生产熟化良好的泡沫。本文研究了在常温状态下市面上几种常用的催化剂对泡沫熟化的催化效率，以期找到一个能在常温下表现良好的催化剂，进行泡沫的生产。

关键词

聚氨酯泡沫，常温，催化效率

Study on the Catalytic Activity of Different Catalysts on Polyurethane Foam at Room Temperature

Zhe Chen, Zhifeng Li, Changzhu Zhang, Chunsheng Zhang

Changchun Faway Adient Automotive Systems CO., Ltd., Changchun Jilin

Received: Oct. 28^th, 2020; accepted: Nov. 11^th, 2020; published: Nov. 18^th, 2020

ABSTRACT

In the process of production of car seat soft foam, the foaming process is generally carried out in a low-temperature mold (about 60˚C), but it cannot produce well-matured foam at room temperature. This paper studies the catalytic efficiency of several commonly used catalysts on the market for foam maturation at room temperature, in order to find a catalyst that can perform well at room temperature for foam production.

Keywords:Polyurethane Foam, Room Temperature, Catalytic Efficiency

Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

软质聚氨酯泡沫塑料(Flexible Polyurethane Foam，简称聚氨酯软泡)是指具有一定弹性的一类柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是用量最大的一种聚氨酯产品。产品主要有高回弹泡沫(HRF)、块状海绵、慢回弹泡沫、自结皮泡沫(ISF)和半硬质吸能泡沫等。聚氨酯软泡的泡孔结构多为开孔的。一般具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、交通工具座椅垫材、各种软性衬垫层压复合材料。工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热保温材料等。

之前在常温下熟化的聚氨酯材料大部分为水性聚氨酯或者聚氨酯涂料，并无有光聚氨酯泡沫的常温熟化文献。本文对市面上常见的几种催化剂在常温状态下对聚氨酯软泡凝胶催化的催化效率对比，及熟化后泡沫的表面状态进行研究，来确定适合在常温状态下使用的聚氨酯软泡的凝胶催化剂 [1]。

2. 实验部分

2.1. 泡沫发泡配方

在相同的泡沫配方体系中使用① 赢创CAT-29、② 赢创CAT-1、③ 东曹CAT-23、④ 赢创CAT-14四种不同的凝胶催化剂，在水含量2.8，其他助剂使用量保证相同的情况下，在指数为90，密度为55 kg/m³时进行发泡实验。具体配方如下表1：

表1. 实验配方

2.2. 检测项目

将聚醚及助剂混合好后，分别进行自由泡发泡实验，及方块泡发泡实验，记录自由泡起升曲线及拉丝时间(用一次性针筒沾取混合后的酸醚容易，观察何时会出现拉丝情况)。观察方块泡500 s熟化后熟化状态及表面情况。

表2. 实验设备

3. 结果与讨论

3.1. 原理分析

软质聚氨酯泡沫在生产过程中，在发泡上升阶段内主要发生一下4个基本的化学反应 [2]：

在软泡生产过程中，所有原料混合后，首先在叔胺的催化下发生(1)、(2)和(3)三个反应。当上述三步发泡反应进行到快要结束时才开始发生第四部反应，即多元醇与异氰酸酯基团的交联凝胶反应。催化剂用量虽少，但是能够缩短反应时间，促进固化，提高生产效率 [3] [4] [5]。

3.2. 不同催化剂对泡沫体系催化效果与时间的关系

表3是四种不同的催化剂在实验室中使用相同的配方进行发泡反应并观察的结果，从表中可以看出CAT-29的拉丝时间最短，仅为57 s，触摸表面后表面的熟化状态良好，在100 s时表面仅仅发粘，已经没有掉皮现象，也印证了这一结果。CAT-29的拉丝时间为80 s，触摸后表面状态在150 s时还有轻微的粘掉皮现象。CAT-23的拉丝时间为92 s，触摸后表面状态在150 s时还有轻微的粘掉皮现象。CAT-14的拉丝时间为100 s，触摸后表面状态在200 s时还有粘掉皮现象，催化效果最差。

表3. 发泡反应拉丝时间及触摸后表面状态

3.3. 不同催化剂的自由泡起升曲线

图1是四种催化剂的起升曲线，图2是四种催化剂的起升曲线中的各种数据。可以看到CAT-1的起升

图1. 四种催化剂的起升曲线

图2. 四种催化剂的起升曲线

时间(max.height at)最短，达到最高高度用时79.3 s。CAT-29起升时间(max.height at)稍长，达到最高高度用时105.2 s。CAT-23起升时间(max.height at)第三，达到最高高度用时205.2 s。CAT-14起升时间(max.height at)最长，达到最高高度用时275.1 s。起升曲线与拉丝时间结果相符。但四种催化剂最高高度相似。

3.4. 不同催化剂方块泡表面质量

如图3所示，CAT-1虽然催化效果最好，但是熟化后泡沫的表面状态差，表面存在较严重的褶皱以及泡孔偏大的情况。CAT-29表面状态最佳，基本无异常。CAT-14虽然催化效果稍差，但是表面状态良好。CAT-23表面存在细微的褶皱。

图3. 四种催化剂泡沫的表面状态

4. 结论

本文研究了常温下几种催化剂的催化效果及表面泡沫质量。可见在常温下，赢创CAT-29催化效果最佳，拉丝时间及表面状态均表现不错。赢创CAT-1虽然拉丝时间较短，但是熟化后泡沫表面状态较差。赢创CAT-14拉丝时间长，但是熟化后泡沫表面状态良好。东曹CAT-23拉丝时间长，而且熟化后泡沫表面存在细微的褶皱。

文章引用

陈 哲,李志峰,张昌柱,张春生. 不同催化剂在常温下对聚氨酯泡沫的催化活性研究
Study on the Catalytic Activity of Different Catalysts on Polyurethane Foam at Room Temperature[J]. 材料科学, 2020, 10(11): 817-876. https://doi.org/10.12677/MS.2020.1011105

参考文献