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耐黄海绵深度研究添加时间:2016-8-17 15:07:46

聚氨酯软泡海绵的黄变,一直是一个长期困扰海绵生产厂家和多元醇生产厂家的问题。本文将结合多元醇与海绵生产上下游的特点,系统的分析海绵黄变的原因,并阐述相应的解决方案。

为了解决聚氨酯软泡海绵的黄变问题,不少海绵生产厂家,特别是一些高档海绵生产厂家,都试图通过添加抗氧剂,光稳定剂来改善海绵的抗黄变性能,但收效并不显著。


通常,从添加剂的角度分析,海绵的黄变包括以下四种:

 海绵发泡/加工过程中,由于高温引起的热氧老化黄变;
* 接触空气中的氮氧化物(NOx)引起的气熏变黄;
* 海绵引起的织物污染;
* 海绵接触紫外线而引起的黄变。

而这些黄变,往往和抗氧剂存在着直接的关系。换句话说,抗氧剂的存在,既有可能对以上某些黄变有着正面抑制作用,例如:海绵发泡/加工过程中高温引起的热氧老化黄变正是通过添加抗氧剂加以抑制的;但是,也可能起负面作用,而促进其他种类黄变的发生,例如:胺类抗氧剂在接触空气中的氮氧化物(NOx,主要来自汽车尾气),或紫外线,会促进海绵黄变;而抗氧剂BHT,则是织物污染的主要诱因。

通常,多元醇生产厂家会在多元醇中添加一定量的抗氧剂,其目的是为了保证下游发泡厂家,在使用多元醇发泡过程中的安全生产。目前,国内聚醚生产商主要使用的抗氧剂类型为BHT和胺类抗氧剂或酚噻氰的复配抗氧剂体系;而国际一些知名的聚醚生产商主要是选用一些大分子量的受阻酚类抗氧剂,与胺类抗氧剂,如汽巴的IRGANOX 1135(大分子量阻酚类抗氧剂),与IRGANOX? 5057(胺类抗氧剂)就属于这种体系。 而作为海绵市场厂家,在拿到一种多元醇时,除了考虑安全,成本与发泡性能外,很少去评价多元醇中的抗氧剂体系对海绵黄变的影响。而这常被大家忽略的因素,却隐藏着影响海绵黄变的重要原因。

通常在理想状态下,存在于多元醇中的抗氧剂,在海绵发泡过程中,能够发挥抑制由于发泡本身产生的高温对聚合物的老化降解,既保证了海绵发泡过程的安全生产,又有效防止了海绵发泡过程中的芯部黄变的问题。但是,随着海绵发泡完成,残留在海绵中的抗氧剂却容易引起许多海绵的黄变问题。例如上面提到的:胺类抗氧剂与BHT引起的黄变与引起的织物污染。

以下,我们将就这四类黄变,探讨抗氧剂的效能与影响:

1.评价海绵发泡/加工过程中,不同抗氧剂体系对于高温引起的热氧老化黄变抑制的功效。

动态加热法,试验条件如下:

首先,选用不同的抗氧剂,固定以下条件,进行样品海绵制备:

多元醇 100 ppt
TDI 80 61.1 ppt
5 ppt
1.1ppt
0.3ppt
辛酸锡 0.2 ppt
20 x 20 x 20 cm的箱子中进行发泡。

然后,将含不同抗氧剂海绵在一定的温度下加热30分钟,通过海绵的黄变程度,来表征抗氧剂的性能高低,以及抗烧芯能力。具体试验数据如下: 

blob.png

说明:图中有四组抗氧剂配方,IRGASTAB? PUR 68是一种不含BHT,不含胺类抗氧剂的复合型抗氧剂;IRGASTAB? PUR 67是一种不含BHT,含少量的胺类抗氧剂的复合型抗氧剂;BHT+5057是市场上较为常用的抗氧剂类型;而PUR55是由受阻酚类抗氧剂IRGANOX 1135与胺类抗氧剂IRGANOX 5057 按照2:1比例的复配型抗氧剂)。

在上图中:黄色指数(YI)越低,则意味着抗氧剂体系保护效能越好。从图中可以看出,IRGASTAB?PUR 68IRGASTAB?PUR 67的抗烧芯能力和抗烧芯黄变的能力要好过BHT+5057以及PUR55

2.在评价抗氧剂接触空气中的氮氧化物(NOx)引起的气熏变黄方面,我们进行的试验如下:

当软泡接触环境中的废气时,胺类抗氧剂确实会引起黄变

blob.png

从图中可以看出:含胺类抗氧剂的海绵,在接触氮氧化物后会迅速变黄,而酚噻氰接触氮氧化物后,则会变粉红。唯有IRGASTAB? PUR 68,颜色保持得最白。


3.在评价抗氧剂海绵引起的织物污染方面,我们进行的试验如下: 

blob.png

说明:我们用白色的棉布包覆不同抗氧剂配方的海绵,经过氮氧化物气熏处理后,测量棉布本身的颜色改变,Delta E越低,则气熏变黄程度越低。从图中可以看出,BHT是沾染纺织面料的罪魁祸首!而这种类型的黄变,却是一种长期困扰胸罩,垫肩海绵发泡厂家的问题。而IRGASTAB? PUR 68由于不含BHT,在气熏变黄方面,表现非常出色。

4.在评价抗氧剂海绵接触紫外线而引起的黄变方面,我们进行的试验如下:

氙灯老化试验 (黑板温度 63 °C, 无喷淋

blob.png

说明:在上图中,由于配方BHT5057,与PUR 55均含有相同浓度的胺类抗氧剂5057,所有其对应的海绵在紫外线照射后黄变迅速;而IRGASTAB? PUR 68由于不含胺类抗氧剂,接触紫外线后的抗黄变性能,仍非常出色。

blob.png

在上图中,PUR68B83配合使用,表现非常出色。

另外,PUR 68B 83其在锐步照射试验的表现也同样出众:

CF-05紫外光变色(参照方法:ASTM D 1148

ASTM D 1148测试条件下(12小时光接触),使用不含BHT与胺类抗氧剂,只含PUR 68的聚醚,加上光稳定剂B 83的软泡海绵,应能达到锐步运动鞋所要求的AATCC第四级。

综上所述,我们推荐的海绵抗黄变解决方案是:

1) 选用不含BHT,不含胺类抗氧剂的高性能的聚醚,推荐选用含汽巴革命性的新产品―IRGASTAB? PUR 68 的聚醚产品发泡;
2)如果想进一步提高耐黄变效能,需要在发泡过程中:

* 添加1.0 - 3.0 % IRGASTAB? PUR 68 (无胺配方), 提高海绵的抗热压黄变的能力。
* 同时,添加1.5 - 3.0 % TINUVIN? B 83 (光稳定配方),提高海绵热压成型后,抗UV黄变的能力。

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