全水发泡聚氨酯泡沫塑料综述
聚氨酯用水发泡剂材料

聚氨酯用水发泡剂材料聚氨酯用水发泡剂材料的应用和特点聚氨酯用水发泡剂材料是一种广泛应用于建筑、家具、航空航天等领域的发泡剂材料。
它通过与聚醚或聚酯等主聚合物反应,生成具有泡孔结构的聚氨酯发泡材料。
本文将主要介绍聚氨酯用水发泡剂材料的应用和特点。
首先,聚氨酯用水发泡剂材料在建筑领域中有着广泛的应用。
它可用于制造各种绝热材料,如保温板、屋顶、墙体等。
这些绝热材料具有良好的保温性能和隔音性能,能够有效地提高建筑物的能耗效率,并减少噪音污染。
此外,聚氨酯用水发泡剂材料还可以用于制造模具,如混凝土模具、造型模具等,具有优异的细腻程度和精度,能够满足不同建筑需求。
其次,聚氨酯用水发泡剂材料在家具制造行业中也有着重要的应用。
由于其良好的柔韧性和可塑性,聚氨酯发泡材料常用于制造沙发、床垫、椅子等家具。
这些家具具有舒适的弹性和质感,并且能够根据人体的曲线形状进行合理的支撑,提供更好的坐卧体验。
此外,聚氨酯发泡材料还具有防腐、耐磨等优良特性,能够延长家具的使用寿命。
聚氨酯用水发泡剂材料在航空航天领域中也被广泛应用。
由于其轻质化和高强度的特点,聚氨酯发泡材料常用于制造飞机座椅、头盔、隔音材料等,能够提供安全保护和舒适性。
此外,聚氨酯发泡材料对于各种化学物质和环境因素的耐受性也非常优秀,能够满足航空航天领域对材料性能的严格要求。
总的来说,聚氨酯用水发泡剂材料具有以下几个特点:首先,它具有优良的绝缘性能。
聚氨酯发泡材料可以有效地隔离热量和噪音,提供良好的保温和隔音效果。
其次,聚氨酯发泡材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。
它能够抵御各种化学物质和外界环境的侵蚀,保持久久如新。
另外,聚氨酯发泡材料具有良好的柔韧性和可塑性。
它能够根据需求进行自由塑型,制作出各种形状和尺寸的产品。
最后,聚氨酯发泡材料具有轻质化和高强度的特点。
它相对较轻,但可承受较高的压力和负载,能够提供安全性能和舒适性。
尽管聚氨酯用水发泡剂材料在各个领域具有广泛的应用和优秀的性能,但是在使用过程中需要注意合理配比和控制发泡时间等关键参数,以保证产品质量和性能。
全水发泡非卤阻燃聚氨酯硬质泡沫塑料的制备与性能

14 性 能测试 .
密度 测 定是 将 上 述 P R去 皮 , 出质 量 , 据 U 称 根
聚氨 酯 硬 质 泡 沫 ( U 塑料 是 一 种 性 能 优 越 P R) 的高 分子 合成 材料 , 既可作 为绝 热保 温 材料 , 可 它 又 作为结 构 承重材 料 , 泛应 用 于 建 筑 、 通 运 输 、 广 交 冰 箱 、 柜 、 油化 工 管 道 、 空 军 用 等 领 域 … 。但 是 冰 石 航 目前 在生 产 P R 时 , 数 发 泡 剂 采 用 的是 氯 氟 烃 U 多 类, 由此导 致对 环境 臭 氧层 的破 坏 已引 起 世 界 各 国
3 m × m, 5c 8c 自制 。
求 , 管添 加含 卤磷 酸酯 阻燃 剂 能 赋 予 其 满 意 的 阻 尽 燃 特性 , 有些 阻燃 剂会 向材 料 表 面 迁 移 导致 阻燃 但 性能 持久 性差 , 并且 阻燃 材 料 在 燃 烧 时 释 放 大 量 有 毒 、 有腐 蚀性 的 卤化 氢气体 造成 环境 污染 。因此 , 具 臭 氧消耗 潜 值 ( D O P值 )为零 的发 泡 技 术 和非 卤阻 燃技 术将 成为 阻燃 性 P R塑料 的研 究 方 向『3。 U 2 ] .
维普资讯
聚
・
氨
酯
工
业
20 0 7年 第 2 2卷 第 1 期
2 7. 00 Vo1 2 .1 . 2 No
2 ・ 4
P0LYURETH ANE NDUSTRY I
全 水 发 泡 非 卤 阻燃 聚 氨 酯 硬 质 泡 沫 塑 料 的 制 备 与 性 能
P R一 定 的阻燃 性 , 泡 沫压 缩强度 都 有所 下 降 , 中以 改性 ME U 但 其 L制备 的全 水发 泡非 卤阻燃 P R U 的压 缩 强度 下降 最 少。在 改性 ME L与 A P以质 量 比 为 15复 配且 质 量 分数 为 1 . % 时 , 得 全 P : 07 所
全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究本科毕设论文

高分子材料与工程毕业论文专业:高分子材料与工程题目:全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究摘要采用多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和阻燃剂等为原料制备了全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫(PURF),讨论了聚醚多元醇种类、催化剂、发泡剂、异氰酸酯指数以及阻燃剂对聚氨酯硬质泡沫性能的影响。
结果表明,聚酯多元醇能够改善泡孔结构,但降低压缩强度和尺寸稳定性;不同催化剂复配,可以控制发泡工艺;水发泡剂与泡沫的密度、泡孔结构、力学性能有关;异氰酸酯指数在1.1~1.2时,泡沫的压缩强度、尺寸稳定性等较好;三(2-氯异丙基) 磷酸酯(TCPP)可赋予聚氨酯硬质泡沫一定的阻燃性,但对泡体结构、压缩强度和尺寸稳定性有影响。
关键词:聚氨酯硬质泡沫,全水发泡,阻燃性能ABSTRAC TThe water-blown rigid polyurethane flame-retardant foam(PURF) was prepared by polyol, isocyanate , catalyst ,blowing agents and flame retardants as raw materials,in this pape. The types of polyrther polyols, catalysts, blowing agents,isocyanate index and fire retardant on the PURF performance were investgated.The results show that the polyester polyol can improve the cell structure, but reduce the compression strength and dimensional stability; different catalyst compound, can control the foaming process; water foaming agent and foam density, cell structure, the mechanical properties; isocyanate index of 1.1 to 1.2, the foam compression strength, good dimensional stability, etc.; Tris-(2-chloroisopropyl)phosphate phosphate (TCPP) flame retardant may be given to PURF certain, but on the bubble structure, compressive strength dimensional stability, and impact.Keywords:Rigid Polyurethane Foam,Water-blown, Flame retardant目录摘要 (II)ABSTRACT (III)第一章前言 (1)1.1 聚氨酯概况 (1)1.1.1聚氨酯简介及其应用 (1)1.2 聚氨酯的发展现状及趋势 (2)1.3硬质聚氨酯泡沫塑料 (2)1.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点 (2)1.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备 (3)1.3.3聚氨酯硬泡的应用 (3)1.4硬泡全水发泡技术 (4)1.5全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究 (5)第二章实验部分 (6)2.1 实验仪器及药品 (6)2.2 基本化学反应及泡沫形成原理 (7)2.3硬泡合成过程及样品的制备 (7)2.4抗压强度 (8)2.5表观密度(GB/T 6343-1995) (8)2.6吸水率的测定 (9)第三章结果与讨论 (10)3.1 配方影响因素 (10)3.1.1多元醇的选择及用量对泡沫性能的影响 (10)3.1.2异氰酸酯指数的确定 (12)3.1.3水的量对聚氨酯泡沫性能的影响 (13)3.1.4聚氨酯硬泡的阻燃性能 (15)结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)第一章前言1.1 聚氨酯概况1.1.1聚氨酯简介及其应用聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。
全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料

全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料聚氨脂泡沫塑料是一种轻质且有隔热性能的材料,其广泛应用于建筑、交通、家具及包装等领域。
全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料是其中一种制备方式,其制备过程利用水作为发泡剂而不使用环境污染的氯氟烃。
本文将详细介绍全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料的制备原理、工艺条件及应用前景。
一、制备原理聚氨脂泡沫塑料的制备过程中,使用的发泡剂会产生气泡进一步形成泡沫结构,使材料具有轻质化的性能。
常见的发泡剂包括氯氟烃等有机气体,但这些发泡剂存在环境污染及破坏臭氧层的问题。
全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料则不使用氯氟烃,而是利用水作为发泡剂。
制备过程中,首先将聚合物、交联剂及催化剂混合均匀,并加入少量的润滑剂和色粉。
然后将水加入混合物中,在搅拌下促使水分解产生氢氧化物,同时将混合物中CO2的溶解度降低,使其析出进一步加快发泡过程。
最后将混合物注入模具中,通过热量作用进一步加速泡沫塑料的形成。
二、工艺条件全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料的制备过程需要掌握一定的工艺条件。
首先是选择适当的聚合物、交联剂和催化剂。
聚合物必须兼顾物理、力学及化学性质,交联剂要能提供足够的挤压强度和维持泡孔平稳,而催化剂则需要能够控制反应速率和产物性质。
其次是控制发泡条件,包括水质、含水量、装料速度、注料量、热管温度等参数。
水质不能有细菌,杂质和过量的氢离子,含水量应不超过6.5%。
装料速度和注料量需要根据模具大小和所需产品密度适当调整,热管温度一般在100 ℃左右。
三、应用前景全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料具有许多优点,包括低密度、良好的隔热性能、优秀的抗压性和耐用性等。
这种材料可以替代传统的泡沫材料在建筑、交通、包装等行业中进行广泛应用。
例如在建筑中用于屋顶保温,可以减少能源消耗;在交通中用于制备轻量化的汽车组件,可以减少燃料消耗;在包装中用于代替塑料袋,可以减少环境污染等。
总之,全水发泡体系的聚氨脂泡沫塑料具有广阔的应用前景和环保优势,在未来将成为制备轻量化、高性能、环保的重要材料。
全水发泡产品比较与评价

中国区域内具有代表性的全水发泡产品比较与评价罗振扬魏永祥宋聪梅童俊(江苏省化工研究所江苏南京210024)摘要:针对中国区域内具有代表性的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料产品的性能进行了介绍和比较,评价其性能对于建筑物保温、管道保温、夹心板材、汽车内饰件等应用领域的适应性。
关键词:聚氨酯;硬质泡沫塑料;全水发泡1 前言全水发泡技术,实质是以水和异氰酸酯反应生成的二氧化碳作发泡剂,其ODP值为0,是取代CFCs 的最佳候选者之一。
但是,全水发泡硬质聚氨酯泡沫技术存在一些潜在的技术缺陷,如果不能够被有效地克服,将会限制全水泡沫的推广和应用。
目前,在中国区域内,全水发泡技术研究正在兴起,但是大规模的应用尚处于起步阶段。
目前,南京红宝丽股份有限公司、航天科技集团公司五一○研究所、山东东大化学工业集团公司、江苏省化工研究所等具有一定生产、开发能力的企业、研究机构已经或正在从事全水发泡聚氨酯技术技术研究;而金陵拜耳聚氨酯有限公司、亨斯迈聚氨酯(中国)有限公司、Dow 化学中国有限公司、巴斯夫展宇聚氨酯(中国)有限公司等外资背景公司以及南京红宝丽股份有限公司、江苏省化工研究所等少数国内企业已经能够提供较全面的系列全水发泡聚氨酯组合料产品。
2 全水发泡产品比较与评价我们按照上述全水发泡聚氨酯产品的应用领域分类,进行比较与评价。
2.1 应用于集中供热管道保温的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料由于聚氨酯硬泡具有优异的绝热性能、成型简便,同内外层的强粘接力,使其与外套管和内芯管形成强度大、重量轻、坚固耐用的结构,此种预制绝热管主要用于石油运输、液化石油气输送、地区集中供暖和热水供应、空调冷却系统和冷却水输送及化学品输送。
表1为在国内市场上的几种集中供热管道保温用全水发泡聚氨酯硬泡的实测性能。
表1 几种集中供热管道保温用全水发泡聚氨酯硬泡的性能检测项目(单位)指标值Bayer公司BaythermTPPU22HK84CPP3Huntsman公司ME44204HY产品HB产品I II III I II III I I密度/kg·m-3≥60 86 81.7 77.9 67.3 66.8 73.5 51.8 72.9压缩强度/kPa ≥300 550 670 616 563 562 408 272 520剪切强度/kPa ―460 ――366 ――265 ―吸水率/% ≤10 6.1 5.9 4.9 3.0 5.17 8.86 2.6 7.1导热系数/W·(m·K)-1≤0.033 0.030 0.033 0.033 0.0285 0.033 0.033 0.027 0.033闭孔率/% ≥88 94 93.2 93.8 96.9 93.8 93.8 97 93.8 注:“指标值”为标准CJ/T114 -2000“高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管”的技术指标;I为实验室制样,II为天津市管道工程集团保温管厂产品抽样,III为北京豪特耐集中供热系统有限公司产品抽样。
聚氨酯全水发泡技术

聚氨酯全水发泡技术硬泡全水发泡技术。
水发泡的原理是水与多异氰酸酯反应生成CO2,C02留在泡孔中作为泡沫塑料的发泡剂。
该体系ODP值为零,无毒、环保、工艺简便、对设备无特殊要求、成本低,是CFC-11替代的一条重要路线。
全水发泡的PU硬泡可用于非绝热用途,如高密度结构泡沫塑料(仿木材)、包装材料、填充材料等,以及少数绝热要求不高的绝热材料如喷涂绝热硬泡、金属饰面夹心板材;用于管道保温、建筑材料;汽车内饰材料、水加热器保温层等。
在常规发泡体系中,物理发泡剂具有溶剂稀释效应;能大幅降低泡沫物料的粘度,有利于各组分的混合,可采用高粘度聚醚多元醇。
而全水发泡体系没有物理发泡剂加入,须采用较低粘度且能与水、助剂良好混溶的聚醚多元醇。
在制备低密度硬泡时,由于用水量较大,造成泡沫脆,强度、尺寸稳定性、绝热性能差,且消耗较多的多异氰酸酯。
泡沫塑料的导热系数高是全水发泡技术的主要缺点。
25℃时C02的热导率高达16.3mW/m.K,较CFC-11及其它替代物高。
C02气体分子小,易穿过聚氨酯硬泡的泡孔壁而逸出,造成泡孔内压降低,空气慢慢渗入泡孔。
而空气的热导率是27mWm•K。
因此,全水发泡聚氨酯硬泡的绝热性能不佳,不能用于对绝热性能要求高的场合。
如欲得到相同的隔热效果,CO2发泡体系的泡沫体厚度须提高30%以上。
另外,C02从泡沫孔向外扩散的速度比空气进入泡沫孔的速度快1.0倍,为防止发泡收缩,聚氨酯的密度也必须提高,成本也因此大幅提高。
但经配方改良,可使硬泡密度适当降低。
全水技术近年来得到了长足发展,Bayer公司的一种全水发泡冷冻集装箱用硬泡体系模塑泡沫密度为65kg/m3,压缩强度为350kPa、粘接强度为0.65MPa,泡沫导热系数为25mW/m•K;Dow欧洲公司利用特殊聚醚多元醇,全水发泡生产具有金属饰面的泡沫夹层板;Huntsman聚氨酯公司开发的一种全水发泡管道保温聚氮酯泡沫塑料组合聚醚Daltofoam44204的指标为:压缩强度≥260kPa,闭孔率90%-92%,导热系数约27mW/m•K,吸水率约1.516,高温(120℃、48h)尺寸变化率1.0%,低温(-30℃、48h)尺寸变化率≤0.2%。
全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料的研制

存放 2 周后
0. 33 1300 10. 40 10 27 好 ,泡孔细
组合聚醚稳定与否 ,不仅影响泡沫塑料的生产 ,
·3 4 · 聚氨酯工业 第 17 卷
也将影响泡沫塑料的性能 。按 JDPU303 喷涂型聚氨 酯硬泡组合料配方配制组合聚醚 ,并将组合聚醚组 分在 50 ℃水浴中进行老化实验 ,测试初时和放置 2 周后组合聚醚的酸值 、粘度 、pH 值 ,如表 2 所示 。
4 结束语
’95 国际会议论文集. 1995. 41~44 2 李绍雄 ,刘益军. 聚氨酯树脂及其应用. 北京 : 化学工业出版社 ,
本工作研制的聚醚 PE600 系列已通过扩试 ,以 该聚醚为主体聚醚开发的全水发泡组合聚醚具有良 好的流动性和贮存稳定性 ;成型时固化速度快 ,粘接 力强 ;以此制备的硬质聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性 好 ,导热系数低 ,可广泛应用于建筑物 、汽车 、管道的 防水 、保温及防腐[5] 。
供热管道保温用的全水发泡聚氨酯泡沫

!6%
催化剂的选择 传统的催化剂有二甲基环己胺、 三亚乙基二胺、
二甲基乙醇胺等, 它们的活性较高, 而且主要促进发 泡反应, 发泡体系容易生成聚脲, 使泡沫较脆, 特别 是泡沫的表面极为酥脆, 影响泡沫与管道的粘结性。 因此选择了一种温和的催化剂, 它在低温活性较弱, 当反应料液温度升高时, 凝胶反应明显地加强, 改善 了泡沫脆性; 另外, 可通过加入适量的三聚型催化 剂, 使异氰酸酯能进行自身反应, 形成异氰脲酸酯杂
表#
外观 羟值 + ,-./% ・ -01 水分 + 3 粘度 (*$) ) ・ + ,45 6
注: 标准值参照石油行业标准 => + ?(’1$@;2 《 埋地钢质管道硬质 聚氨酯泡沫塑料防腐保温层技术标准》 ; 吸水率为 *!) 水中浸泡 ;2 A 后测定, 耐温性在泡沫样品在 1!() 烘箱中放置 ;2 A 后测定。
表%
泡沫稳定剂 G!"(+# ?7,+"* I,**" 稳定剂 1
其羟值为 *," ) 98. 为催化剂合成了聚醚 .!+’,, 粘 度 为 *""" ) +""" 4<=? ( 。 & #,$ ) *:" 4;98. % ;, 它的结构中含有苯环, 官能度为 # 6 ,。当选择合适 的催化剂时, 发泡整个反应过程就会平稳延长, 所制 的泡沫压缩强度较高, 因而具有较好的尺寸稳定性。 在全水发泡体系中, 传统的配方体系所制的泡 沫, 吸水率较大, 一般大于 ,> 。本实验通过加入一 万 方数据 种低粘度的聚醚多元醇 /0’,", 较明显地提高了泡
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全水发泡聚氨酯泡沫塑料综述朱吕民(南京四寰合成材料研究所江苏南京210013)摘要:首先对CFC替代技术的现状进行了简要的介绍,从全水发泡软质聚氨酯泡沫塑料(包括负压发泡技术、强制冷却技术和液态CO2发泡技术)、全水发泡聚氨酯自结皮泡沫、高水量低密度高回弹聚氨酯泡沫塑料和全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料这几个方面详细论述了全水发泡的工艺特点,并列举了几个实例。
关键词:全水发泡;聚氨酯;泡沫塑料;CFC替代1 前言聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯合成材料中占主要地位的大品种。
2002年全球聚氨酯产量为860万吨;国内聚氨酯合成材料总计100多万吨,其中泡沫塑料占50%左右,以2000年统计,软质泡沫塑料约26万吨占泡沫塑料的60%,硬质泡沫塑料约18万吨占泡沫总量的40%。
所以说,聚氨酯泡沫塑料是消耗CFC 和HCFC系列发泡剂的大户。
众所周知,CFC系列产品对大气臭氧层具破坏作用,形成温室效应,使全球气温回暖、皮肤癌患者增多,所以保护人类赖以生存的臭氧层已刻不容缓。
1991年我国参与了国际蒙特利尔公约,限制及禁止使用CFC-11成为我国一项政策性措施。
计划到2005年,CFC-11消费减少50%,2008年削减85%,2010年实现CFC-11零消费。
2001年12月我国又获蒙特利尔多边基金赠款,作为泡沫行业ODS整体淘汰计划的费用,确保2010年以前全面淘汰CFC。
这是一个利好消息,将促进我国PU工业的发展,并能达到与国外先进水平接轨。
PUF用CFC-11的替代品或发泡体系新技术的开发,已成为当今世界聚氨酯工业界进行技术创新的主潮流。
归纳起来有如下几个开发研究领域:1)HFC系列化学品的开发研究可用于PU泡沫塑料发泡剂的HFC产品物性见表1。
其中被人们看好的是HFC-245fa(1,1,1,3,5-五氟丙烷),HFC-365mfc(1,1,1,3,3-五氟丁烷)及HFC-356(1,1,1,4,4,4-六氟丁烷)三个品种。
表1 可用于PU泡沫塑料发泡剂的HFC产品物性HFC-152a HFC-134a HFC-365mfc HFC-245fa HFC-356分子式CH3CHF3 CH2FCF3 CH3CF2CH2CF3 CF3CH2CHF CF3(CH2)2CF3相对分子质量66.05 102.0 148 134 166沸点/℃-24.7 -26.5 40.2 15.2 24.620℃蒸汽压/Pa 5.15 5.72 0.47 1.24 84.1λ(25℃) /mW·(m·K)-114.3 13.7 10.6 12.2 9.5(20℃)爆炸极限(V/V)/% 3.8~21.8 无 3.5~9 无无GWP(CO2=1) 140 1300 840 820 530 大气层中寿命 1.5年14天10.8年7.4年154天HFC化合物的ODP值为零,GWP值比CFC-11的小得多,且不燃、低毒,在PUF中有较低的气体扩散速度,确保了聚氨酯泡沫塑料的导热系数λ值耐老化性好。
但是其成本高,目前靠进口,业界人士难以接受。
2)聚醚、聚酯多元醇新品的开发研究聚氨酯泡沫塑料的性能,很大程度上取决于聚醚或聚酯多元醇的结构,它是确保废除CFC-11之关键。
发泡体系中合适的多元醇可使混合体系具有良好流动性以及与其它助剂的互溶性,泡孔微细结构,泡沫尺寸稳定性优良。
CFC替代体系聚醚多元醇的开发趋势是合成具芳烃结构、粘度小、与水和HFC互溶性好的品种。
3)新型有机硅表面活性剂及特殊催化剂的开发研究有机硅表面活性剂(泡沫稳定剂,俗称“硅油”)及催化剂等助剂,用量虽少,只有聚醚多元醇用量的1%左右,但其起到非常大的作用,可改善发泡料的流动性,增加软泡开孔度、降低硬泡的导热系数,应引起重视。
目前国内家电行业,由于实力雄厚,采取一步到位,实施设备改造,加强防爆、防火措施,直接采用戊烷系列的发泡剂,但是戊烷类发泡剂的特殊性,对于中小企业难以实施,戊烷类发泡剂也不能应用现场施工,如冷库、管道、车辆等喷涂保温,工艺有一定的局限性。
HCFC-141b是一种过渡性替代品,寿命不长;HFC系列品种国内没有,且价格太贵。
为此,作者主张大力开发研究全水发泡体系聚氨酯泡沫塑料,以适应满足我国中小企业及各种发泡现场施工的需要。
2 全水发泡软质聚氨酯泡沫塑料软质聚氨酯块状泡沫塑料有二类产品:一种是小企业生产的所谓“箱式”发泡的块状PU软泡,简称“箱泡”,以间歇法方式生产;另一种是连续机械发泡生产的块状泡沫。
对于中、高密度PU软泡,因用水量少,泡沫中心温度不会超过170℃,不会造成泡沫燃烧及火灾问题。
对于低密度块状PU海绵即泡沫密度低于18 kg/m3以下的泡沫,通常水用量超过4.5份(每100份多元醇),TDI用量超过55份,在此情况下,泡沫的散热问题就非常突出,由于泡沫内部的热量不易散发,在发泡过程中温度自动升温超过180℃,会引起泡沫自燃,导致火灾危险。
国内外解决办法有三个,即负压发泡技术、强制冷却技术和液态CO2发泡技术。
2.1 负压发泡技术通常,泡沫发泡过程中,泡孔要承受大气压、泡沫自身重量和发泡时的气体膨胀力这三种压力。
泡沫中的泡孔受到的压力分布示意图见图1。
图1 泡孔B受压力分布图1中,P1为大气压力,P2为泡孔内部气体膨胀而使泡孔受到的向外膨胀压力,G为此泡孔上方的泡沫体重量。
在P≥P1+G+P2下,泡沫才能上升。
在负压下,P1是一个变量,P2是受P1影响的变量。
根据我们实验:一旦在发泡时泡沫料所受的外部压力减少30%(即低于大气压力30%),泡沫塑料的密度可以降低15%~20%;当泡沫外界压力减少50%时,泡沫密度能降低25%~30%。
一般,在0.1 MPa (1 atm)下,用水量在4.3份(每100份聚醚多元醇)情况下,可制得密度为24 kg/m3左右的块泡;当外界压力降为0.05 MPa时,同样4.3份水可制得密度为16 kg/m3的块泡。
值得注意的是,必须适当调整泡沫的上升及凝固时间,即延长上升时间、缓迟凝固时间,以保证泡沫在负压下有充分的发泡机会。
对于连续平顶块状海绵,“负压发泡”的设备投资大,中小企业难以承受,但对于“箱式发泡”,其投资成本不会太大。
建议:建一个圆筒型真空房,形似“真空干燥箱”,再添一台抽气量大的真空泵,以保证在30 s内达到所需的真空度。
2.2 强制冷却技术本技术的特点是保证软质泡沫塑料体的中心温度不超过170℃,避免自燃及火灾的发生。
强制冷却的目的是在采用高含水量条件下生产出低密度海绵时,保证泡沫体内部温度不超过临界温度170℃。
图2为不同水量的PU软泡发泡过程中泡沫中心温度的变化情况。
图2 强制冷却系统对海绵中心温度之作用从图2看出,强制冷却可明显降低泡沫内部温度。
在操作上,这种方法是可行的。
只要控制好发泡时间不超过30 min,将大块泡沫移入强制冷却室,使泡沫继续熟化,即可达到目的。
该技术很适合国内大中小企业,投资改造费用少,上马快,但聚醚生产厂家一定要配合工作,研制出符合高水量低密度PU软泡专用品种。
意大利的Enichem研究中心开发出系列聚醚多元醇适用于高水量低密度PU柔软级、超软级、软级泡沫品牌,其商品名为Tercaflex 9912及PU POL 9917。
其柔软级PU软泡物性见表2。
表2 柔软级聚醚型聚氨酯软泡物性泡沫编号16S 18S 21S 25S 30S 40S配方(质量份)PU POL 9917 13 13 13 13 13 13Gledion FG 3505 ——87 87 87 87Tercaflex 9912 87 87 ————水 5.3 5.0 4.6 3.9 3.2 3.2TDI-80指数98 98 100 100 103 103续表2 柔软级聚醚型聚氨酯软泡物性泡沫编号16S 18S 21S 25S 30S 40S泡沫密度/kg·m-316.5 17.3 20.3 24.8 30.3 40.1拉伸强度/kPa 88 94 103 123 108 98断裂伸长率/% 271 288 316 320 303 28075%压缩永久变形/% 6.1 5.5 4.6 3.1 2.0 1.940%压痕硬度/N 65 81 82 85 95 9940%压缩应力/kPa 1.55 1.75 1.83 1.95 2.05 2.25落球回弹率/% 36 39 40 41 45 50空气渗透率/nL·min-1200 145 138 125 115 99作者认为:为了适用于强制冷却技术的高水量PU软泡体系,聚醚多元醇的相对分子质量必须超过3000,以消除因高水量所引起脲键增加而导致的泡沫回弹变差、伸长率降低、手感恶化的缺陷。
同时在聚醚结构中引入氧化乙烯链节(EO)的含量要高,以保证聚醚与大量水的互溶。
2.3 液态CO2发泡技术液态二氧化碳(LCD)发泡技术,早期由意大利康隆集团公司开发,称之为“CarDio”技术,一年之后,德国拜耳集团公司的亨内基机械公司也相继开发成功,称之为“NovaFlex”技术,该技术之所以引起业界兴趣,是因为CO2不仅有可替代软泡中的二氯甲烷(MC)及CFC-11等辅助发泡剂的功能,而且液态CO2的成本只有MC的四分之一,发泡效率却高3倍多。
国外,康隆公司和亨内基公司都已在“Maxfoam”发泡机组上进行适当的调整改造,生产出泡沫密度约为14 kg/m3的平顶连续泡沫(泡沫宽2.2m、高1.2m)和模塑泡沫等。
CarDio法泡沫比以往的Maxfoam泡沫有较柔软的手感、高度的开孔结构及良好的回弹性。
在软泡配方方面,高效率表面活性剂的选用,胺类催化剂与锡催化剂的优化组合,是生产商品级CO2发泡PU泡沫的保证。
通常,在液态CO2发泡技术中,锡催化剂的用量比MC发泡技术的少。
4份液态CO2相当于13份MC所起到的作用,而水量要适当增加一些,以保证泡沫的硬度。
生产不同密度的泡沫所用水量和液态CO2的用量关系见表3。
表3 生产不同密度的泡沫所用水量和液态CO2的用量关系泡沫密度kg/m3水(质量份)CO2(质量份)等效的MC(质量份)13.3 4.8 6.5 20.015.2 4.5 5.0 15.316.0 4.5 4.0 12.517.3 3.9 4.3 13.127.7 2.5 2.0 6.23 全水发泡聚氨酯自结皮泡沫自结皮泡沫又称整皮泡沫,它是广泛应用于汽车、家具等行业的整皮PU泡沫塑料,以往是利用CFC-11等低沸物的汽化温度的差异以及反应压力而形成表面微密层与内芯泡沫层的,一旦全部用水为发泡剂,难以制得厚层表皮。
然而,我们也可以利用聚氨酯成型过程中的二个特点制得厚皮制品:·采用特殊催化剂,使PU物料体系在接触模具的表面层在水发泡之前先形成微密厚层,内部再与水反应生成CO2成泡。