聚氨酯泡沫材料发泡剂研究进展
山 东 化 工
收稿日期:2018-07-12
基金项目:校级项目(2016-DCX-X-01)
作者简介:殷锦捷(1956—),女,辽宁人,教授,主要从事高分子材料和有机化学方面的研究。聚氨酯泡沫材料发泡剂研究进展
殷锦捷,许 明,韩海杰
(银川能源学院,宁夏银川 750105)
摘要:聚氨酯发泡技术是当前聚氨酯工业领域中的研究热点,所使用的发泡剂与聚氨酯泡沫材料性能密切相关并且必须符合环保法规。因此,发泡剂的研究和选择成为人们关注的重点和热点。本文介绍了物理发泡剂和化学发泡剂以及进展和应用,对发泡剂的前景进行了展望。关键词:物理发泡剂;化学发泡剂;泡沫材料;应用中图分类号:TQ314.259 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2018)19-0060-02
BriefIntroductionofFoamingAgentforPolyurethaneFoam
YinJinjie,XuMing,HanHaijie
(YinchuanEnergyInstitute,Yinchuan 750105,China)
Abstract:Polyurethanefoamingtechnologyisaresearchhotspotinthepolyurethaneindustry.Thefoamingagentusedisclosely
relatedtothepropertiesofpolyurethanefoamsandmustcomplywithenvironmentalregulations.Therefore,theresearchand
selectionoffoamingagentshavebecomethefocusandfocusofpeople'sattention.Thisarticleintroducedthephysicalfoaming
agentandchemicalfoamingagentaswellastheprogressandapplication,andlookedforwardtotheprospectoffoamingagent.
Keywords:physicalfoamingagent;chemicalfoamingagent;foammaterial;application
聚氨酯泡沫材料(PUF)因其具有质量轻、绝热性能好和强
度高的优点,被广泛应用于绝热保温领域,例如:冰箱、冰柜、建
筑保温板、管道保温、物流冷链等领域。在制备PUF时需要使
用发泡剂,而PUF的性能很大程度上受发泡剂种类的选择的影响。面对温室效应和全球气候恶化的趋势越来越严重的情形
下,世界各国的科研人员不断努力去研发新型的环保型发泡
剂,把目前使用的含氯氟烃类的发泡剂替换为环保型的发泡剂
减少对环境的危害。中国聚氨酯工业协会(CPUIA)一项统计数据显示,2014年全球PUF需求量为570万t,2014~2020年期
间,需求量预计将以4.5%的复合年增长率上涨。聚氨酯(PU)
发泡剂作为PUF的重要生产原料之一,将会拥有巨大的市场需
求。未来几年,PU发泡剂的用量将达60万t[1]。
目前氟烃类的发泡剂占主要的市场,仍在大量使用,例如氟利昂等,对环境的破坏作用极大,比如:破坏大气臭氧层,加
剧温室效应,破坏人类的免疫系统等。另外,破坏臭氧层和温
室效应将导致生态平衡被打破,影响动植物的生长繁衍。由
《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》得知,在2030之前,世界各现有的各种含氯氟烃的化学物质将会被完全禁止使用。
聚氨酯(PU)的全球消耗量逐年增长,被称为世界六大合成材料
之一,全球消费量2016年达到2100万t,预计2018年将达到
2860万t(泡沫体系及非泡沫体系产品各占一半),中国的消费
量约占40%,位居全球的PU生产和消费国榜首[2]。氢氟碳化
物被证实为强效温室气体,其全球变暖潜能值比CO2高数千
倍。位居温室气体增长速率榜首,其排放量惊人,以每年10%
的速率增加[3]。
PUF发泡剂的分类,根据发泡原理不同,可以分为物理发泡剂和化学发泡剂。
1 物理发泡剂
物理发泡剂大多是一些低沸点的小分子液体化合物,其发
泡原理比较简单,是依赖多元醇(醚)与多异氰酸酯反应放热使
发泡剂汽化,产生泡孔,达到发泡的目的。其代表物是氯氟烃类(CFCs),如三氯一氟甲烷(CFC-11)等,它们是PUF理想的
发泡剂。然而,CFCs发泡剂对臭氧层的破坏作用极大,根据
《蒙特利尔议定书》的规定,需要禁止使用。但是市场上卖的物
理发泡剂产能不足,并且价格较贵,相对于传统的发泡剂来讲,
很难实现大规模推广使用[4]。
1.1 物理发泡剂的研究进展
由于含氟氯烃类的化合物发泡剂具有生产工艺成熟、价格
低廉等优势在全世界范围内被广泛的作为PUF的发泡剂使用,
欧美许多公司先后推出了第四代含氯氟烃类的物理发泡剂。
第一代氟利昂系列早已被禁止使用。第二代氟氯烃类物理发
泡剂HCFC-141b(一氟二氯乙烷)目前普遍在中国使用,其对
环境的破坏作用很大,尤其是在破坏大气臭氧层方面更大,即
将被淘汰[5]。第三代氟氯烃类物理发泡剂HFC-245fa(五氟
丙烷)和HFC-365mfc(五氟丁烷)目前普遍在发达国家使用,
但是这些发泡剂的温室效应潜能值(GWP)较高,破坏臭氧层的
作用极大。最近几年,美国的两家公司霍尼韦尔公司和杜邦公
司正在大力推广应用他们研发的第四代物理发泡剂LBA(三氟
氯丙烯)[4]和FEA-1100(六氟丁烯)[6],虽然这两种产品的性
能比较好,只是唯一不足的是虽然臭氧层破坏潜能值(ODP)为
零,但GWP较高。第四代物理发泡剂仍然是氯氟烃类物质,这
就带来了一些问题,在生产这些发泡剂时就难以避免发生氟化
和氯代反应,随之而来的是会产生氯氟烃副产物、废酸、废盐等
一些无机废物。制备工艺的繁琐以及需要后续处理大量副产
物,就会使生产成本增高,进而导致产品价格偏高。我们承认,
第四代物理发泡剂对环境的破坏作用减少了很多,但应用效果
欠佳,价格偏高,致使其市场推广变得困难也就不言而喻了。
1.2 物理发泡剂应用
1.2.1 烷烃类发泡剂的应用
低沸点的烷烃类(例如环戊烷、异戊烷或己烷)在少数的情
形下,可以作为PU发泡剂。但是烷烃类属于易燃易爆化学品,·06·SHANDONGCHEMICALINDUSTRY 2018年第47卷 第19期
贮存、运输和使用都有严格要求,导致了它们的应用受到很大
的限制[7]。欧洲的一些国家建立标准化PUF生产线,其发泡剂
采用的是环戊烷,但是对他们的生产安全要求非常苛刻,对操
作工人的熟练程度、操作技巧都有很高的要求,还要求泡沫材
料生产厂家加大对保险的投入力度,以最大限度的降低安全生
产方面的风险。在我国的冰箱生产中用到了采用环戊烷发泡
剂生产的冰箱,企业已掌握了相对成熟的发泡技术[8]。
1.2.2 临界CO2的应用
超临界态CO2发泡技术在聚烯烃类泡沫材料的生产中已
广泛应用,但是在PU发泡工艺中的应用相对较少[9]。其中,在
上世纪九十年代,日本就研发了将超临界CO2作为发泡剂的
PU发泡技术。但是面临一些困境,因为CO2在常温下以气体
的形式存在,而超临界CO2必须在高压低温环境中贮存。当被
作为发泡剂投入使用时,必须使用经过特殊设计的高压混合设
备和输送管道,而且,高压操作比较复杂,对工艺的控制比较困
难,这就使得发泡操作人员具备很高的专业技能。到目前为
止,还没见大规模的PU发泡生产线的报道[10],就全世界范围
内而言,也未曾报道过真正成功实现超临界态CO2发泡工艺大
规模工业化的应用。一般而言,物理发泡剂在发泡过程中以液
体形式存在于发泡原料中,通过受热(反应热或加热)蒸发或气
化来达到发泡的目的。在发泡过程中物理发泡剂仅仅发生了
形态的变化,即相变化。
2 化学发泡剂
化学发泡剂的发泡原理是发泡剂与-NCO基团发生化学
反应,生成的小分子气体(如CO2等)被封存在泡沫体系中,形
成泡孔。水被称为最常用的化学发泡剂,因其无污染、成本低、
发泡效果好、发泡工艺简单等优点,得到了广泛的推广应用。
但美中不足的是全水发泡体系也存如下一些缺点:在组合聚醚
黏度大、泡沫尺寸稳定性差、导热系数偏高等。任强等[11]以甲
酸作为发泡剂,使其与过量的叔胺催化剂反应生成盐,在刚开
始反应时,生成的盐的催化活性显示不出来,当物料流动并充
满整个模具时,伴随着反应的不断进行就会放出大量的热,生
成的盐分解释放出叔胺,催化活性显著,使发泡反应高速进行。
此种方法能够克服泡沫产生空穴或孔洞,对泡沫的导热系数有
很好的降低作用。辽宁盘锦达龙高分子材料厂最近几年推出
了一种利用生物基因技术生产的PU-88发泡剂[12],对组合配
料中的助剂用量有很好的作用,能够使助剂用量减至原来的1/
10,发泡剂用量减至传统发泡剂用量的1/20。但是,其推广应
用还需时日。
2.1 化学发泡剂研究进展
近年来,全球气候变化异常,环境越来越差,使得各国对环
境的保护越来越重视。这就带来了一些问题,比如:寻求环保
型的PUF化学发泡剂。
早期德国拜尔公司研制了脂肪族氨基醇和CO2反应来制
备氨基甲酸盐作为PU发泡剂,但是并没有得到大规模的推广
应用。随后德国拜尔公司又研发了以大量乙二醇作为溶剂的
氨基甲酸有机醇胺盐作为PU发泡剂的用途[13]。这种发泡剂
对水敏感,束缚CO2的能力较弱,导致了发泡效率低。此外,含
有活性氢的乙二醇的大量存在会严重干扰发泡过程,导致它难
以实现工业的推广使用。国内一些高校针对PU发泡剂也进行
了研究。比如:常州大学研究的是可用于环氧树脂,但不适合
用于PU发泡的烷基氨基甲酸铵盐或烷基碳酸铵发泡剂[14]。
四川大学研究的是用于制备PUF的一种高分子质量、含有氨基
甲酸(-NCOO-)的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂[15],发泡效果
不错,但其制备过程复杂,并存在一系列排放问题,相对分子质
量太高,较难在聚醚体系溶解,发泡效率低,实现工业化应用
较难。2.2 化学发泡剂的应用
山东理工大学最近研发的无氯氟的PU化学发泡剂。其制
备原理是:让碳酸铵与环氧化合物在少量水的存在下发生反
应,将无机物“碳酸铵”转化成有机物“碳酸有机醇胺盐”,得到
了全新的小分子型有机化学发泡剂-碳酸醇胺盐,此种发泡剂
与聚醚多元醇或聚酯多元醇的相溶性较好[16]。该有机化学发
泡剂主要具有以下优点:安全、环保、发泡效率高、所生产的泡
沫材料尺寸稳定、所生产的泡沫材料中泡孔大均匀、绝热效果
好、所生产的泡沫材料在低温下或在较高温度下绝热性能
优异。
3 聚氨酯发泡剂使用现状及发展趋势
聚氨酯发泡剂经历了从第一代发泡剂到第四代发泡剂不
断的创新和改善,在环保、安全和经济等方面得到了许多改善
和发展,但是也存在许多不足之处,如:环戊烷。虽然是环保无
污染、价格低廉的发泡剂,但是存在易燃易爆、对设备要求高等
缺点;用水作为化学发泡剂,虽然经济易得,但须消耗较多的异
氰酸酯并且制得的硬质聚氨酯泡沫材料的导热系数差等缺点。
所以,研发综合性能好的发泡剂已成为不争的事实。并且纵观
全球发泡剂市场格局,发泡剂市场一直被欧美控制,80年来,欧
美先后开发出了四代发泡剂,都是物理发泡剂,垄断着全球市
场,掌握着行业的话语权。第一到第四代发泡剂虽然环保性能
越来越好,但其生产过程以及产品本身都脱离不了氯氟元素,
聚氨酯/异氰酸酯改性氧化石墨烯泡沫材料的制备及其性能研究
聚氨酯/异氰酸酯改性氧化石墨烯泡沫材料的制备及其性能研究
谢毓;杜中杰;邹威;王洪;张晨
【摘 要】将氧化石墨烯引入聚氨酯基体,以水为发泡剂,制备了聚氨酯复合泡沫材料.首先将H urnmers法制备的氧化石墨烯与异佛尔酮二异氰酸酯反应,得到表面带有异氰酸酯基团的改性氧化石墨烯(IPDI/GO);然后分别将未改性的和异氰酸酯改性的氧化石墨烯加入到聚氨酯中,以水为发泡剂,制备了聚氨酯/氧化石墨烯泡沫材料,研究了氧化石墨烯的引入对聚氨酯泡沫材料的泡孔结构、导热性能及力学性能的影响.结果表明,当体系中加入IPDI/GO后,随着其含量的增加,会产生少量大孔径泡孔;聚氨酯泡沫材料的玻璃化转变温度明显提高;但其对热导率的影响并不显著;压缩模量在其添加量为0.5%时达到最大值.%In this work,graphene oxide (GO) was first
prepared by the Hummers method and then was surface-modified with
isophorone diisocyanate to obtain the isocyanate-modified GO.The
polyurethane-matrix composite foams were prepared by incorporation of
the isocyanate-modified GO.Effect of the isocyanate-modified GO on
porous structure,thermal conductivity and mechanical properties of the
composite foam were investigated.The composite foams achieved the
maximum compressive strength and compressive modulus with the
聚氨酯发泡原理
聚氨酯发泡原理
聚氨酯发泡是一种常见的发泡材料,广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。它具有轻质、隔热、隔音等优良性能,因此备受青睐。那么,聚氨酯发泡的原理是什么呢?接下来,我们将深入探讨聚氨酯发泡的原理。
首先,我们需要了解聚氨酯的基本组成。聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇经过化学反应制得的高分子化合物。在发泡过程中,聚氨酯的基本组成是异氰酸酯、多元醇和发泡剂。
在发泡过程中,异氰酸酯和多元醇首先发生聚合反应,形成聚氨酯预聚体。在这个过程中,需要添加催化剂来促进反应的进行。随后,发泡剂被引入到聚氨酯预聚体中,通过化学反应产生气体,从而使聚氨酯发生膨胀,形成泡沫结构。
聚氨酯发泡的原理可以简单概括为化学反应产生气体,使聚氨酯发生膨胀。具体来说,发泡剂在反应过程中分解,释放出气体,气体扩散到聚氨酯预聚体中,使其膨胀形成泡沫结构。泡沫结构的形成使得聚氨酯具有了轻质、隔热、隔音等性能。
聚氨酯发泡的原理不仅仅是简单的化学反应,还涉及到物理过程。在发泡过程中,需要控制好温度、压力等参数,以确保反应的进行和泡沫结构的形成。此外,不同的发泡剂、催化剂等也会对发泡效果产生影响,需要根据具体的应用需求进行选择。
总的来说,聚氨酯发泡的原理是通过化学反应产生气体,使聚氨酯发生膨胀形成泡沫结构。这种原理使得聚氨酯具有了轻质、隔热、隔音等优良性能,广泛应用于各个领域。在实际应用中,需要根据具体的要求选择合适的发泡剂、催化剂等,控制好发泡过程中的参数,以获得理想的发泡效果。
通过对聚氨酯发泡原理的深入了解,我们可以更好地应用和改进这一材料,为各个领域的发展提供更好的支持和保障。希望本文能够对聚氨酯发泡原理有所帮助,谢谢阅读!
白炭黑浆料在客车车身聚氨酯全水喷涂泡沫中的应用
生产与应用白炭黑浆料在客车车身聚氨酯全水喷涂泡沫中的应用李宁 董火成 孙嘉鹏 赵修文 申少伟(黎明化工研究设计院有限责任公司国家反应注射成型工程技术研究中心 河南洛阳471000)摘 要:研究了自制的白炭黑浆料的添加量对喷涂聚氨酯泡沫体系聚醚组分黏度、相容性、喷涂施工过程及泡沫材料收缩、内部缺陷、附着面积和吸声性能的影响ꎮ结果表明:在聚醚组分中添加白炭黑浆料质量分数0.26%时ꎬ聚醚组分静置存放40d无分层现象ꎻ喷涂施工过程混合料液雾化效果好ꎬ无滴落现象ꎬ喷枪口处残留物料少ꎻ泡沫材料可紧贴铝板框ꎬ无收缩ꎻ泡沫材料破坏后在铝板框上的附着面积高达95%ꎬ泡沫体内部无缺陷ꎮ所制备喷涂泡沫材料的阻燃、隔热和降噪性能较优ꎮ关键词:白炭黑浆料ꎻ聚氨酯ꎻ全水发泡ꎻ客车车身ꎻ喷涂泡沫中图分类号:TQ328.3 文献标识码:A 文章编号:1005-1902(2022)03-0026-04doi:10.3969/j.issn.1005-1902.2022.03.007 在客车生产中ꎬ为达到稳固车身、降低噪音和隔热保温目的ꎬ车辆侧板、门板、顶棚内需填充聚氨酯泡沫材料[1]ꎮ目前国内在车身使用的泡沫材料工艺主要有传统粘贴泡沫片材(贴“棉”)和全水喷涂两种ꎮ全水喷涂泡沫较传统贴“棉”优点突出:(1)采用全水发泡ꎬ全球变暖潜能值极低ꎬ符合环保要求[2]ꎻ(2)泡沫密度小(8~10kg/m3)ꎬ轻质节能ꎻ(3)具有较高的开孔率ꎬ吸声效果好ꎻ(4)生产效率高ꎮ基于以上诸多优点ꎬ其已成为新一代车身保温、填充的高端材料[3]ꎮ然而ꎬ由于全水喷涂泡沫配方中水发泡剂需过量ꎬ但水在聚醚多元醇中溶解度较差ꎬ导致在应用过程中聚醚组分易分层ꎬ在喷涂施工过程中易出现料液流挂现象ꎮ聚醚组分因存在水分子的氢键作用ꎬ导致水以微滴的形式存在于体系中ꎬ无法以分子形式分散到发泡组合物中ꎬ发泡过程中易局部过度反应和发泡ꎬ造成泡孔的分布和尺寸不均匀[4]ꎬ出现内部缺陷ꎮ本研究通过添加自制白炭黑浆料ꎬ可有效改善以上问题ꎮ1 实验部分1.1 主要原料和设备聚合MDI(牌号Suprasec5005)ꎬ美国Huntsman公司ꎻ聚醚三醇EP ̄3600(羟值26~30mgKOH/g)、DV125(羟值440~460mgKOH/g)ꎬ山东蓝星东大化工有限责任公司ꎻ聚合物多元醇CHP ̄H45(羟值19~23mgKOH/g)ꎬ江苏长华化学科技股份有限公司ꎻ阻燃剂TCPP、TCEPꎬ浙江淳安助剂厂ꎻ催化剂PT306、PT308、A ̄1ꎬ常州市瑞澳添加剂有限公司ꎻ有机硅匀泡剂L6900、L6863ꎬ迈图公司ꎻ硅烷偶联剂KH ̄560ꎬ道康宁化学有限公司ꎻ白炭黑ꎬ广州吉必盛科技实业有限公司ꎮ以上均为工业级ꎮ去离子水ꎬ自制ꎮSF型智能分散砂磨机ꎬ深圳精达仪器厂ꎻDF20/35型双组分喷涂机ꎬ北京东盛富田有限公司ꎻ101A ̄3型电热鼓风恒温干燥箱ꎬ上海市崇明实验仪器厂ꎻAWA6290T吸声测量系统ꎬ杭州爱华仪器有限公司ꎻ用于模拟客车车身喷涂生产线的600mm×400mm×2mm铝板2块、500mm×300mm×30mm铝框2个ꎬ自制ꎮ1.2 聚醚组分的制备将50.0g白炭黑和100mL偶联剂KH ̄560分散于1000g的去离子水中ꎬ2600r/min高速搅拌40minꎬ得到白炭黑浆料ꎮ聚醚组分配方见表1ꎮ根据表1配方称取相应的聚醚三醇、聚合物多元醇、阻燃剂、催化剂和匀泡剂ꎬ放入开口容器中ꎮ62聚氨酯工业POLYURETHANEINDUSTRY 2022年第37卷第3期2022.Vol.37No.3在25~40℃下搅拌30min后ꎬ边搅拌边添加自制白炭黑浆料和去离子水ꎬ添加完后25~40℃再搅拌60minꎬ得到聚醚组分ꎮ其中ꎬ根据白炭黑浆料的添加量(质量分数)0、0.13%、0.26%、0.39%、0.52%标记为1#~5#的5组样品ꎮ表1 聚醚组分配方原料牌号质量分数/%聚醚EP ̄360036.5聚醚DV ̄1257.9聚合物多元醇CHP ̄H4510.4阻燃剂TCPP13.5阻燃剂TCEP7.8催化剂PT3060.8催化剂PT3081.0催化剂A ̄10.5匀泡剂L69000.1匀泡剂L68630.1白炭黑浆料和去离子水21.4 1.3 喷涂聚氨酯泡沫的制备以聚合MDI作为异氰酸酯组分ꎬ使用DF20/35型喷涂机制备喷涂泡沫ꎮ工艺参数如下:聚醚组分和异氰酸酯组分料温均为55℃ꎬ压力均为7.6MPaꎻ两个组分体积比1∶1ꎮ基材为自制铝板和铝框ꎬ模拟客车涂装生产线进行喷涂发泡ꎮ1.4 分析与测试聚醚组分黏度按GB/T12008.7—2010进行测定ꎮ聚醚组分相容性测试方法:称取聚醚组分800~900g装入1L广口瓶中ꎬ静置40d后观察料液的分层情况ꎮ喷涂施工过程评价方法:铝板、铝框悬挂高处或竖立放置ꎬ模拟客车涂装线用喷枪进行喷涂ꎮ观察喷枪口料液的雾化效果及枪口的残存物料ꎬ记录起发时间ꎬ观察起发过程有无滴落流挂现象ꎮ泡沫收缩、内部缺陷的评价方法:混合料液喷涂在自制铝板和铝框上ꎬ发泡完成ꎬ常温放置30min后ꎬ观察泡沫与铝框立面之间有无脱离ꎬ如有脱离但缝隙宽度≤0.6mmꎬ判定泡沫无收缩ꎻ将泡沫体破坏ꎬ如果发现其内部存在体积≥40cm3的孔洞即计为有一处内部缺陷ꎮ材料从铝板和铝框剥离后ꎬ采用百格法测试材料的附着面积ꎮ吸声系数按GB/T18696.2—2002中的第2部分传递函数法进行测试ꎬ试样直径100mmꎬ厚度30mmꎬ频率范围50~6300Hzꎮ泡沫材料密度按GB/T1033—2008进行测定ꎻ氧指数按GB/T2406.2—2009进行测定ꎻ水平燃烧按GB8410—2006进行测定ꎻ导热系数按GB/T10294—2008进行测定ꎮ2 结果与讨论2.1 白炭黑浆料添加量对聚醚组分黏度的影响白炭黑具有增稠触变性ꎬ对液体介质的黏度影响较大ꎬ表2为不同配方体系下聚醚组分的黏度ꎮ表2 白炭黑浆料添加量对聚醚组分黏度的影响样品编号1#2#3#4#5#黏度/(mPas)580860134023003620 由表2可知ꎬ随着白炭黑浆料添加量的增加ꎬ聚醚组分的黏度明显增加ꎬ这是因为白炭黑聚集体可通过表面羟基间的氢键连接在一起ꎬ形成三维的二氧化硅网络ꎬ料液被包裹在二氧化硅网络结构中ꎬ这种结构能提高体系的中低剪切黏度ꎮ2.2 白炭黑浆料添加量对聚醚组分相容性的影响聚醚组分中的高水量易引起油水分离ꎬ整个体系相容性差ꎬ在存储过程中易分层ꎬ影响施工ꎮ图1为不同白炭黑浆料添加量下聚醚组分静置40d后的分层情况ꎮ
化学发泡与物理发泡聚合物泡沫的制备与性质研究
化学发泡与物理发泡聚合物泡沫的制备与性质研究
聚合物泡沫在现代工业生产中扮演着重要的角色。聚合物泡沫可用于防水、隔音、缓冲等多种应用场合,它具有轻质、隔热、吸震、耐用等一系列优良的性能。其中,化学发泡聚合物泡沫和物理发泡聚合物泡沫是两种主要的制备方式。本文将会分别讨论这两种泡沫的制备和性质的研究。
一、化学发泡聚合物泡沫的制备
化学发泡聚合物泡沫是利用化学方法来制备泡沫的一种方法。目前应用较为广泛的是以聚氨酯为基础材料的泡沫,其制备过程主要分为三步:
首先,聚氨酯材料需要经过异氰酸酯水解反应,形成异氰酸酯、醇和CO2三种物质。水解反应的条件多为室温下,而加入催化剂和各种稳定剂,则可控制反应的速度和过程。
接着,通过添加发泡剂,可以使CO2在混合物中产生,并推动泡沫分离开来。此时,混合物中凝固、流动力学性状等因素,都会对泡沫成型产生不同的影响。
最后,通过成型模具,使泡沫在适当的时间内实现成型。所选用的模具材质和方法,也影响着最终泡沫的成型效果。化学发泡制备泡沫的缺陷是环境污染问题严重,因此,对于该产品的制造,需要特别注意环境和健康问题。
二、化学发泡聚合物泡沫的性质
化学发泡聚合物泡沫的主要优点是它的密度可控,而且机械性能、耐久性、耐磨性等特性优良。同时,对于不同的应用场合和材质,可以实现泡孔结构的控制。由于聚氨酯泡沫具有优良的绝缘性能,因此在保温材料行业应用广泛。
三、物理发泡聚合物泡沫的制备 物理发泡聚合物泡沫是一种利用物理方法制备泡沫的技术,它与化学发泡技术不同,这种技术并不需要利用化学反应来产生气体。物理发泡技术主要分为两种方式:
第一种是空气发泡,即在聚合物浆料中通过气体流动,使聚合物浆料与大量气体分布均匀,从而产生泡孔。根据气体流动的方式和加速度,可以控制泡孔的尺寸和形状。
另一种是液体发泡,利用低沸点的容易挥发的液体,如丙酮,将聚合物浆料膨胀到受限空间内,从而形成泡沫。该技术的显著优点是无催化剂,可降低环境等污染物的排放。
汽车座椅用慢回弹聚氨酯泡沫体的制备及其性能研究
129 科学管理2021年第1期
慢回弹泡沫体又称黏弹性海绵、记忆海绵等,
是指泡沫受外力变形作用下并不立刻恢复原状,而
是缓慢的恢复,且无残留变形的软质泡沫[1]。随着
经济社会发展,慢回弹聚氨酯泡沫体在家居、按摩
器材、鞋材等多个领域应用越来越广泛[2]。慢回弹
泡沫塑料的原理主要是牵制效应,即它在回弹过程
中能牵制回弹,使回弹变得缓慢[3]。目前一般认为
这是由聚氨酯体系的相分离程度以及其特殊的玻璃
化转变温度所致[4]。
本文拟从发泡剂、催化剂、稳定剂等影响因素
进行比选以提高慢回弹聚氨酯泡沫体的性能,从而
改善汽车座椅的舒适性和耐用性。
1 实验部分
1.1 聚氨酯泡沫体的制备工艺将55%的自制慢回弹聚醚多元醇A、35%的聚
醚多元醇EP-330N,10%的聚合物多元醇POP3628
混合作为聚醚多元醇组合料。其中聚醚多元醇A
(羟值240mgKOH/g,f=3),聚醚多元醇EP330N
(羟值33-37mgKOH/g,f=3),POP3628(羟值25-
29mgKOH/g,f=3),
聚氨酯泡沫体的制备工艺如下:发泡温度
22℃±2℃、将聚醚多元醇组合料、水、硅油、开
孔剂、催化剂混合搅拌均匀,静置片刻,再加入
T-9,搅拌均匀,静置后加入异氰酸酯进行发泡,
得到慢回弹聚氨酯泡沫体。
2 结果与讨论
2.1 TDI对聚氨酯泡沫体的影响
本实验分别取异氰酸酯指数为0.80,0.85,0.90,
0.95,1.00,1.05进行6组对比实验,其他条件不变。
通过上述实验结果:TDI指数增大,撕裂强度变
小,拉伸强度变小,断裂伸长率变小。TDI指数过
高,则会形成大孔和闭孔,熟化时间过长,还会引
起泡沫烧芯;TDI指数过低,则易产生裂纹,回弹
性差,强度差,压缩永久变形较大。因此以下实验取异氰酸酯指数为0.90。
2.2 发泡剂用量对聚氨酯泡沫体的影响
分别取水为2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5进行6
组实验,其他条件不变。
通过上述实验发现:增加配方中水用量将会提汽车座椅用慢回弹聚氨酯泡沫体的制备及其性能研究
发泡剂对聚氨酯硬泡保温塑料低温尺寸稳定性的研究
第39卷第5期 2010年5月 化工技术与开发 Technology&Development of Chemical Industry VO1.39 No.5 Mav.2010
发泡剂对聚氨酯硬泡保温塑料低温尺寸稳定性的研究
金雪华 ,司朗诵 ,朱旭 ,赵亚娟
(1.温州大学化学与材料工程学院,浙江温州325000;2.浙江凯思电池有限公司,浙江遂昌323300)
摘要:} CF℃一141b与水复合制备了复合发泡剂,并对其在低温情况下对聚氨酯硬泡塑料的尺寸稳定性进行 的研究,结果表明:当HCFC一141b与水的复合发泡剂制备的聚氨酯硬质泡沫塑料可以用于冰箱保温,密度与尺寸
稳定性能满足冰箱在低温下的要求。 关键词:聚氨酯硬泡;复配发泡剂;稳定性 中图分类号:TQ 314.259 文献标识码:A 文章编号:1671—9905(2010)05—0013—03
发泡剂在聚氨酯硬质泡沫塑料中是不可缺少的
成分之一,最早使用的发泡剂是CFC11(三氯一氟
甲烷),因其化学性质稳定,不燃,低毒,沸点适宜,与
聚氨酯原料相容性好,无腐蚀,价格低,发泡工艺简
单等特点,在聚氨酯泡沫塑料生产中得到广泛应用。
然而科学家发现CFC11破坏臭氧层,导致地球表面
的紫外线明显增加,给人类健康和生态环境带来危
害。另外CFC11还能产生温室效应,缓慢地使地球
变暖,具有较高的GWP(地球温暖潜质,或称地球温
室效应值),所以发泡剂CFC11势必被禁止使用。
1987年,一些国家签订了“蒙特利尔协定书”,对
CFC等ODP值(臭氧消耗潜值)较高的化学物质的
使用进行严格限制,发泡剂的替代物开发成为研究
的热点。
在硬质聚氨酯泡沫塑料中,可取代CFC11的发
泡剂主要有碳氢类、HFC一245fa、HCFC一141b等。
碳氢类发泡剂的价格不是很高,环保,ODP=0,
GWP=25,然而它需要对原有的发泡设备和生产环
境进行防爆技术改造,一次性投入很大。另外碳氢
聚氨酯阻燃的研究进展
们生产和生活的各个领域和方面,根据聚氨酯阻燃材
料的应用领域的不同,大致把其分为发泡材料,涂 料,胶黏剂几个方面,下面就近几年这些方面的研究
进展一一进行介绍。
2.1聚氨酯阻燃发泡材料的研究进展
聚氮酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能,如具 有极佳的弹性、柔软性、伸长率、压缩强度,以及优
息的化学稳定性和耐磨性,是聚氮酯合成材料的主要 品种,总产量约占聚氮酯材料的60 ‘¨,它还有优
良的加工性、绝热性、粘合性等性能,是一种性能优 良的缓冲材料,被广泛应用于多个领域。但是同时因 为其表观结构上具有多孔,且密度较低,使得它在空
气中极易燃烧,且燃烧时产生大量的有毒气体和烟尘
会严重威胁人体健康和环境。因此,对聚氨酯发泡材 料的改性就显得尤为重要。聚氨酯发泡材料按其硬度
分为软质和硬质两类,下面分别进行概述。 2.1.1聚氨酯软泡阻燃的研究进展 李秉海¨ 等先以TDI、MDI ̄IJ高回弹聚醚多元
醇为主要原料,以水为发泡剂,再使用两种无卤阻燃
剂——间苯二酚双(二苯基磷酸酯)齐聚物(RDP)
和膨胀石墨来阻燃高回弹聚氨酯软泡,通过氧指数测 试表明就单独使用而言,RDP阻燃高回弹聚氨酯软泡
较有效,且与聚氨酯原料相容性较好,而石墨单独阻 燃聚氨酯软泡的效果不佳,但与RDP复配后阻燃性有
了较大提高。 高明¨ 等合成了两种氨基树脂型膨胀阻燃剂,
含羟甲基化磷酸脒基脲树脂(MDFP)和另一种新型
高分子膨胀阻燃 ̄IJ(IFR),并采用一步法发泡工艺,将 其应用于软质聚氨酯泡沫塑料。通过锥形量热表明,
添 ̄NMDFP和IFR的聚氨酯软质泡沫塑料燃烧过程热释 放、烟气、CO ̄HCO,排放大大降低,材料更难点燃,
当添加量达到30%,可使材料氧指数达27左右,从而
达到难燃物的标准。另外,阻燃软质泡沫塑料的热解 活化能降低了约50KJ/mol,起到了较好的阻燃效果。 黄福林¨¨等以羟基苯氧膦丙烯酸(CEPP) ̄I3三
硬质聚氨酯泡沫材料的发展与应用
浅析硬质聚氨酯泡沫材料的发展与应用
摘 要:文章介绍了什么是硬质聚氨酯泡沫材料以及其主要的化学成分组成和作用原理;阐述了硬质聚氨酯泡沫材料的主要性能特点以及其目前的应用状况和未来的发展前景,为今后对硬质聚氨酯泡沫材料的进一步开发和研究提供了参考和借鉴。
关键词:硬质聚氨酯泡沫;性能特点;发展应用
1 硬质聚氨酯泡沫的化学原理
硬质聚氨酯泡沫是通过混合液态的化学原料多元醇和异氰酸酯并以一种低沸点的液体作为发泡剂而形成的一种化学材料。在这种材料中多元醇和异氰酸酯混合后会产生一个发热反应,发泡剂因这种反应热开始气化从而在材料中产生气泡孔。其主要化学反应式如下:[1]
(1)异氰酸酯和羟基反应
r-n=c=o+r’-oh→rnhcoor’(氨基甲酸酯)胶凝反应
(2)异氰酸酯和水反应
2r-n=c=o+h2o→rnhconhr+co2(氨基甲酸酯)发泡反应
(3)脲基甲酸酯反应
r-n=c=o+r’nhcoor”→rnhcor’ncoor”胶联反应
(4)缩二脲反应
r-n=c=o+r’nhconhr’→rnhcor’nconhr”胶联反应
2 硬质聚氨酯泡沫的特点
2.1 保温性能好。硬质聚氨酯泡沫其属于一种高分子热聚型聚合物,保温性能十分的优良高效,由于其导热系数只有0.015~0.025w/(m·k)。所以它能有效地形成一层保温层在材料表面,这样就可以阻之损失热能最大的热桥现象的发生。
2.2 稳定性强。硬质聚氨酯泡沫可采用喷涂、粘接等多种方法与基体相连接,这种良好的粘接能是保障稳定性的一个重要前提。同时经实验证明在低温、潮湿、自重、风荷载和外部撞击等多种不利负载因素的作用下,硬质聚氨酯泡沫依然能够很好的与基体保持紧密的连接,这样最大程度的防止了脱落想象的产生。
2.3 有较好的防火性能。如把阻燃剂添加到聚氨酯材料中后,可以使其形成一种难燃自熄性的材料,把这种材料与胶粉聚苯颗粒浆料很合在一起后,更可组成一个有效的防火体系,这种防火体系在实际工程中能有效地防止火灾蔓延。如在建筑外墙表面及门窗口等侧面全部用这种防火胶粉聚苯颗粒材料严密包裹,并采用厚型胶粉聚苯颖粒做防水抹灰面层,将大大提高保温层的耐火性能。
慢回弹聚氨酯软泡组合料的制备及应用研究
化学工程师 Chemical Engineer 2011年第10期
辩 磷 与 霁 发 文章编号:1002—1124(2011)10一ooo4—04
陧回弹聚氨酯软泡组合料的
制备及应用研究’。‘
蔡福泉 ,田志胜 ,倪建忠 ,熊静 ,赵亚娟2晁国库
(1.温州登达化工有限公司,浙江温州325000;2.温州大学化学与材料工程学院。浙江温州325035) 摘要:以慢回弹聚醚、普通聚醚、催化剂、泡沫稳定剂、开孔剂,异氰酸酯等为原料,制备慢回弹聚氨酯 聚醚组合料及慢回弹聚氨酯软泡,并检测其性能。结果表明,水用量在2份,L598催化剂在4.5份,模具温度 在45℃,异氰酸酯指数在75时,慢回弹聚氨酯软泡具有较好的发泡工艺及泡孔结构,密度与力学性能较好。 关键词:慢回弹聚醚多元醇;软泡;慢回弹 中图分类号:TB332 文献标识码:A Preparation and application of slow rebound polyurethane flexible foam compound CAI Fu—quan ,TIAN Zhi-sheng ,NI Jian-zhong ,XONG Jing2,ZHAO Ya-juan ,CHAO Guo—ku (1.Wenzhou Dengda Chemical Industry Co.,Ltd.,Wenzhou 325000,China;2.College of Chemistry and Material Engineering, Wenzhou University,Wenzhou 325035,China) Abstract:The slow rebound polyurethane compound and slow rebound polyurethane flexible foam were prepared by slow rebound polyether,normal polyether,catalysts,froth stabilizer,tapping agent and isoeyanat ̄The performance was determined.The results showed that when water was 2 unit,catalyst L598 was 45 unit,the temperature ofmould was 45%, the index ofisocyanate was 75,the slow rebound polyurethane flexible foam has good foam structure,density and mechani- cal property. Key words:slow rebound polyether glycol;flexible foam;slow rebound
新型环保型发泡剂在聚氨酯硬泡中的应用研究
◆应用研究◆ 吴蓁,等:新型环保型发泡剂在聚氨酯硬泡中的应用研究 新型环保型发泡剂在聚氨酯硬泡中的应用研究 吴蓁 ,郭青 (1.上海应用技术学院,上海200235; 2.上海市建筑科学研究院,上海200032) 摘要:通过组合聚醚与聚氨酯硬泡的制备,对发泡剂HFC-365mfc、HFC一365/227和水的发泡效果、泡体结构、与组合聚醚 的互溶性及泡体力学性能等进行了研究,并与HCFC一141b进行了比较。研究结果表明,HFC一365mfc、HFC一365/227与组合聚 醚均有较好的溶解性与配伍性;在等质量下,两者在聚氨酯中的发泡效果稍差于HCFC一141b ̄而在等摩尔加入量时,HFC一 365/227的泡孔结构较均匀,平均孔径较小,且所制备泡体的拉伸强度较高,断裂伸长率较大;全水发泡所制得的泡体密 度较大。 关键词:环保型发泡剂;聚氨酯硬泡;保温材料;发泡效果;泡体结构;力学性能 近几年来发泡技术得到了较快的发展,新的发 泡材料也不断出现。当今环境保护是世界的重大课 题之一,传统的泡沫塑料发泡剂氟氯烃(CFC),因 具有较高的臭氧损耗值(ODP),一旦进入大气层就 会极大的消耗臭氧。我国环保部门提出在2007年前 禁止生产和使用CFC作为发泡剂。世界各国都在寻求 一种新型环保的发泡剂来代替cFC。经过多年的研究, 己开发出了多种零ODP发泡剂,主要有HFC(氢氟碳 化合物)系列、C02、戊烷系列等,其中己获得商业 应用的主要有HFC一245fa、HFC一365mfC、HFC一 365/227、戊烷系列等 。 我国目前在聚氨酯建筑保温中尚普遍使用HCFC一 141b发泡剂,对于新型发泡剂的取代尚未进行细致 的系统研究。同时,有关泡体结构与泡体性能关系 的相关研究也少见报道。本文主要通过组合聚醚及 聚氨酯硬泡的制备及相关性能分析,探究新型发泡 剂在聚氨酯泡体中的发泡效果与泡孔结构,研究新 型发泡剂与组合聚醚的互溶性及泡体的性能,为进 作者简介:吴蓁,男,1960年生,上海应用技术学院教授。 6 一步研究打下基础。 1 实验 1.1原料 发泡剂:HFC-365mfc、HFC一365/227(87/13)、 HCFC-141b,工业级,苏威氟化学有限公司:聚醚: ZS-480、ZS一8226、TD-403,工业级,金浦集团江 苏钟山有限公司研究所;聚醚4ll0,工业级,抚顺 佳化聚氨酯有限公司;PAPI,工业级,北京科聚化 工新材料有限公司:三乙醇胺、环己胺、二丁基二 月桂酸锡,化学纯,国药集团化学试剂有限公司; 匀泡剂、阻燃剂TCEP,工业级,抚顺佳化聚氨酯有 限公司。 1.2聚氨酯硬泡制备工艺 1.2.1组合聚醚制备工艺 在常温下,将一定量的混合聚醚多元醇、发泡 剂、匀泡剂、催化剂(叔胺类催化剂和金属类催化 剂)、阻燃剂以一定的比例混合,用搅拌机搅拌 30 min,使各个组分在组合聚醚体系中均匀分散, 配制得到组合聚醚。
