全水發(fā)泡聚氨酯硬泡的開發(fā).doc

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1、全水發(fā)泡聚氨酯硬泡的開發(fā)宋聰梅童俊羅振揚(江蘇省化工研究所江蘇南京)摘要：探討了影響全水發(fā)泡泡沫性能的相關(guān)因素，研制了具有良好流動性的全水發(fā)泡聚氨酯硬泡組合聚醚。依此制備的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)異的粘接性能和較低的導(dǎo)熱系數(shù)，已達到或超過汽車、建筑行業(yè)對全氟泡沫的要求，具有廣闊的市場前景。關(guān)鍵詞：聚氨酯；硬質(zhì)泡沫塑料；全水發(fā)泡；聚醚多元醇硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種很重要的合成材料，具有優(yōu)異的物理機械性能和耐化學(xué)性能，尤其是導(dǎo)熱系數(shù)低，是一種優(yōu)質(zhì)的隔熱材料，廣泛應(yīng)用于冰箱、冷柜及汽車行業(yè)、建筑行業(yè)。但是

2、由于氯氟烴（CFC）發(fā)泡劑對大氣臭氧層有破壞作用，為了維護生態(tài)環(huán)境，國際公約已經(jīng)對其生產(chǎn)和使用做出了嚴格的限制和規(guī)定。因此，聚氨酯工業(yè)面臨的一個重要任務(wù)就是選擇CFC的代用品，減少和停止CFC的應(yīng)用。10多年來，以零或低ODP值的發(fā)泡劑替代氯氟烴是聚氨酯泡沫塑料行業(yè)最重大的課題，促使泡沫塑料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生重大變化。在聚氨酯硬泡中，常用的CFC-11替代發(fā)泡劑主要有HCFC-141b為代表的HCFC類發(fā)泡劑、以戊烷為代表的烴類發(fā)泡劑以及水發(fā)泡劑[1]。以水作發(fā)泡劑，實際上是以水和異氰酸酯反應(yīng)生成的CO2氣體作發(fā)泡劑，其臭

3、氧破壞效應(yīng)ODP值為零，無毒副作用，因此水是最具吸引力的CFC-11最終替代物。而且，全水泡沫制備工藝簡便，對設(shè)備的要求很低，可沿用CFC-11體系的設(shè)備，具有廣闊的市場前景。但是，全水發(fā)泡體系與CFC-11體系相比存在許多不足，諸如組合聚醚粘度比較大，泡沫與基材的粘接性差、導(dǎo)熱系數(shù)偏高等，從而限制了全水發(fā)泡聚氨酯泡沫的推廣和應(yīng)用[2]。針對全水發(fā)泡體系的特點，我們通過聚醚分子結(jié)構(gòu)的調(diào)整、助劑的選擇，開發(fā)了低粘度的聚醚及具有良好流動性的組合聚醚，以此制備的聚氨酯泡沫塑料具有良好的尺寸穩(wěn)定性、粘接性和較低的導(dǎo)熱系數(shù)。1

4、實驗部分1.1主要原料PE600系列聚醚多元醇，自制；聚醚多元醇A，金陵石化公司化工二廠；聚醚多元醇TNR410，天津第三石油化工廠；復(fù)合催化劑，自制；泡沫穩(wěn)定劑AK-8805等，南京德美世創(chuàng)化工有限公司；泡沫穩(wěn)定劑B-8462、B-8433等，德國高施米特公司；多異氰酸酯（PAPI），日本聚氨酯工業(yè)公司。1.2設(shè)備與儀器2.5L多功能組合式聚合釜；微量水份分析儀；旋轉(zhuǎn)式粘度計；恒溫水浴箱；電動攪拌器，Glas-Craft公司的高壓噴涂發(fā)泡機。1.3手工發(fā)泡將聚醚多元醇、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑、水等混合均勻，作為A組分；

5、以多異氰酸酯作為B組分。發(fā)泡時，調(diào)節(jié)A料、B料及模具的溫度，按配方稱取A、B料，混合后攪拌5～10s，立即倒入模具使其自由發(fā)泡，同時依次測定乳白、纖維、脫粘時間，待泡沫完全熟化后測定相關(guān)性能。1.4組合聚醚典型配方組合聚醚：混合多元醇100份；泡沫穩(wěn)定劑1.5～2.5份；復(fù)合催化劑2.0～5.0份；水3.0～4.0份。異氰酸酯指數(shù)1.0～1.1發(fā)泡時的工藝參數(shù)(室溫20℃)為：乳白時間10～20s，固化時間20～35s。2結(jié)果與討論2.1聚醚多元醇對全水發(fā)泡泡沫性能的影響在聚氨酯硬泡的制備中，相對分子質(zhì)量和官能度不同

6、的聚醚或聚酯與異氰酸酯反應(yīng)形成長短不一的鏈段，形成相應(yīng)的軟硬段聚集態(tài)，構(gòu)成泡沫的主體結(jié)構(gòu)。選用聚醚的主要依據(jù)是泡沫制品的用途，性能要求，工藝性能，原料價格等。由于全水發(fā)泡體系缺少大量的低粘度物理發(fā)泡劑的稀釋與溶解作用，采用現(xiàn)有高粘度硬泡聚醚的配方體系，其粘度大幅增加，混合與乳化過程變得困難，反應(yīng)體系的流動性變差。水與二氧化碳反應(yīng)生成較多的脲鍵，使泡沫粘接性能下降；同時，由于二氧化碳從泡孔內(nèi)向外擴散速率大于空氣向泡孔內(nèi)的擴散速率，使泡孔內(nèi)壓力降低，導(dǎo)致泡沫收縮，尺寸穩(wěn)定性降低[3]。因此，全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫技術(shù)的關(guān)

7、鍵在于開發(fā)新型的低粘度、高性能硬泡聚醚多元醇。表1為采用幾種聚醚多元醇配制的組合聚醚的粘度及其制得的泡沫塑料的物性。本稿中體積變化率取絕對值，下同。表1聚醚品種對全水發(fā)泡泡沫性能的影響組合聚醚???JDPU303主體聚醚TNR410聚醚APE600組合多元醇粘度(25℃)/mPa·s175023001200泡沫密度/kg·m－335.837.438.8壓縮強度/kPa254256293拉伸強度/kPa300323393導(dǎo)熱系數(shù)/W·(m·K)－10.02580.02630.0255吸水率/％變形3.42.3高溫體積變

8、化率(80℃′24h)/％0.40.40.3低溫體積變化率(－25℃′24h)/％0.50.30.2以脂肪族聚醚多元醇TNR410為主體聚醚的組合聚醚?，其原液的粘度明顯偏大，在常溫及低溫環(huán)境下，發(fā)泡設(shè)備無法正常工作，需要對原液加熱以降低其粘度；并且，由表1可見，以TNR410合成的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料易吸水變形。以聚醚A合成的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料