全水发泡聚氨酯硬泡的开发.doc

全水发泡聚氨酯硬泡的开发 宋聪梅 童俊 罗振扬 (江苏省化工研究所 江苏南京 210024) 摘 要：探讨了影响全水发泡泡沫性能的相关因素，研制了具有良好流动性的全水发泡聚氨酯硬泡组合聚醚。依此制备的硬质聚氨酯泡沫塑料具有良好的尺寸稳定性、优异的粘接性能和较低的导热系数，已达到或超过汽车、建筑行业对全氟泡沫的要求，具有广阔的市场前景。 关键词：聚氨酯；硬质泡沫塑料；全水发泡；聚醚多元醇 硬质聚氨酯泡沫塑料是一种很重要的合成材料，具有优异的物理机械性能和耐化学性能，尤其是导热低，是一种优质的隔热材料，广泛应用于冰箱、冷柜及汽车行业、建筑行业。CFC）发泡剂对大气臭氧层有破坏作用，为了维护生态环境，国际公约已经对其生产和使用做出了严格的限制和规定。因此，聚氨酯工业面临的一个重要任务就是选择CFC的代用品，减少和停止CFC的应用。10多年来，以零或低ODP值的发泡剂替代氯氟烃是聚氨酯泡沫塑料行业最重大的课题，促使泡沫塑料生产技术发生重大变化。 在聚氨酯硬泡中，常用的CFC-11替代发泡剂主要有HCFC-141b为代表的HCFC类发泡剂、以戊烷为代表的烃类发泡剂以及水发泡剂[1]。以水作发泡剂，实际上是以水和异氰酸酯反应生成的CO2气体作发泡剂，其臭氧破坏效应ODP值为零，无毒副作用，因此水是最具吸引力的CFC-11最终替代物。而且，全水泡沫制备工艺简便，对设备的要求很低，可沿用CFC-11体系的设备，具有广阔的市场前景。但是，全水发泡体系与CFC-11体系相比存在许多不足，诸如组合聚醚粘度比较大，泡沫与基材的粘接性差、导热系数偏高等，从而限制了全水发泡聚氨酯泡沫的推广和应用[2]。 针对全水发泡体系的特点，我们通过聚醚分子结构的调整、助剂的选择，开发了低粘度的聚醚及具有良好流动性的组合聚醚，以此制备的聚氨酯泡沫塑料具有良好的尺寸稳定性、粘接性和较低的导热系数。 1 实验部分 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厂；聚醚多元醇TNR410，天津第三石油化工厂；复合催化剂，自制；泡沫稳定剂AK-8805等，南京德美世创化工有限公司；泡沫稳定剂B-8462、B-8433等，德国高施米特公司；多异氰酸酯（PAPI），日本聚氨酯工业公司。 1.2 设备与仪器 2.5L多功能组合式聚合釜；微量水份分析仪；旋转式粘度计；恒温水浴箱；电动搅拌器，Glas-Craft公司的高压喷涂发泡机。 1.3 手工发泡 将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水等混合均匀，作为A组分；以多异氰酸酯作为B组分。发泡时，调节A料、B料及模具的温度，按配方称取A、B料，混合后搅拌5～10 s，立即倒入模具使其自由发泡，同时依次测定乳白、纤维、脱粘时间，待泡沫完全熟化后测定相关性能。 1.4 组合聚醚典型配方 组合聚醚：混合多元醇 100份；泡沫稳定剂 1.5～2.5份；复合催化剂 2.0～5.0份；水 3.0～4.0份。 异氰酸酯指数 1.0～1.1 发泡时的工艺参数(室温20℃)为：乳白时间10～20 s，固化时间20～35 s。 2 结果与讨论 2.1 聚醚多元醇对全水发泡泡沫性能的影响 在聚氨酯硬泡的制备中，相对分子质量和官能度不同的聚醚或聚酯与异氰酸酯反应形成长短不一的链段，形成相应的软硬段聚集态，构成泡沫的主体结构。选用聚醚的主要依据是泡沫制品的用途，性能要求，工艺性能，原料价格等。由于全水发泡体系缺少大量的低粘度物理发泡剂的稀释与溶解作用，采用现有高粘度硬泡聚醚的配方体系，其粘度大幅增加，混合与乳化过程变得困难，反应体系的流动性变差。水与二氧化碳反应生成较多的脲键，使泡沫粘接性能下降；同时，由于二氧化碳从泡孔内向外扩散速率大于空气向泡孔内的扩散速率，使泡孔内压力降低，导致泡沫收缩，尺寸稳定性降低[3]。因此，全水发泡硬质聚氨酯泡沫技术的关键在于开发新型的低粘度、高性能硬泡聚醚多元醇。表1为采用几种聚醚多元醇配制的组合聚醚的粘度及其制得的泡沫塑料的物性。本稿中体积变化率取绝对值，下同。 表1 聚醚品种对全水发泡泡沫性能的影响 组合聚醚 ? ?? JDPU303 主体聚醚 TNR410 聚醚A PE600 组合多元醇粘度(25℃)/mPa·s 1750 2300 1200 泡沫密度/kg·m－3 35.8 37.4 38.8 压缩强度/kPa 254 256 293 拉伸强度/kPa 300 323 393 导热系数/W·(m·K)－1 0.0258 0.0263 0.0255 吸水率/％ 变形 3.4 2.3 高温体积变化率(80℃(24h)/％ 0.4 0.4 0.3 低温体积变化率(－25℃(24h) /％ 0.5 0.3 0.2 以脂肪族聚醚多元