聚氨酯化学与工艺泡沫.ppt

聚氨酯化学与工艺 Chap.4　聚氨酯泡沫塑料 4.1　性能特点及分类 4.2　聚氨酯泡沫塑料合成的化学反应 4.3 聚氨酯泡沫体的胶体化学及物理化学 教学目的及要求 通过本章的学习，了解聚氨酯泡沫材料的分类，熟悉掌握形成泡沫的化学反应、成泡原理、稳定原理，了解泡沫材料的加工工艺方法，了解块状泡沫、模塑泡沫的制备方法，掌握制备泡沫材料所用原料种类，熟悉软泡、硬泡、高回弹等泡沫的配方计算方法，了解泡沫材料的用途。 第四章　聚氨酯泡沫 4.1 性能特点及分类 聚氨酯泡沫塑料：由大量微细孔洞及聚氨酯树脂孔壁组成的多孔性聚氨酯材料，一般称之为“聚氨酯泡沫塑料”（Polyurethane Foam or Cellular Polyurethane)。 聚氨酯泡沫是聚氨酯材料中用量最大的品种之一，用量在50％以上。 主要特征：多孔性、低密度、比强度高、无臭、透气性好（软泡）、高绝热性（硬泡）、泡孔均匀、耐老化，对金属、木材、玻璃、纤维等具有很强的粘附性。 根据所用原料品种不同及配方用量的变化，可以制成不同密度、不同性能的软泡、半硬质以及硬质泡沫材料，用于各种保温隔热材料、缓冲材料、座椅靠垫及床垫等。 　　 在聚氨酯泡沫发展过程中，在工艺技术上有两大突破，有效地推动了这一品种的高速增长。 第一、使用廉价的聚醚多元醇取代聚酯多元醇。 第二、聚氨酯泡沫塑料专用催化剂的研制和使用是该材料得以高速发展的“催化剂”。 第三、各种加工新装备的研制和使用。 由于生产工艺的不同以及配方组分的可调性，聚氨酯可以制备许多不同品种的泡沫塑料，分类如下。 ⑴硬泡及软泡 ⑵高密度及低密度泡沫 ⑶聚酯型、聚醚型泡沫 ⑷TDI型、MDI型泡沫 ⑸聚氨酯泡沫及聚异氰脲酸酯泡沫 ⑹一步法及预聚法生产 ⑺连续法及间歇法生产 ⑻块状泡沫和模塑泡沫　 4.2　聚氨酯泡沫制备的化学反应 　　聚氨酯泡沫体的制备是比较复杂的过程，它主要有以下几个特点： ①反应速度快。 ②聚氨酯泡沫体的合成过程伴随着大量热量放出。 ③反应类型复杂、多样，且彼此间有选择性和竞争性。 ④从原料到产品，相态会产生突变，体积会快速增长。 ⑤聚氨酯制备所用基础原料来源多样。 聚氨酯材料的发泡成型过程是物理、化学作用同时存在并相互影响的过程，影响泡沫上升、凝固的过程比较复杂。 1） 基本反应(-NCO与-OH、-NH2、H2O的反应） 　　 多元醇与多异氰酸酯生成聚氨酯的反应，是所有聚氨酯泡沫塑料制备中都存在的反应。发泡过程中的“凝胶反应”一般即指氨基甲酸酯的形成反应。因为泡沫原料采用多官能度原料，得到的是交联网络，这使得发泡体系能够迅速凝胶。 基团的反应式如下： 　　 在有水存在的发泡体系中，例如聚氨酯软泡发泡体系、水发泡聚氨酯硬泡体系，多异氰酸酯与水的反应不仅是生成脲的交联(凝胶)反应，而且是重要的产气发泡反应。所谓“发泡反应”， 一般是指有水与异氰酸酯反应生成取代脲，并放出CO2的反应。 上述几个反应产生大量热量，这此热量可促使反应体系温度的迅速增加，使发泡反应在很短的时间内完成。并且，反应热为物理发泡剂(辅助发泡剂)的气化发泡提供了能量。 3）异氰酸酯的自聚反应 异氰酸酯的三聚化反应也是十分重要的反应之一，在适当的催化剂下，生成N-C六元环结构，目前已发展成为异脲氰酸酯类型的泡沫塑料（PIR)。 这种新的绝热硬泡材料具有优异的耐热、耐燃性能，长期连续使用温度为150℃，短期使用温度可达200℃，具有优异的耐火焰贯穿能力，燃烧时发烟量小，主要用于要求严格的建筑行业中。 4.3 聚氨酯泡沫体的胶体化学及物理化学 一、泡沫的形成 聚氨酯泡沫体的生成过程，在伴随大量气体物质产生的同时，液态相原料会迅速转变成固体。涉及液态向固态的转换和气态物质生成逸出的平衡问题。 要想获得优异的泡沫体。必须对聚氨酯泡沫体形成过程中的相态变化过程进行研究，尽管这种形成过程连续而快速。示踪难度较大。但国外的许多学者对此做了大量、系统的基础研究工作。 实验证明，在二氧化碳和一氟三氯甲烷发泡体系中，泡沫体的形成一般是经历以下三个阶段。 第一阶段是气体成核过程 首先原料在液态中反应或依靠反应产生的温度产生气体物质并使气体挥发。随着反应的进行和反应热量的大量产生，气体物质的发生量和挥发量不断增加。气体浓度增加到超过饱和浓度后，在溶液相中开始形成细微的气泡、并上升，即发泡历程中所示的I区。在I区即将结束时，在液相聚氨酯混合物料中即出现乳白现象。该时间在聚氨酯泡沫体生成中称为乳白时间(cream time)。 第二阶段称为自行核化过