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聚氨酯发泡剂概述_聚氨酯泡沫塑料发泡剂主要类型

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发表时间:2018-05-19 14:10来源:聚氨酯制品手册

  聚氨酯制品发泡剂概述:制备聚氨酯泡沫塑料使用的发泡剂主要有两类,即水和低沸点化合物。水是制备聚氨酯泡沫塑料最主要的和使用最早的发泡剂。水和异氰酸酯反应,产生二氧化碳气体并生成脲基。


  根据基础研究发现,k2≥k1,即产生二氧化碳的反应速率比生成脲基的反应速率要慢,为提高、控制二氧化碳的生成速率,必须加入适当的催化剂。使用水作为聚氨酯泡沫体的发泡剂,不仅价格低廉、无任何污染,而且由二氧化碳生成的泡沫体,开孔率很高,是很理想的发泡剂。但是,在使用中发现,以水作为发泡剂尚存在以下的问题。


  1.完全使用水作发泡剂,虽在一定程度上能起到降低泡沫密度的目的,但手感差。正如上述反应所示,水量越大,在聚合物链中生成的脲基刚性基团越多,密度越大,泡沫体产生的僵硬性手感越严重,这对聚氨酯软质泡沫体时很不利的。


  2.水添加量越大,反应放热越激烈,加之聚氨酯泡沫体的绝热性能好,热传导率低,大量热量在泡沫体内部集聚,会引起泡沫体内芯变黄、焦烧,甚至会产生自燃引发火灾,对于低密度大块泡沫体的生产,尤其容易产生这种危险。


  3.水是一种封端剂,它和异氰酸酯反应的主要作用是产生二氧化碳气体,并不能使聚氨酯分子链产生大幅度增长。此外,从经济角度考虑,水虽然是价格十分低廉的物质,但它却能消耗大量昂贵的异氰酸酯,即1mol水将消耗9.67mol的TDI,消耗13.9mol的MDI。


  综合考虑上述原因,在聚氨酯泡沫体的制备中,不能仅仅采用水作为化学发泡,同时还必须使用低沸点化合物作为辅助发泡剂,即利用多元醇和异氰酸酯产生的大量热量,使低沸点化合物气化的辅助型物理发泡剂。


  辅助发泡剂主要有空气和低沸点化合物。前者是在机械搅拌发泡时,在混合头处注入少量空气,在聚合物中形成气泡。后者是聚氨酯工业几十年来普遍使用的物理发泡剂,其中最常用的是一氟三氯甲烷(简称CFC-11)和二氟二氯甲烷(简称CFC-12)等。然而,近年来发现,该类化合物是破坏地球臭氧层的主要物质,已被列入禁用化学品。因此,对于聚氨酯工业来说,寻找取代氯氟烃(CFCs)类发泡剂的新品种是当前聚氨酯工业发展的首要任务之一。替代CFCs的新的理想发泡剂应具备以下条件。


  1.发泡剂分子中不含氟原子,不会造成对大气臭氧层的破坏,即ODP(ozonedeplentionpotential,臭氧消耗潜值)等于零。


  2.要求进入大气的发泡剂化合物分子能与氢反应,吸收远红外线光波的能力要小,不造成地球温室效应,即GWP(globalwarmingpotential,地球变暖潜值)等于零。


  3.化学品安全,不易燃,毒性低,不会对人体造成癌变或其他毒害。


  4.产品原料易得,生产简单,价格低廉。


  5.发泡剂配方原料组分化学稳定性好,并具备良好的互溶性。


  6.化学品沸点适中,易于工艺操作、汽化;潜热适中,能充分利用反应热进行汽化发泡。


  7.化合物分子量低,用量小,扩散速率低,热导率变化率要小。


  在CFCs替代品的实验研究中,目前尚不能研制出完全满足上述要求的化学品,但这些要求的提出,至少已给CFCs替代品研究指明了努力的方向。由于世界各国基础研究水平和工业发展水平差距较大,对聚氨酯泡沫产品特定性能的要求也不尽相同,故对CFCs替代技术的研究、应用侧重点并不一致。例如,美国在家电冰箱制品生产中,侧重使用HCFC-141b和HFC-134a作为过渡性发泡剂;在欧洲,侧重使用环戊烷类化合物作为聚氨酯软泡等产品的过渡发泡剂,对绝热性能要求较高的建筑业用聚氨酯硬泡更多的使用HCFC-141b体系。对于自结皮聚氨酯泡沫体,则普遍认为以全水发泡技术最为理想。目前,我国根据自己的国情和产品生产工艺,在连续聚氨酯软质泡沫体的生产中侧重于二氯甲烷(MEC)、MEC快速熟化的替代技术;箱式发泡生产侧重使用MEC和变压发泡工艺;对于半硬质泡沫体,以探索使用HCFC-141b和全水发泡工艺居多:对于聚氨酯硬质泡沫,则多使用HCFC-141b和液态二氧化碳发泡技术及环戊烷工艺。


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