拜耳聚氨酯基础知识培训

聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 62
设备因素
聚氨酯发泡工艺
• 预热温度 • 模具温度 • 混合头的情况
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 63
聚氨酯发泡工艺 设备因素
• 预热温度和 / 或模具温 度偏低导致： • 缺料 • 粘性不好 • 形成厚的表皮 • 芯密度低 • 尺寸稳定性不好
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 64
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 37
HC
c-Pentane C5H10 70 49 -42
1.4~8.0 0 3
11.6
发泡剂
聚氨酯化学
不同发泡剂含量下的泡沫密度
FRD: 29.2 kg/m3
FRD: 23.4 kg/m3
FRD: 19.5 kg/m3
8 pbw c-pentane
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 38
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 57
聚氨酯发泡工艺
• 化学因素 • 异氰酸酯和组合聚醚的配比 • 温度
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 58
聚氨酯发泡工艺
化学因素
• 异氰酸酯过多 • 粘性减小 • 泡沫易脆 • 流动性减缓 • 缺料 • 高密度 • 尺寸稳定性差
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 59
聚氨酯发泡工艺
管壳
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 12
墙体保温
聚氨酯泡沫硬泡的应用---聚氨酯块泡
连续法或非连续法 以切割机切割成形
P聚re氨ci酯sio亚n太sh区aped slabstock products 硬泡系统料 • 13
块泡的制作
聚氨酯泡沫硬泡的应用---管道
管道 – 拜耳是管道保温的倡导者； 用聚氨酯硬泡做管道保温已经成功的在世界范 围内应用了30多年。没有任何一种材料能够超 越聚氨酯材料适应苛刻的绝热要求，多变的生 产工艺以及流动性要求。
聚氨酯化学
三聚物 ( 异氰酸酯/异氰酸酯 )
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 46
聚氨酯合成
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 47
聚氨酯化学 配比和指数
• 异氰酸酯和组合聚醚之间的关联
比率 ＝ 异氰酸酯量或流量
组合聚醚量或流量 • 如何确定配比比率
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 48
聚氨酯化学 配比和指数
聚氨酯化学
多元醇
特性 含多羟基官能团(-OH)的高分子化合物 泡沫物理性能的主要决定者 主要物理性能:
羟值 官能度 化学结构
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聚氨酯化学
多元醇
使用提示 多元醇有很强的吸水性，所以要保存在干燥的环境中 多元醇通常不会自己反应 多元醇是具有粘性的液体
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 26
聚醚多元醇 CFC发泡剂
开始发展隔热性能的泡沫
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 18
: 图片中的人物 Otto Bayer
聚氨酯泡沫发展简史
1960’s
PMDI
TDI被有限的应用于冰箱、冷藏柜 高压发泡技术
1970‘s
o臭氧层破坏理论 o开始设计壁厚减薄
1980’s
PMDI被应用于冰箱、冷柜等系列产品 在蒙特利尔协议中提出了破坏臭氧层的实质
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 14
聚氨酯泡沫硬泡的应用---最新的发展
新的配方使超高温保温成为可能； 新的配方使超低温保温成为可能； 以戊烷为发泡剂的低密度高阻燃等 级的PIR泡沫。
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 15
聚氨酯泡沫硬泡的应用---最新的发展
以聚氨酯块泡为基础的外墙外保温 系统
ETICS (External Thermal Insulation Composite System)
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 21
如何发泡 多元醇 表面活性剂 催化剂 水 发泡剂 异氰酸酯 化学反应 配比和指数
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 22
聚氨酯化学
如何发泡
异氰酸酯
聚氨酯化学
多元醇＋ 添加 剂
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 23
聚氨酯泡沫
典源自文库的配方
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 24
聚醚的合成
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 27
聚氨酯化学
表面活性剂
作用 在发泡过程中能降低表面张力 在发泡过程中使体系稳定 可以调整泡孔的大小和形状 可以调整闭孔率 可影响泡沫的流动性
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 28
硅油表面活性剂
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 29
硅油表面活性剂
– 在正常环境下，呈液体 – 反应后气化
低沸点发泡剂(HFC 134a, HCFC 22)
– 在正常环境下，呈气体
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 36
发泡剂
Type
HCFC
Chemical name Structure
141b CH3CCl2F
MW Boiling point(°C) Flash point(°C)
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聚氨酯泡沫硬泡的应用---建筑
由夹心板建造的冷库
工业建筑的轻质屋顶
聚屋氨酯顶亚保太温区
硬泡系统料 • 10
外墙保温
用块泡拼接的屋顶
聚氨酯泡沫硬泡的应用---聚氨酯板材
屋顶
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地板 平顶
聚氨酯泡沫硬泡的应用---聚氨酯块泡
LNG 储罐 成型
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聚氨酯化学 化学反应
氨基甲酸酯 ( 异氰酸酯/多元醇 )
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聚氨酯化学 化学反应
脲 ( 异氰酸酯/水 )
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聚氨酯化学 化学反应
二聚物 ( 异氰酸酯/异氰酸酯 )
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化学反应
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聚氨酯发泡工艺
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 53
背朝上的发泡方式
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 54
背朝下的发泡方式
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 55
固定的模具
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聚氨酯发泡工艺
• 影响泡沫流动性和质量的因素 • 化学因素 • 设备因素 • 形腔情况
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聚氨酯泡沫发展简史
1990‘s
o CFC替代发泡剂 o 冰箱能耗减小要求 o 人们开始考虑能够替代原有隔热技术的方法
2000’s
o 美国停止使用HCFC-141b发泡剂 o 北美洲停止使用HCFC系列产品 o 发展中国家逐渐停止使用CFC系列产品
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聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 34
聚氨酯化学
水
FRD: 29.2 kg/m3
1.0 pbw 水
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 35
FRD: 23.4 kg/m3
2.2 pbw 水
FRD: 19.5 kg/m3
3.0 pbw 水
聚氨酯化学
发泡剂
二氧化碳
– 异氰酸酯和水反应后生成
液体发泡剂 (HCFC 141b, HCs, HFC 245fa )
聚氨酯理论及工艺介绍
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 潘榕伟
聚氨酯材料
•聚氨酯（PU）：聚氨基甲酸酯，高分子主 链上含有许多重复的-NHCOO•硬泡泡孔
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 2
聚氨酯泡沫的分类及应用 分类： •硬质泡沫 •软质泡沫 •弹性体及其他
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 3
冷链：
聚氨酯泡沫硬泡的应用
OCN
NCO
NCO
4,4’
2,4’
2,2’
OCN
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NCO
OCN
NCO OCN (NCO-content 31.5 - 33.5 %)
NCO NCO
pMDI的合成
聚氨酯化学
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异氰酸酯
使用提示
聚氨酯化学
异氰酸酯必须保存在干燥的地方 异氰酸酯遇酒精、多元醇、胺、水及本身都会产生化学反应 异氰酸酯对温度比较敏感，易形成固体 异氰酸酯是粘性较低的液体
• 温度很高
• 发泡剂失效
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• 不流动
化学反应
聚氨酯发泡工艺
• 乳白时间－开始上升的时间和 / 或混合物变成乳白色的时间 （如果使用低沸点的发泡剂可能观察不到乳白时间）
• 凝胶时间－从浇注到能从泡沫中用短棍拉出丝的时间 • 不粘时间－从浇注到用短棍接触泡沫表面，但不粘的时间
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 4
聚氨酯泡沫硬泡的应用---家电
聚氨酯硬泡在冰箱工业上的应用有悠久 的历史 卖点: 1. 聚氨酯是唯一一种既有保温性
能，又有良好力学性能的工程材 料； 2. 优异的流动性能，即使内部的结 构非常复杂； 3. 保温性能意味着能源的节省。
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 5
聚氨酯泡沫硬泡的应用---家电
化学因素
• 过多的组合聚醚 • 柔软、海绵似的泡沫（有弹性） • 脱模性差 • 过好的流动 • 漏料 • 低密度 • 尺寸稳定性差
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 60
聚氨酯发泡工艺
化学因素
• 温度过高 • 反应快 • 配比改变 • 渗漏 • 不好的脱模性 • 不好的尺寸稳定性
• 温度过低 • 反应慢 • 配比改变 • 缺料 • 不好的脱模性 • 不好的尺寸稳定性
• 大而脆的泡孔 • 有斑点的泡沫 • 泡沫中有软点 • 喷嘴的出口被堵塞 • 不理想的缺料（液体流偏斜）
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 66
聚氨酯发泡工艺 设备因素
• 预热温度或模具温度偏高导致： • 渗漏 • 内衬材料下陷（阻塞了液体注射器的通 道）
• 极端的高温导致： • 发泡剂过早气化 • 流动性变差 • 缺料
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 65
聚氨酯发泡工艺 设备因素－ 混合头的问题
• 异氰酸酯和组合聚醚混合不均匀 • 被油污染
117 32 none
Explosion limit(%) 7.6~17.7
ODP
0.11
GWP
630
K-factor(mW/m•K) 10.5
HFC
245fa CF3CH2CHF2
365mfc CF3CH2CF2CH3
134
148
15
40
none
-23
none
3.8~13.3
0
0
950
890
11
10.7
14 pbw c-pentane
20 pbw c-pentane
聚氨酯化学
异氰酸酯
特性 含有(-NCO)的一系列有机化合物 是影响泡沫物理性能的重要组分 异氰酸酯在家电工业中的应用
– 聚合的 4,4‘－二苯基甲烷二异氰酸酯(PMDI)
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聚氨酯化学
NCO
NCO
NCO
聚氨酯化学
催化剂的类型和量可以影响以下方面： – 乳白时间，凝胶时间，不粘手时间 – 脱模性能 – 流动性能 – 泡沫强度
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催化剂
聚氨酯化学
没有添加催化剂的发泡
添加催化剂的发泡
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 33
聚氨酯化学
水
作用
水和异氰酸酯反应生成二氧化碳和脲 水过多会造成不稳定，导致泡沫易碎 水太少会减小泡沫流动性并影响泡沫的物理性能
• 注意 • 已定的配方的反应指数与比例是相关的 • 不同的配方可能有相同的指数和不同的比例 • 不同的配方可能有相同的比例和不同的指数
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 49
聚氨酯泡沫发泡设备
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 50
计量系统
聚氨酯发泡设备
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 51
聚氨酯发泡设备
不同种类的发泡机混合头
聚氨酯化学
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 30
聚氨酯化学
催化剂
作用
催化剂能提高反应速度
• 氨基甲酸酯 (异氰酸酯 / 多元醇) • 脲 (异氰酸酯 / 水) • 三聚物(异氰酸酯 /异氰酸酯)
催化剂类型
• 叔胺催化剂 • 有机金属催化剂
将各种催化剂结合使用,可以得到更佳的效果
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 31
聚氨酯泡沫硬泡的应用---集装箱
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聚氨酯泡沫硬泡的应用---建筑
多变的聚氨酯发泡工艺能满足建筑工业的各种要求： 建筑工业是聚氨酯的最大用户； 从屋顶到地基，聚氨酯能满足建筑业的所有保温要求。产品包括： 保温板，夹心板，专用的单组分密封剂和特殊的现场发泡工艺等 等； 聚氨酯泡沫能粘着在其他建筑材料上。
内表面 (工程塑料)
聚氨酯
外表面 (钢板)
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 6
聚氨酯泡沫硬泡的应用---集装箱
聚氨酯硬泡在集装箱工业上的应用有悠久的历史
卖点: 1.
2. 3.
聚氨酯是唯一一种既有保温性能，又有良好力学性能的工程材 料； 对板材的优异的粘结性； 保温性能意味着能源的节省。
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 7
以聚氨酯块泡为基础的音响系统 (PURsonic)
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 16
1930‘s 至今
聚氨酯发展简史
聚氨酯亚太区 硬泡系统料 • 17
聚氨酯发展简史
1930’s
Otto Bayer合成聚氨酯，专利
1940’s
TDI / 聚酯多元醇
无隔热性能的泡沫
1950’s
低压发泡技术 TDI预聚体