硬质聚氨酯泡沫常识

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
硬质聚氨酯泡沫 化学原理及质量控制
河南天丰PU事业部
一、硬质聚氨酯简介



硬质聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇聚合生成的 高分子材料 分子间交联,具有不溶性、耐热性、强度高等 物理性质 广泛应用于汽车、建筑、家电等领域
二、硬质聚氨酯泡沫化学原理
硬质聚氨酯泡沫是通过混合液态的化学原材料— —多元醇和异氰酸酯而形成的并以一种低沸点的液体 作为发泡剂 。组合多元醇和异氰酸酯混合后立即会有 一个放热化学反应,发泡剂因反应热而开始气化,发 泡剂气化后留在泡孔中,这在泡沫的绝热性能中起决 定性作用。
泡沫表面多气泡
可能原因:

发泡剂过多; 模具温度过高; 触板时间过晚;


注射压力过高;
料温过高; 混合不均匀;
板材等结构设计不合理。
面材预热温度低; 模具温度低; 面材内表面脏、有油污; 黑白料比例太高; 发泡混合不均匀(压力、料温等);
黑白料质量问题。
泡沫收缩
可能原因:

填充率低;模具温度低; 黑白料比例太低; 黑白料质量不符合要求;


机械故障(发泡料中混入水、油等)。
另外过填充量也会影响泡沫的性能,过填充量不是越大越好,越大泡 沫被压缩得越厉害,异向性能受影响,泡孔被压缩成扁平状,纵向强 度变小,板材易收缩。
聚酯多元醇
起始剂 有机酸(二元酸酐)和二元醇或多元醇生成 (阻燃、 粘度大、耐热、耐低温、耐油) 二乙二醇和邻苯二甲酸酐型的聚酯多元醇,可以通过多元 酸(如邻苯二甲酸、对苯二甲酸或脂肪酸)和乙二醇、甘 油、以及类似的多元醇反应制得。 高粘度和低的官能度限制了聚酯多元醇在许多场合的应用。
发泡指数(异氰酸根指数)


上升时间:从开始搅拌到发泡上升结束的这段时间
凝胶时间/拉丝时间:从开始搅拌到混合物开始固化的这段时间 表面不粘时间:从开始搅拌到泡沫表面不粘这段时间(不再有任何粘 附性) 不粘时间越快,泡沫熟化时间越短,板速可相应增加。板越厚,不粘 时间越长,板速不能太高。

自由泡密度与模具泡密度

自由泡密度—混合物在自由状态下发泡后,泡沫芯部的表观密度

化学发泡剂(水)在聚氨酯配方中的特性

与异氰酸酯反应生成二氧化碳和脲


水越多流动性越好但泡沫越脆
水太少会降低流动性,影响泡沫的物理性能
聚氨酯硬泡的导热系数
λ=λs +λr +λg λ: 聚氨酯硬泡的导热系数
λs:聚氨酯树脂基体的导热系数(结构、密度) λr:辐射(密度、泡孔尺寸,~T3) λg:封闭的泡孔中气体的导热系数(发泡剂类型、泡孔尺寸)
多元醇
多元醇俗称白料,是生成聚氨酯的另一主要原料,硬质聚 氨酯所用的多元醇为聚酯多元醇和聚醚多元醇两种 主要特征:羟值、官能度、黏度、结构 多元醇是粘稠的液体,一般自身不发生反应,但有很强的 吸水性,必须保存在干燥的环境中。
聚醚多元醇
聚醚多元醇是由多羟基醇(乙二醇、甘油、蔗糖)或多元 胺(如乙二胺)和氧化烯烃(如环氧丙烷)反应制得的。 起始剂 蔗糖—糖和丙二醇 硬泡 强度高但泡孔粗 (8个羟基) 泡沫均匀 (6个羟基) 山梨醇— 山梨醇和丙二醇
面材温度

面材温度影响其与泡沫的粘结性能,同时影响芯密度。一般建议面 材温度在35-40℃。

若面材温度过高,会导致反应速度加快,流动性差,体系的反应热 聚在泡沫内部可能会导致泡沫开裂;
若面材温度过低,泡沫与其接触面的脆性增加,影响粘结性,同时 泡沫的整体密度与芯密度的差值会增加。 双履带温度过高会造成表面不平整,气孔变大,易收缩,但粘结性 会好。一般PUR要求温度35-45℃,PIR要求温度45-60℃。
缩二脲反应
R-N=C=O + R’NHCONHR’
→ RNHCOR’NCONHR’
交联反应
三、硬质聚氨酯的原料组成及作用

异氰酸酯 多元醇 发泡剂 添加剂—有机硅表面活性剂(聚醚-聚硅氧烷) 添加剂—催化剂 添加剂—阻燃剂
异氰酸酯
异氰酸酯俗称黑料,是生成聚氨酯的主要原料之一。目前 我们用的是聚合4,4’— 二苯基甲烷二异氰酸酯(PMDI) 主要特征:-NCO含量,官能度,化学结构 异氰酸酯通常是低粘度液体, 对温度很敏感,会形成固 体(高温自聚) 须保存在干燥的环境下,其可与自身、醇类、多元醇、胺 和水发生反应
添加剂—催化剂
分类
凝胶催化剂—促进凝胶反应(异氰酸酯和多元醇的反应) 发泡催化剂—促进发泡反应(异氰酸酯和水的反应) 三聚催化剂—促进异氰酸酯的三聚反应 现在我们用的催化剂为PC-8,其主要作用为50%凝胶,50%发泡 三聚催化剂主要用于PIR的生产,以促进异氰酸酯聚合生成异氰脲酸 酯 催化剂具有较强的腐蚀性,与铜、铅、锡及其合金接触会失效


四、连续板材生产工艺参数对板材的影响
原料的配比
准确的配比是保证正确的聚氨酯化学反应的首要条件,在进行 发泡前一定要保证配比的准确性。 黑料: 黑料量增加会使自由泡密度增加,流动性降低,填充密 度增加。另外黑料过多会导致黑料自聚,使出板泡沫产生亮晶晶 的现象。 白料: 白料量增加会使自由泡密度降低,流动性增加,填充密 度降低,泡沫的强度和尺寸稳定性变差。 发泡剂:发泡剂增加,自由泡密度降低,流动性增加,填充密度 降低,但泡沫的强度和尺寸稳定性变差。 催化剂:催化剂增加可加快反应速度,使体系的反应热聚在泡沫 内部,可能会造成泡沫开裂,另外反应速度增加,模压时间也要 相应加长。
添加剂—阻燃剂

硬泡是有机材料,因此容易燃烧,但是硬泡本身或在建筑中为满足一 定的阻燃要求,会添加某些能够提高防火性能的化学物质。 阻燃剂包括:卤素类,含溴或氯的化合物;含磷的化合物;芳香多元 醇如芳香聚酯多元醇;异氰酸酯过量形成异氰脲酸酯(PIR)结构。 硬泡大多使用含卤、磷的酸酯类和芳香族磷酸酯类。其作用是降低泡 沫的燃烧发热速度和烟密度。

指数(Index)体现了异氰酸根基团和羟基的一种关系 指数=异氰酸根的量/羟基的量 Index>100可确保羟基能完全反应掉。硬泡系统是典型的 异氰酸根过量的系统(Index>100),系统指数低于100, 泡沫会收缩 指数和比例的关系:比例一般为异氰酸酯和多元醇混合物 的体积比。 如果泡沫在高指数下加工,并用了正确的催化剂,就会形 成异氰脲酸酯,相应的泡沫叫做异氰脲酸酯(PIR)泡沫。 通常PIR泡沫是在180~350的指数下加工的。
注射压力、混合效果直接影响聚氨酯混合物反应的充分性,对泡沫泡孔的 结构、泡沫的导热系数、闭孔率、机械性能等有很大的的影响。 生产过程中和黑白料的压力最好相等。

双履带温度

压力


反应时间

混合时间/搅拌时间:混合两组分(异氰酸酯和多元醇)的时间 乳白时间/起发时间:从开始搅拌到看得见开始发泡的这段时间
模具泡密度—混合物在模具(双履带)中过填充状态下发泡后,泡 沫芯部的表观密度
压缩比—模具泡密度/自由泡密度 两者差值越大,泡沫的压缩比越大,生产时板速应相应降低,否则 会导致泡沫内部开裂现象。当填充密度增加时,板的平整度与尺寸 稳定性增加。

五、板材问题分析
粘结力差(发泡分层)
可能原因 :



物理发泡剂具有增塑作用,对泡沫的力学性能有影响
发泡剂对泡沫的防火性能影响很大
聚氨酯泡沫配方中物理发泡剂的特性

发泡时不参与反应,但会受热气化 发泡剂越多,反应混合物的粘度越低,流动性越好;发泡 剂太少会降低流动性能 如果发泡前,发泡剂没有真正的溶解于多元醇中,过多的 发泡剂会产生问题



Байду номын сангаас
原料的温度




原料的温度将直接影响反应速度,对系统的流动性和填充效果产 生很大的影响 原料温度一般控制在25℃左右 温度过高,会加快反应速度,降低泡沫脆性,使物料的流动性变 差,泡沫密度分布差 温度过低会延长液体混合物的流动过程,但导致泡沫脆性增加, 同时芯密度与填充密度差值(一般投入密度在43时,芯密度为 39左右)增加
泡沫密度在35-40kg/m3之间时,硬泡的绝热性能决定于:泡孔中气体的传导率占6570%,固体相传导率占20%左右,辐射占10%左右。随着密度的增加气体传导率和辐 射所占的比重逐渐减小,固体相传导率所占比重逐渐增加。
硬泡中主要发泡剂特性
化学名称 导热系数 (mW/m· K) 优点 141b 9 不燃 好的溶解性 245fa 12 不燃 365mfc 11 高闪点 c-Pentane 11 低的GWP 中等的溶解性 高闪点 便宜 用量少 易燃 中等溶解性 易爆 VOC


发泡剂
分类 化学发泡剂 异氰酸酯和水反应产生的二氧化碳 物理发泡剂 液体发泡剂—在环境温度下是液体,发泡时受热气化,如 碳氢化合物、245fa、141b 低沸点发泡剂—在环境温度下是气体,如HFC134a
发泡剂的类型和用量对泡沫性能的影响
发泡时,发泡剂的用量能影响凝胶时间/升起时间和流动 性 发泡剂的类型和用量决定泡沫密度 发泡剂的类型对泡沫的导热系数起决定性作用
缺点
有腐蚀性 容易产生小坑 ODP GWP
溶解性差 蒸汽压高 需要专门的冷却 GWP 泡沫粘结性差 贵 用量大
易燃 溶解性差 GWP 泡沫粘结性差 贵 用量大
添加剂—有机硅表面活性剂(聚醚-聚硅 氧烷)
特性:

在发泡过程中降低化学系统的表面张力 影响成核过程,从而影响泡孔的形成 在发泡过程中稳定整个化学系统 控制泡孔尺寸和形状 控制泡沫的闭孔率 影响泡沫的流动
基本反应

异氰酸酯和羟基反应
R-N=C=O + R’-OH → RNHCOOR’(氨基甲酸酯) 凝胶反应

异氰酸酯和水的反应
2 R-N=C=O + H2O → RNHCONHR + CO2 发泡反应 脲基甲酸酯反应 R-N=C=O + R’NHCOOR’’

→RNHCOR’NCOOR’’
交联反应

相关文档
最新文档