XPS生产用发泡剂的选择201512

1,XPS板材生产用发泡剂的选择,信春玲010-6445292013910724559xincl北京化工大学机电工程学院,XPS生产用发泡剂的选用原则,发泡剂对PS的塑化作用,发泡剂在PS中的溶解与扩散,发泡剂的理化性能,引言,主要内容,1引言,3,XPS板材生产工艺,1引言,4,发泡剂是XPS生产的主要关键原料,板材的密度板材的导热系数尺寸稳定性挤出工艺设备要求生产成本,-对制品综合性能及生产稳定性有重要影响,1引言,5,发泡剂是XPS生产的主要关键原料,什么样的发泡剂？添加多少？,HCFC-142a,HCFC-22？丁烷、戊烷？CO2？乙醇、甲醇？二甲醚？HFC-152a，HFC-134a?HFO-1234ze?,？,1引言,6,物理发泡剂的发展历史,Before1990s,after2010,Later1990s,Potential,1引言,7,环境友好性是推动发泡剂替代的主要动力。也是发泡剂选用的首要和基本要求。,发泡剂的理化性能发泡剂在PS中的溶解与扩散发泡剂对PS的增塑作用,2发泡剂的理化特性,8,沸点（boilingpoint)蒸汽压(vaporpressure)分子量（molecularweight)导热系数(thermalconductivity),物理性能,化学性能,反应性（惰性）可燃性对人身健康危害性,2发泡剂的理化特性,9,2.1发泡剂的物理性能,沸点（boilingpoint),液态,气态,与环境压力有关,常温下为液体,环境温度(泡孔内温度）低于发泡剂沸点，发泡剂液化，不能促进泡孔生长，且易造成制品收缩变形,发泡剂的沸点低于37.8,2发泡剂的理化特性,10,蒸汽压（vaporpressure),25时的饱和蒸汽压,沸点越低，蒸汽压越高，发泡时需要更高的机头压力以防止以预发泡,可发泡性强，能促进泡孔进一步生长,2发泡剂的理化特性,11,分子量（molecularweight),100g的142b，气体体积V46g的二甲醚，气体体积V,温度T和压力P相同情况下,想得到发泡倍率相同的XPS板材，用二甲醚取代142b，添加量为原用量的46/100丁烷58/100152a66/100,不考虑发泡剂扩散逃逸，,用较低分子量的发泡剂替代高分子量的发泡剂时，尽管发泡倍率相同，其用量会相应减小。,2发泡剂的理化特性,12,导热系数（g）,=s+g+r,:XPS板材的导热系数s：PS固体部分的导热系数g：发泡剂的导热系数r：辐射传热系数,发泡剂导热系数对XPS板材的隔热性能贡献有多大？,2发泡剂的理化特性,13,XPS中发泡剂含量随时间衰减,ZhenjinZhu,JinHoZong,C.B.Park,ManojChoudhar,EffectoflossofblowingagentsonthermalinsulationpropertiesofPSfoams,JournalofHeattransfer,2009,vol131,XPS导热系数随时间变化,发泡剂含量衰减对XPS导热系数的影响,2发泡剂的理化特性,14,发泡剂含量衰减对XPS导热系数的影响,Dow化学实际实验结果,142b,134a,152a,CO2,5cm,32kg/m3,2发泡剂的理化特性,15,泡孔尺寸对辐射传热的影响,减小泡孔尺寸，辐射传热降低，XPS导热系数降低；泡孔密度提高，XPS的导热系数减小。,石墨,微观结构,引入红外吸收剂,降低25%,保温厚度可降低25%,密度降低30%,原料节省30%,25,30,35,40,45,25,30,35,40,45,densitykg/m,mW/mxK,XPS/CO2,红外吸收,33,8,OhioStateUniversity,2发泡剂的理化特性,17,2.2发泡剂的化学性能,反应性（惰性）可燃性对人身健康危害性,安全性,易燃易爆危险品火灾危险性分级及试验方法：易燃易爆危险品火灾危险性分级，按照爆炸极限将易燃气体分为两级：级爆炸下限10%；或不论爆炸下限，爆炸范围12%级10%爆炸下限13%，且爆炸极限范围12%,可燃性,2发泡剂的理化特性,18,根据国家标准建筑设计防火规范（GB50016）将易燃液体的火灾危险性分为二类：,甲类：爆炸下限10%的气体；乙类：爆炸下限10%的气体。,2发泡剂的理化特性,19,根据火灾危险性等级和建筑设计防火规范（GB50016-2006）要求，进行厂区规划和建筑防火设计。,单独设置高压泵房，并安装通风系统，与XPS生产车间有安全距离；XPS生产车间安装通风排气系统、可燃气体检测系统；电气安全；建立安全生产规章制度；编制应急预案。,二氧化碳技术制备挤塑聚苯乙烯泡沫板安全生产白皮书,2发泡剂的理化特性,20,对人身健康危害性,二氟乙烷（152a）有窒息作用。过量接触引起眩晕、定向障碍、易激动、中枢神经系统抑制等。,二甲醚对呼吸道和眼睛有轻微的刺激作用,对神经系统有影响。,甲醇对人体的神经系统和血液系统影响最大，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视力减退、消化障碍。我国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为50mg/m，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具。,21,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,3.1发泡剂在PS中的溶解,气体/聚合物均相溶液,发泡过程：,泡孔成核及生长,固化定型,22,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,CO2注气量5wt%,一阶挤出机压力大于15MPa机头压力大于8MPa,随压力增大，S增大随温度升高，S降低,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,23,不同发泡剂在PS中的溶解度,190,100,CO2的溶解度远低于HCFC,HFC,醇类,二氧化碳发泡工艺的话，要求更高的挤出压力,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,24,加工设备对发泡剂溶解的影响,CO2在PS中的溶解度（215）,双螺杆挤出机中CO2在PS中的溶解,双螺杆挤出机更强的分散混合能力使气体团聚体细化，扩散入聚合物中的路径缩短，从而溶解量增加,停留时间,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,25,共发泡剂,提高二氧化碳的溶解度,S.H.Mahmood,C.Xin,P.Gong,J.H.Lee,G.Li,andC.B.Park*,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,26,共发泡剂,饱和压力主要由CO2含量决定，CO2的溶解度没有变化,在一定的压力下，总的发泡剂的溶解度可以提高,RichardGendron，MichelF.Champagne,FoamingpolystyrenewithamixtureofCO2andethanol,Journalofcellularplastics,volume42,2006,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,27,提高加工压力；降低加工温度；改善混合效率；延长混合时间选用共发泡剂,提高发泡剂溶解的措施：,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,28,3.2发泡剂在PS中的扩散,溶解,发泡工艺过程：,扩散系数D，均相溶液形成时间缩短,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,29,3.2发泡剂在PS中的扩散,气泡生长：,生长的动力：气泡内外的压差,扩散系数D影响泡孔生长速率,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,30,3.2发泡剂在PS中的扩散,气泡定型：,如果DBADair，T没有冷却到Tg或Tm以下，发泡材料起皱、收缩,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,31,影响发泡剂在PS中扩散的因素,Fick定律,P,压力升高，扩散系数增大；温度升高，扩散系数增大；,T,工艺条件对扩散系数的影响,3发泡剂在PS中的溶解和扩散,32,发泡剂种类不同，扩散系数不同,CO2扩散系数比142b大104,泡孔生长速率大大提高，机头内泡孔生长，制品有褶皱,口模结构优化设计,4发泡剂对PS的增塑作用,33,4.1降低熔体粘度,压力降低电流/扭矩降低,挤出工艺参数：,在线流变仪,注气量温度,4发泡剂对PS的增塑作用,34,4.2玻璃化转变温度（Tg）降低,发泡剂注气量增加，Tg降低,注气量相同情况下，分子量小的发泡剂Tg降低更多,4发泡剂对PS的增塑作用,35,复合发泡剂,乙醇加入提高了总发泡剂的溶解度，相应增塑作用增加,板面质量达到改善容重降低设备载荷降低,5XPS生产用发泡剂的选用原则,36,环境友好性是发泡剂选用的首要和基本要求CO2是目前XPS生产的主要替代发泡剂安全性是重要考虑因素选用沸点较低的发泡剂，提高制品尺寸稳定性发泡剂注入量的主要依据-溶解度加工工艺调节主要考虑及参考依据-发泡剂的增塑作用,5XPS生产用发泡剂的选用原则,37,共发泡剂HFC有利于提高制品的导热系数,但HFC-134a,152a较高的GWP值，面临被淘汰（欧洲已经开始）,霍尼韦尔公司已经实现工业化生产，并商品化,新一代的含氟发泡剂-氟代烯烃（HFO）类,零ODP，低GWP值（15）,5XPS生产用发泡剂的选用原则,38,分子量较大，相同比重情况下，注气量溶解度需