不同发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料 - 图文-

1、综述揣臻鬻怎恐。1然蕙不同发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料李力庆朱更生谭邦会(中国石油化工集团公司北京化工研究院,100013综述了硬质聚氨酯泡沫塑料中使用的发泡剂。1c一245fa、m一365r血和戊烷系列碳氢化合物是目前最具竞争力的发泡剂。关键词:发泡剂聚氨酯硬质泡沫塑料根据社会的发展及环保的要求,氟氯烃类化合物(cFCs被禁止使用,一些新型发泡剂相继出现。本文就用于聚氨酯泡沫塑料的几种发泡剂作一简要介绍。1用于聚氨酯泡沫塑料的发泡剂聚氨酯泡沫塑料是一种性能优良的绝热材料和结构材料,它的主要特点是具有多孔性,因而密度小,比强度高。聚氨酯泡沫塑料的主要原料为异氰酸酯、多元醇化合物和助剂,其中发泡剂

2、是主要助剂之一。用于硬质聚氨酯泡沫塑料中发泡剂的主要品种有CFCs、氢氟氯烃类化合物(HCFCs、氢氟烃类化合物(HFCs、戊烷系列碳氢化合物、C02等。2氟里昂发泡剂CFCll不燃烧,无腐蚀性,蒸汽导热系数低,毒性低,沸点适宜,化学性能稳定,使用安全。制备的硬质聚氨酯泡沫塑料性能优异,机械强度高,尺寸稳定性好,导热系数低,加工成型性好。cFc一1l作发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料具有极低的导热性,可以应用于许多领域。首先,以CFC一11为发泡剂的泡沫塑料是闭孔型的。这是由于cFC一1l沸点低,室温条件下是液体,操作方便,汽化热较小,在发泡过程中易汽化,且形成的泡孔壁保持完整无损,不会因泡孔内部气

3、体压力增大而破裂,cFC一11蒸发时会“冷却”反应混合物,延缓压力增高,直到泡孔壁变硬为止。其次,CFC一1l不溶于已形成的高聚物中,而易溶于液态聚醚或聚酯多元醇中。极微量的CFC一1l可以通过泡沫塑料的泡孔壁扩散,但绝大部分保留在泡孔内。表1为CFC一11作发泡剂的硬泡性能。裹l a一11作发泡剂的硬泡性能注入发泡项目指标密度/(gcm。0.030O.03520世纪60年代,硬质聚氨酯泡沫塑料取得了突破性的进展,并大规模应用于社会。其主要原因是:石油化学工业的发展为聚氨酯工业提供了大量廉价的环氧乙烷和环氧丙烷,合成出成本低、粘度低的聚醚多元醇。CFC一11作发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料是一种性

4、能优良的绝缘材料和结构材料,在冷藏、冷冻业中始终起着至关重要的作用,并广泛应用于建筑、汽车、家电和军工等领域。在聚氨酯材料各类制品中,产量一直占据相当大的比例。收稿日期:2000一1l一06。作者简介:李力庆,38岁,硕士,1988年毕业于北京服装学院,多年从事聚氨酯研究工作,现正攻读四川大学博士研究生。第3期李力庆等.不同发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料3CFCs的替代品科学研究证明,CFCs对大气臭氧层有严重的破坏作用。CFCs进入大气后,在对流层中不能分解;到同温层后,在强烈的紫外线照射下,分解出氯原子,氯原子能与臭氧反应,因而消耗了同温层的臭氧。大气中的臭氧是地球上生物防止太阳紫外线过度照射

5、的天然屏障。紫外线照射量过大,将严重影响人类的健康,破坏生态环境。这一严峻的世界性问题引起了各国政府的高度关注。1987年30多个国家签署了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书,决定逐步削减、禁止使用这类化合物。1992年在哥本哈根举行的国际会议上,决定禁止使用CFCs的期限定为1996年1月1日,发展中国家可适当延迟此期限。经过多年努力,目前CFCs的替代品发泡技术已用于硬质聚氨酯泡沫塑料中。第一类CFC一11的替代品是HCFCs【2“l。由于氢碳成分增多,氯的含量减少,从而具有降低大气污染的效果。但是,由于臭氧消耗系数(ODP值较大,HCFCs也只是一种过渡性的发泡剂。用作硬质聚氨酯泡沫塑料

6、发泡剂的主要化合物是HcFC141b,其次是HcFC一22等。表2是HCFC一141b的物理性能。裹2Ha一141b的物理性能项目指标分子式分子量沸点/气体导热系数(60/【J(mhK空气中的燃烧极限(体积分数,%毒性(Du P0nt允许暴露浓度AEL0DP全球温室潜能(GwPCCkFC珏117.032.O 1】41.47.316.O500×10一6O.11O.12HcFC一14lb的沸点与CFC11较为接近,室温下是液体,不需要投资更改原有的发泡设备;在聚醚多元醇中溶解性好;气体导热系数虽比CFc一11略高,但与大多数cFC一1l替代品相比,导热系数较小、低毒。HcFC141b上述

7、这些优点,使该材料在美国等国家和地区得到广泛的应用。但是,与CFC一11相比,HCFC一14lb极性较高的缺点影响着聚氨酯基体材料,导致硬质泡沫塑料压缩强度下降、尺寸稳定性变差。要克服这些缺点,必须对HCFC一141b发泡的原料体系进行改进,应提高聚醚多元醇分子的刚性和官能度,适当调整异氰酸酯和多元醇的比例,增加泡沫体中分子结构的交联度。使用HCFC一14lb作发泡剂的硬泡性能见表3。表3Ha一14lb作发泡剂的硬泡性能引HCFCs的ODP值较大,同样对大气臭氧层起破坏作用,属于一种过渡性的发泡剂,象HCFC141b这样的氟氯烃发泡剂将于2004年1月1日从欧洲及北美市场退出,所以世界上几大氟

8、产品制造厂商相继开发制造了氟氯烃发泡剂的替代物(HFCs。第二类cFC一11的替代品是无氯氟里昂(HFCs,该化合物分子中不含氯原子,ODP值为零,是一种很有发展前途的发泡剂,目前开发研制基本完成。这类化合物中较受关注的品种有HFC134a、HFC一152a、HFC一356In、HFC一245fa、HFC一365mfc等。其中有2种化合物被视为2l世纪最有希望的发泡剂,它们是HF一獭.a、HFC一365mfc。据鲥vay mor und Derivate、H彻ey-weU和Elf A眦hem公司宣称,将加大投资力度进一步开发HFC一365mfc发泡剂,并将在近几年开始工业化生产新发泡剂。E1f

9、 A眈hem公司研究了HFc一245fa和HFC一365mfc这2种替代品,认为HFC一365mfc作为聚氨酯泡沫塑料发泡剂和溶剂是“最适当的HcFC14lb替代品”。第三类cFCll的替代品是戊烷系列碳氢化合物,ODP值为零,主要有3种:正戊烷、异戊烷和环戊烷。这类发泡剂最大的优势是价廉,但主要缺点是易燃,可与空气形成爆炸性混合物。环戊烷的气体导热系数均比正戊烷、异戊烷小,对应的泡沫塑料的导热系数也是环戊烷最低,所以,硬质聚氨酯泡沫塑料主要是以环戊烷作发泡剂。在欧洲,主要使用环戊烷作为发泡剂应用于硬质聚氨酯泡沫塑料中。近几年,中国石油化工集团公司北京化工研究院在这方面也作了大量的工作。第四类

10、CFCll的替代品是C伤,利用水与异氰酸酯反应生成C02或直接使用液态C02作发泡剂。以异氰酸酯和水反应生成的C02作发泡荆,60合成树脂及塑料2001年第18卷习惯上称之为水发泡。水发泡的优点是CQ的ODP值为零,无毒、安全,不用投资改造发泡设备,投资较低,因而有一定吸引力。缺点是发泡过程中多元醇组分粘度较高,发泡压力和泡沫温度都较高,泡沫塑料与基材的粘合性变差,而最大的缺点是硬泡的导热系数高。表4显示冷冻集装箱用C02发泡的硬泡性能。裹4冷冻集装箱用CQ发泡的硬泡性能项目全水发泡性能平均密度/(奴m。压缩强度/kPa剪切强度/kPa拉伸强度/kP8粘合强度/kP8导热系数/【J(m.hK。

11、】65 350 500 450 650 1051993年,中国石油化工集团公司北京化工研究院开发研制了以水为发泡剂的聚酯型硬质聚氨酯泡沫塑料HE一0402,研制的材料具有很高的机械强度、优良的电性能,技术指标和工艺适应性均达到和超过了国外同类产品的水平。性能指标见表5。裹5以水为发泡剂的聚酯型硬质聚氨醋泡沫塑料性能项目指标密度/(奴m。介电常数/(100Hz损耗因子/(1cfoHz压缩强度/kPa拉伸强度/kPa导热系数/【J-(m“K。】吸水率。%(24h以液态CQ作发泡剂,是近几年开发的技术,目前主要用于软泡。应用在硬质泡沫塑料中的技术开发其目的是克服由异氰酸酯和水反应生成C02发泡方法的

12、缺点。表6为液态CQ与全水发泡的硬泡比较。表6液态CQ与全水发泡的硬泡比较参考文献l Du Pont,El硝0n研8.Div BuUetiII HR,1958:3l2B田tle毪PL,G托8zzojA,H脚I嘴lH S.J Cen Plast,1994,30(2:1261433B锄tI地I髓IyPP,I舯yA,F】旧lllliII JA,et a1.JCeU P:Iast,1995, 31(6:5135314于文杰,陈兴舫,宋晋等.中国聚氨酯工业协会第八次年会论文集,1996:685杨国智.第一届聚氨酯中国95国际会议论文集,1995:67 6P8t矗ck Ralei出.氨基甲酸酯技术,2000,7硒gid p0岫tha玳神mted pl嬲廿俗prqpared稍tllmf量-erent f.o枷ng agents“均孵,劢u&够慨,砌l砌劬城(SIN0砘BeiIIgRe啪h In出tute0f chical Indu岬,100013Abstnlct1K8p印er brieny reviewed the foaIlling agents use