硬质聚氨酯泡沫PPT课件.ppt
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1、硬硬质质聚氨聚氨酯酯泡沫泡沫化学原理及生化学原理及生产产工工艺艺主主讲讲人:王永杰人:王永杰 山山东铝业职业东铝业职业学院学院1.一、硬一、硬质质聚氨聚氨酯简酯简介介n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n分子间交联,具有不溶性、耐热性、强度高等物理性质n广泛应用于汽车、建筑、家电等领域2.二、硬二、硬质质聚氨聚氨酯酯泡沫化学原理泡沫化学原理 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。3.基本
2、反基本反应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+RNHCOOR RNHCORNCOOR 交联反应缩二脲反应 R-N=C=O+RNHCONHR RNHCORNCONHR 交联反应 4.三、硬三、硬质质聚氨聚氨酯酯的原料的原料组组成及作用成及作用n异异氰氰酸酸酯酯(黑料)(黑料)n多元醇多元醇(白料)(白料)n发发泡泡剂剂n添加添加剂剂有机硅表面活性有机硅表面活性剂剂(聚聚醚醚-聚硅氧聚硅氧烷烷)n添加添加剂剂催化催化剂剂n添加添加剂剂阻燃
3、阻燃剂剂5.异异氰氰酸酸酯酯(黑料)(黑料)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6.多元醇(白料)多元醇(白料)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。7.聚醚多元醇聚醚多元醇是由多羟基醇(乙二醇、
4、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)山梨醇 山梨醇和丙二醇 泡沫均匀 (6个羟基)8.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。9.发泡指数(异氰酸根指数)n指数(Index)体现了异氰酸根基团和羟基的一种关系n指数=异氰酸根的量/羟基的量nIndex100可确保羟基能完全反应
5、掉。硬泡系统是典型的异氰酸根过量的系统(Index100),系统指数低于100,泡沫会收缩n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。n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180350的指数下加工的。10.发发泡泡剂剂分类化学发泡剂 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HFC134a11.发泡剂的类型和用量对泡沫性能的影响 n发泡时,发泡剂的用量能影响凝胶时间/升起时间和
6、流动性n发泡剂的类型和用量决定泡沫密度n发泡剂的类型对泡沫的导热系数起决定性作用n物理发泡剂具有增塑作用,对泡沫的力学性能有影响n发泡剂对泡沫的防火性能影响很大12.聚氨酯泡沫配方中物理发泡剂的特性n发泡时不参与反应,但会受热气化n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n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13.化学发泡剂(水)在聚氨酯配方中的特性n与异氰酸酯反应生成二氧化碳和脲n水越多流动性越好但泡沫越脆n水太少会降低流动性,影响泡沫的物理性能14.聚氨酯硬泡的导热系数=s+r+g:聚氨酯硬泡的导热系数s:聚氨酯树脂基体的导热系数
7、(结构、密度)r:辐射(密度、泡孔尺寸,T3)g:封闭的泡孔中气体的导热系数(发泡剂类型、泡孔尺寸)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65-70%,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。15.硬泡种主要发泡剂特性化学名称141b245fa365mfcc-Pentane导热系数(mW/mK)9121111优点不燃好的溶解性不燃高闪点低的GWP中等的溶解性高闪点便宜用量少缺点有腐蚀性容易产生小坑ODPGWP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
8、解性差GWP泡沫粘结性差贵用量大易燃中等溶解性易爆VOC16.发发泡泡剂选择剂选择 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。软质泡沫塑料常用水或水和氟烃类的混合物作发泡剂,一般认为水可使泡沫材料得到较大的开孔率。也可以用二氯甲烷和二氟三氯甲烷(F-11)混合发泡剂,降低密度,同时使链节中取代脲键的密度降低,增加柔软性。硬泡制品闭孔率较大,多用氟烃类作发泡剂。17.添加添加剂剂有机硅表面活性有机硅表面活性剂剂(聚聚醚醚-聚硅聚硅氧氧烷烷)特性:特性:n在发泡过程中降低化学系统的表面张力n影响成核过程,从而影响泡孔的形成n在发泡过程中稳定整个化学系统n控制泡孔尺寸和形状n控制
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