聚氨酯硬泡生产工艺(7)

泡沫中有空隙或裂痕

e)混合/成核气体用量过高 将流入混合头的气体限制到最小需要值,以便得 到满意的泡孔结构.

清洁混合头,若需要稳定气体流速,则更换气阀

a)面材温度太低 提高夹具或压板的温度,或增加保压时间,以达 到注射泡沫混合物之前的平衡温度 b)不足以维持与面材良好接 触的过填充量

增加过填充量或增加发泡剂用量

c)发泡过程中异氰酸酯过量 检查计量比例,校正到标准比例 d)面材被油脂或其它影响发 泡的物质污染

清洁,若需要在发泡之前对面材进行脱脂 泡沫与面材粘结性差

e)泡孔或吸附面层的水分过 量

使用前干燥面材

a)夹具保压时间太短 增加夹具保压时间 从夹具或压力机上取下

的泡沫制品变形 b)泡沫过填充量太高 以不大于5%的比例逐步减少注料量或减少发泡

剂的用量 103—

六章 聚异氰脲酸酯泡沫塑料

聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫塑料是指分子结构中含有异氰脲酸酯环的硬质泡沫塑料. 聚异氰脲酸酯泡沫塑料与硬质聚氨酯泡沫塑料相比较,有以下几个特点.

(1)耐热性好 它能在150℃长期使用,尺寸变化率≤1%.短期使用温度则更高.硬 质聚氨酯泡沫塑料,若在此温度长期使用,强度明显下降,外观与尺寸也发生变化. (2)耐火焰贯穿性好 厚度为2.5cm左右的聚异氰脲酸酯泡沫塑料板,用丙烷火焰对 着它的一侧中心灼烧,30min左右才能把泡沫塑料板烧穿.高密度聚异氰脲酸酯泡沫塑料和

加入无机填料的品种,火焰贯穿时间更长,甚至可达几个小时.硬质聚氨酯泡沫塑料,在同

等条件下,一般几分钟就烧穿了. (3)燃烧时发烟量低.

聚异氰脲酸酯泡沫塑料所用原料及成型方法与聚氨酯泡沫塑料基本相同.由于它的性能

优良,容易成型,现已用于冷冻,运输和建筑部门.以聚异氰脲酸酯泡沫塑料为芯材的复合

板材,重量轻,隔音,隔热效果好,可用作房屋的墙板和屋顶等构件. 6.1 制备聚异氰脲酸酯泡沫塑料的技术路线

含异氰脲酸酯环的泡沫塑料可用两种技术路线制备.

(1)先合成含有异氰脲酸酯环的多元醇,然后与异氰酸酯反应.例如:

把上述聚醚多元醇与异氰酸酯反应,生成含有异氰脲酸酯环的泡沫塑料.

(2) 以异氰酸酯为原料,在催化剂存在下,生成分子中含有异氰脲酸酯环的泡沫塑料.

这个过程的化学反应式是: 三聚体(异氰脲酸酯)

工业生产中,聚异氰脲酸酯泡沫塑料都是以这种技术路线生产的.以下内容都是这个路 .

氧丙烷 OO O n m l

CH2CH2O(CH2 CH O) H CH3

OCH2CH2 CH2CH2O(CH2 CH O) H N C N C N C O +

CH3CH3

H(OCH CH2) CH3

HOCH2CH2 O

CH2 CH CH2CH2OH CH2CH2OH N C N C N C O O OO

HOCH2CH2 CH2CH2OH CH2CH2OH N C

N C N C

O异氰脲酸 3 H

环氧乙烷 OO + O

CH2 CH2 H H N C N C N C O

R NCO3 RR R OO O C N C N C N

三聚催化剂 104—

6.2 聚异氰脲酸酯泡沫塑料的改性

未经改性的聚异氰脲酸酯泡沫塑料,由于太脆等原因,没有多少使用价值.多年来,科 学家们做了大量的改性研究工作,在异氰脲酸酯环之间引入氨基甲酸酯,恶唑烷酮,碳化二

亚胺和酰胺基等.目的是使聚异氰脲酸酯泡沫塑料成为具有实用意义的制品. 6.2.1 氨基甲酸酯改性

引入氨基甲酸酯是降低聚异氰脲酸酯泡沫塑料的脆性和增加韧性的最有效的方法. 氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯结构是:

氨基甲酸酯的引入将降低聚异氰脲酸酯泡沫塑料的耐燃性.随着氨基甲酸酯含量的增

加,这种负面影响也增大.图6-1表示加入聚氨酯后对泡沫塑料热失重曲线的影响. 1-聚异氰脲酸酯泡沫(低聚氨酯含量)

2—含20%聚氨酯的聚异氰脲酸酯泡沫塑料

图6-1 氨基甲酸酯对聚异氰脲酸酯泡沫塑料热失重的影响

因此,选择适当的氨基甲酸酯的含量是很重要的.以甘露醇-氧化丙烯聚醚多元醇为例, 当OH与NCO的摩尔比在0.1～0.2范围内,泡沫塑料的耐热性和耐火焰贯穿性最佳,其它

性能也较好.

用聚酯多元醇生产的聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料技术,已得到广泛的应用. 6.2.2 环氧树脂改性

用环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料时,环氧树脂中的环氧基与异氰脲酸酯基反应生

成恶唑烷酮结构,化学反应式是:

环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料可用一步法成型,也可用预聚法成型.前一种方法异氰酸酯环氧树脂恶唑烷酮 R NCO 105—

所得的泡沫塑料较后一种方法脆.

三氯化铁对这种预聚体的生成有催化作用,粗异氰酸酯中存在少量杂质三氯化铁,故不

必另加催化剂.

环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料中,往往同时加入多元醇,成为三元体系的制品. 考虑到泡沫塑料的综合性能,三种成分的比例在一定范围较为合适(图6-2). 图6-2 三元体系泡沫塑料的最佳范围

这类泡沫塑料,一般到250℃才开始有较明显的失重现象. 6.2.3 碳化二亚胺改性

聚碳化二亚胺是由多异氰酸酯缩合,脱去二氧化碳而生成的.其结构式可以表示为: 碳化二亚胺的生成反应,需要加入催化剂.某些含磷化合物可作为催化剂.制备泡沫塑 料时,一般采用预聚法,先制成含碳化二亚胺结构的预聚体.

碳化二亚胺改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料有很高的耐热性.表6-1列出四种结构在400℃

时的失重情况.

表6-1 四种结构的热失重 品 种 400℃时的热失重/% 碳化二亚胺-异氰脲酸酯 5.5 异氰脲酸酯 15.0

氨基甲酸酯-异氰脲酸酯 39.0 氨基甲酸酯 50.0

异氰酸酯和酸酐反应生成酰亚胺和二氧化碳,利用这个反应可制得聚酰亚胺改性聚异氰 脲酸酯.

碳化二亚胺和酰亚胺生成过程中,放出大量二氧化碳,使泡沫塑料结构中开孔率增加, 热导率增大,影响绝热的效果.在实际应用中很少利用这类反应.

以上这些改进方法中,只有聚氨酯改性法的反应较易控制,其它方法的反应较难控制,

.2.1 高压发泡机工作原理

高压机的工作原理是把原料的压力能转化为动能,使其在极小的空间内高速混合.在进

行低压循环时,原料从料罐内流入计量泵,经过分流阀,热交换器,再回流入料罐,全线的

管道都是大管径,没有阻力所以压力很低.在进行高压循环或灌注时,分流阀关闭了,原料

在灌注头内经过一个可调的喷嘴,由于通道缩小,强行把压力提升,同时流速增加,两种原

料在从喷嘴喷出时高速碰撞,互相充分混合,所以均匀程度比传统的机械式搅拌器要好得多.

图7-2为PUROMAT高压发泡机工作原理示意图. 图7-2 高压发泡机结构和工作原理图 7.2.2 高压发泡机结构组成

一台高压发泡机主要组成结构包括料罐,泵,混合枪头,液压系统,恒温系统,控制系 统以及辅助系统等.

1.物料贮存,配制及恒温系统

物料贮罐多采用带有搅拌,并有夹套或盘管恒温装置的反应釜,材质多为不锈钢,若使 用碳钢反应釜,则应在内表面采用化学镀,金属或塑料喷涂或刷防腐涂料等方法,镀上不与

多元醇和异氰酸酯组分反应并能抵抗其侵蚀的防锈层.高压机的随机工作贮罐一般都比较

小,多为300～500L之间,用于直接向计量泵供料.大多数生产厂家都使用配制好的组合

聚醚,因此不再需要在生产现场配料.若生产者需要自己配制多元醇及异氰酸酯组分,则应

另设较大的配料釜,搅拌配制均匀后向高压机工作料罐供料.为了能保证连续生产并保持料

液的温度恒定,工作料罐除配有独立的恒温系统外,一般配备液面控制自动补料设备,及时

从原料桶或配制釜中少量多次补充原料,保持工作料罐液面稳定并经常处于满罐状态,从而

保证料液温度波动小,稳定在工艺要求的范围内.

在高压发泡机中需使用耐压0.4～0.6MPa的压力罐,以干燥的氮气或空气加压向计量泵

供料.若需要另加辅助发泡剂,则应根据选用的辅助发泡剂品种,确定对料罐的相应要求.

一般发泡设备中都配有单独的恒温系统,可以独立制冷或加热,用水作传热介质,并通过冷

热水系统与物料贮罐结合起来成为独立的恒温调节体系,除工作料罐的夹套或盘管外,通常

在回流管路中还装有热交换器,以强化对物料温度的控制,保证生产过程中物料温度的稳定. 2.计量系统

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