硬泡组合料技术的详细分析1

jet · 发表于 2010-6-7 09:56:56

用于硬质聚氨酯泡沫塑料制造的原料有聚醚多元醇(及聚酯多元醇)、多异氰酸酯等主要原料，以及发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、抗氧剂等助剂。在合成聚氨酯泡沫塑料所采用的配方中有关原料的作用如下：
原料名称                                                          主要作用
聚醚、聚酯或其它多元醇主                               反应原料
多异氰酸酯（如粗MDI 等）                            主反应原料
水链增长剂，化学发泡剂(产生CO2)
物理发泡剂(如HCFC-141b、戊烷等)                气化后作为气泡的来源，并可移去反应热
交联剂                                                          提高泡沫的机械性能
催化剂                                                          催化发泡及凝胶反应
泡沫稳定剂                                                    使泡沫稳定，并控制泡孔的大小和结构
抗氧剂                                                          提高抗热、氧老化，湿老化性能
阻燃剂                                                          使泡沫塑料具有阻燃性
颜料                                                             提供各种色泽
各种泡沫生产工艺的开发，以及近十年来CFC替代技术等，每一步技术发展，都依赖于聚醚多元醇、异氰酸酯体系及助剂新品种的开发。多种CFC替代发泡技术，每一种发泡体系对原料及助剂的要求不同。
聚氨酯泡沫塑料作为聚氨酯制品一大门类，原料品种多，范围广，下面对泡沫体系用的多元醇、异氰酸酯及助剂品种，特别是新型原料等作一介绍。
4.1 多元醇
聚醚多元醇是聚氨酯泡沫塑料业用量最大的多元醇原料，聚异氰脲酸酯硬泡也采用聚酯多元醇作为原料。聚氨酯发展初期，所用的有机多元醇主要是以煤化学为基础的聚酯多元醇及农副产品蓖麻油为基础的多元醇化合物，石油化工的发展提供了大量的氧化烯烃，为聚醚多元醇的开发奠定了基础，聚醚多元醇价格比聚酯多元醇低得多，泡沫性能好，在聚氨酯泡沫用多元醇中占主导地位。
聚醚的原料来源丰富，常规硬泡用聚醚多元醇的价格低廉，聚醚型聚氨酯耐水解性能好。
聚酯多元醇的优点是泡沫体强度大、粘接性好，延长率高，耐油性好，缺点是耐水解性能不及聚醚型泡沫。
4.1.1 聚醚多元醇
4.1.1.1 聚醚多元醇的起始剂及聚醚种类
通用聚醚多元醇的工业化生产一般以负离子催化开环聚合为主。通常以氢氧化钾(或氢氧化钠)或二甲胺为催化剂，以甘油或蔗糖等小分子多元醇或其它含活泼氢化合物如胺、醇胺为起始剂，以氧化丙烯(环氧丙烷，简称PO)或者氧化丙烯和氧化乙烯 (环氧乙烷，简称EO)的混合物为单体，在一定的温度及压力下进行开环聚合，得到粗聚醚，再经过中和、精制等步骤，得到聚醚成品。
聚醚在生产后应立即加入抗氧剂，不加保护的聚醚会逐渐被氧化而生成过氧化物。在大块泡沫塑料的生产中过氧化物会引发泡沫熟化前期的热降解，造成泡沫烧芯甚至自燃。广泛使用的抗氧剂是空间位阻酚，例如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。还常加微量吩噻嗪，后者与空间位阻酚有协同效应，可抑制泡沫生产过程的高温氧化。
环氧丙烷进行开环聚合制得的聚醚多元醇的端羟基基本上是仲羟基。在PO 开环聚合中引入EO 链段，可提高聚醚多元醇的亲水性及其与水、多异氰酸酯的混溶性。
用于各种聚氨酯泡沫塑料的典型聚醚多元醇见表4-1。
表 4-1 聚醚多元醇的种类和用途
官能度
起始剂氧化烯烃相对分子质量用途
2
乙二醇、丙二醇、二乙二
醇、二丙二醇、水等
PO
PO/EO
200～ 4000
PU 弹性体类材料，软质、半
硬质泡沫塑料等
3
丙三醇、三羟甲基丙烷、
三乙醇胺等
PO
PO/EO 400～ 6000
软质、半硬质泡沫塑料及弹性
体类材料等
4
季戊四醇、乙二胺、甲苯
二胺等
PO
PO/EO
400～ 800 硬泡、半硬泡、软泡
5 木糖醇、二乙烯三胺等
PO
PO/EO
500～ 800 硬泡
6
山梨醇、甘露醇、a-甲基
葡萄糖甙
PO
PO/EO
1000 以下硬泡
8 蔗糖
PO
PO/EO
500～ 15000 硬泡、高负荷软泡
聚醚多元醇的性能与起始剂关系密切，也与分子中氧化烯烃链长度及排列结构有关。聚醚多元醇的官能度取决于合成时所选择的起始剂的种类及其活泼氢的数目。作为聚醚多元醇合成的起始剂，种类较多，品种繁杂，但按起始剂的活性基团性质区分，用于聚醚多元醇合成的起始剂主要有含羟基化合物及含胺基化合物二大类。最常用的起始剂有丙二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、甘露醇、山梨醇、季戊四醇、蔗糖、木糖醇、乙二胺、三乙醇胺、甲苯二胺等。为了得到合适的官能度及粘度等性质的聚醚多元醇，有时采用混合起始剂生产聚醚。
水也可作为二官能度起始剂参与氧化烯烃的聚合反应，水参加反应降低了聚醚的平均相对分子质量。故多元醇(胺)起始剂中含水量应控制得尽可能低。
以胺类化合物为起始剂的聚醚多元醇具有自催化作用，与多异氰酸酯的反应活性较高，可减少胺催化剂的用量。以芳香族二胺类化合物为起始剂的聚醚多元醇，发泡后期固化较快，生成的泡沫塑料强度高、导热系数小。起始剂的价格对聚醚多元醇生产成本影响较大。基于价格因素，通用的硬泡聚醚多元醇大多是以蔗糖及其混合物为起始剂。

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