聚氨酯硬泡全水聚醚的合成

摘要：采用特殊的起始剂和工艺合成了全水发泡聚氨酯硬泡用聚醚多元醇。该聚醚多元醇具有粘度低、尺寸稳定性好，特别是耐高温的特点（在耐热硬质泡沫配方中无需添加任何耐高温的助剂），其基本性能相当于通用的硬泡聚醚多元醇。该聚醚可单独用于全水发泡聚氨酯硬泡，在发泡过程对环境无不利影响，是环保型产品。介绍了以该聚醚为基础的聚氨酯硬泡的性能。
关键词：聚氨酯；全水发泡；聚醚多元醇；低粘度；泡沫塑料

当今，聚氨酯硬泡塑料作为保温材料已被广泛应用于储罐、冰箱、冰柜、冷库、管道、建筑等行业，并逐渐在填充料、防水、隔热保温层中应用。
传统的聚氨酯硬泡塑料是使用氟氯烃作发泡剂的。据科学表明，氟氯烃对大气的臭氧层有破坏作用。臭氧层破坏是当今全球性环境问题之一。为保护臭氧层，国际社会于1987年制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。我国1991年6月加入了经1990年修正的“关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书”。为切实履行国际公约，1993年国务院批准了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，在方案中规定了我国在2010年实现氟氯烃等主要消耗臭氧层物质的完全淘汰。在寻找作为发泡剂氟氯烃的替代品的过程中，人们发现水是最环保、最安全、最理想也是最便宜的发泡剂。在欧洲一些国家逐步采用全水发泡生产聚氨酯硬泡〔1〕。
在制备聚氨酯硬泡塑料中，用水作发泡剂的原理是用异氰酸酯与水反应生成的CO2气体作发泡剂，称之为全水发泡。CO2对臭氧层破坏效应的ODP值为零，也无任何毒副作用，是最环保的。
1  实验
1.1  聚醚多元醇的制备
1.2.1  主要原料
蔗糖等复合起始剂，含氮化合物（工业品），环氧丙烷（工业品，一级）。
1.1.2  主要设备及分析仪器
    2L高压反应釜、旋转粘度计、微量水分测定仪等。
1.1.3  聚醚多元醇的合成
向装有搅拌器、换热装置、温度显示器和压力显示器的高压釜中投入蔗糖等复合起始剂，开搅拌，抽真空，在负压情况下加入含氮化合物，升温至90℃通入环氧丙烷进行聚合反应。加完环氧丙烷后，于反应温度下熟化至零压力。经脱气、脱水，得合格的聚醚多元醇产品。
1.2  手工发泡
用手工自由发泡制备硬质聚氨酯泡沫塑料样品。
发泡条件：室温为15～25℃，料温为15～25℃。
发泡配方：
聚醚多元醇                110份
水                            5份
  N,N-二甲基环己胺         0.5份
硅油                          2份
具体操作：
将定量的聚醚多元醇、硅油、催化剂、水加入到500 mL的塑料杯中，用电动搅拌器搅拌均匀，向其中加入定量的MDI，快速混合10 s左右，倒入模具中进行自由发泡。测定乳白时间、纤维时间和不粘手时间，熟化72 h后检测密度、压缩强度、低温尺寸稳定性、高温尺寸稳定性等物性指标。
2  结果与讨论
1．该聚醚多元醇为单一型聚醚多元醇，不需复配其它任何聚醚多元醇即可配成组合白料进行发泡。
2．水在聚氨酯硬泡组合料中用量很小，起的稀释作用小，不能从根本上降低组合料的粘度，加之异氰酸酯与水反应释放大量的热，加速异氰酸酯与聚醚多元醇的反应，混合物流动性很快下降，浇注发泡时，物料无法充满整个模具，所以为了提高组合料的流动性，必须选用低粘度的聚醚多元醇。另外，对于全水发泡，CO2会逸出泡孔，导致泡沫收缩，降低其尺寸稳定性，因此在降粘度的同时要考虑，羟值不能太低，这就要求从选择起始剂的种类和配方来得到低粘度又不易缩泡的聚醚多元醇。
    我们选用合适的复合起始剂合成了羟值为380～420 mgKOH/g，粘度(25℃)为600～800 mPa·s的聚醚多元醇，如果有特殊需求，25℃粘度还可以降至400～500 mPa·s。
3．因为水与异氰酸酯反应生成脆性的脲键和异氰脲酸酯键，我们通过使用碱金属盐与胺类催化剂配合使用，改善了全水发泡泡沫的脆性〔2〕。
4．手工发泡样品检测数据见表1表1  手工发泡泡沫塑料性检测项目                                    检测数据密度kg/m3                                      30压缩强度kPa                                 215闭孔率％                                            >90体积变化率/％                                    25℃ 24h                                           <0.1100℃ 24h                                        <0.1150℃ 3h检测数据                         <1

5．该聚醚多元醇配成的组合料比普通型聚醚多元醇可节省60％～80％的催化剂。
3  结束语
本公司采用优良的复合起始剂和特殊工艺制备的单一型全水聚醚多元醇，已完成扩试生产。用该聚醚多元醇配制的全水组合料流动性良好，尺寸稳定性良好，贮存稳定性良好，可广泛应用于冷库、冰柜保温，建筑、管道保温，汽车行业及高温设备的保温等场合，并可直接利用以CFC-11作发泡剂的发泡设备。


醋酸钾                      1.5份
异氰酸酯PAPI            170 份

绿色环保--全水发泡聚氨酯系列组合料的特性
　　★无毒，无害，绿色环保。废料可回收再利用。
　　★A（白料聚醚酯多元醇）：B（异氰酸酯）的比值为1：0.8.
　　★自由发泡，泡沫密度由10kg／m³～600kg／m³之间任意调整。
　　★脱模时间短，仅为10分钟。泡沫体的上升时间与固化时间同时进行。
　　★泡沫的孔径小于0.5mm以下，孔径细小、分布均匀。
　　★耐温可达150℃／192h的检测，泡沫无粉化、开裂现象。
　　★泡沫的总损耗量为0.5％，泡沫不收缩。
　　★低温、高温状态下，无挥发正常发泡施工。
　　★粘接强度高，无需任何粘接可直喷于保温体。
　　★抗氧指数≥26～33.闭孔率98％。

★低粘度。流动性根据用户的需求可任意调整

★不破坏臭氧层。无温室效应。泡沫废料可回收再利用


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