聚氨酯泡沫材料（共7篇）
聚氨酯泡沫材料 篇1
SD-02耐高温聚氨酯泡沫保温材料采用了新型碳官能有机硅作为原料, 是一种有机硅、聚氨酯共改性的硬质聚异氰脲酸酯泡沫保温材料。普通的硬质聚氨酯泡沫材料的上限使用温度为130℃, 本泡沫材料耐温可达180℃, 且在高温下有较好的绝热性能。泡沫材料生产工艺合理, 制备过程不需要匀泡剂。钢管、保温材料层和保护外壳可采用整体式单一型保温结构, 制成直埋保温管, 适用于高温蒸汽管道、供热管道、石油输送管道以及其它场合的保温绝热。
市场预测
节约能源和保护环境是当今世界发展的主题之一, 城市实行集中供热是城市供热发展的必由之路, 实行城市集中供热符合环保和节能的要求, “热电联供”是城市发展集中供热的的主要手段, 国外一直在研制开发耐高温的泡沫保温材料。高温蒸汽的绝热保温, 长距离输送液体管道等对耐高温型的硬质泡沫保温材料的需求会越来越大, 随着“热电联供”的全面推广实行, 石油、航天等工业的不断发展, 耐高温聚氨酯泡沫保温材料的应用前景必将十分广阔。
生产条件
生产设备主要有原材料贮罐、计量泵、混合头和模具, 工艺流程简单, 易于操作, 投资少, 生产周期短。
合作方式:协商。
单位:山东大学科技开发部
地址:山东济南山大南路27号
邮编:250100
电话: (0531) 8369586 8362065
聚氨酯泡沫材料 篇2
硬质聚氨酯泡沫是通过混合液态的化学原料多元醇和异氰酸酯并以一种低沸点的液体作为发泡剂而形成的一种化学材料。在这种材料中多元醇和异氰酸酯混合后会产生一个发热反应, 发泡剂因这种反应热开始气化从而在材料中产生气泡孔。其主要化学反应式如下:[1]
(1) 异氰酸酯和羟基反应
R-N=C=O+R’-OH→RNHCOOR’ (氨基甲酸酯) 胶凝反应
(2) 异氰酸酯和水反应
2 R-N=C=O+H2O→RNHCONHR+CO2 (氨基甲酸酯) 发泡反应 (3) 脲基甲酸酯反应
R-N=C=O+R’NHCOOR”→RNHCOR’NCOOR”胶联反应
(4) 缩二脲反应
R-N=C=O+R’NHCONHR’→RNHCOR’NCONHR”胶联反应
2 硬质聚氨酯泡沫的特点
2.1 保温性能好。
硬质聚氨酯泡沫其属于一种高分子热聚型聚合物, 保温性能十分的优良高效, 由于其导热系数只有0.015~0.025W/ (m·K) 。所以它能有效地形成一层保温层在材料表面, 这样就可以阻之损失热能最大的热桥现象的发生。
2.2 稳定性强。
硬质聚氨酯泡沫可采用喷涂、粘接等多种方法与基体相连接, 这种良好的粘接能是保障稳定性的一个重要前提。同时经实验证明在低温、潮湿、自重、风荷载和外部撞击等多种不利负载因素的作用下, 硬质聚氨酯泡沫依然能够很好的与基体保持紧密的连接, 这样最大程度的防止了脱落想象的产生。
2.3 有较好的防火性能。
如把阻燃剂添加到聚氨酯材料中后, 可以使其形成一种难燃自熄性的材料, 把这种材料与胶粉聚苯颗粒浆料很合在一起后, 更可组成一个有效的防火体系, 这种防火体系在实际工程中能有效地防止火灾蔓延。如在建筑外墙表面及门窗口等侧面全部用这种防火胶粉聚苯颗粒材料严密包裹, 并采用厚型胶粉聚苯颖粒做防水抹灰面层, 将大大提高保温层的耐火性能。
2.4 抗湿热性能优良, 水密性好。
硬质聚氨酯泡沫材料具有优良的防水、隔汽性能, 材料本身不含水, 吸水率又很低, 能很好地阻断水和水蒸汽的渗透, 使基体保持一个良好、稳定的绝热状况, 这是目前其他保温材料难以实现的。如采用喷涂技术把硬质聚氨酯泡沫涂抹在物体表面的话, 可使基体表面基本没有接缝处, 从而使孔洞周边、门窗洞口周围等处更加严密, 使其具有更加良好的防水性能, 进而避免雨水进人内部造成危害。
2.5 耐撞击性能优良。
良好的耐撞击性能也是硬质聚氨酯泡沫材料的一大特点, 在作为外墙外保温材料时由于经常与外界接触, 如人员走动、物体搬运等都有可能对墙体产生撞击, 但硬质聚氯氨脂材料耐撞击性优良, 很少会因此产生损坏和脱落, 所以不会对外保温体系造成损害。并且在其上如安装空调或其他设备设施时, 面层也不会开裂或者穿孔。
2.6 抗变型能力优良。
通常硬质聚氨酯泡沫材料柔性变形量较大, 因此它抵抗外界变形能力很强, 在外力和温度变形等作用下不易发生裂缝, 这样可以有效地保证整体的稳定性、耐久性, 当所附着的主体结构产生正常变形, 诸如发生收缩、徐变、膨胀等情况时, 硬质聚氨酯泡沫也会逐层柔性渐变, 逐层释放应力, 因而不会产生裂缝或者脱落。
2.7 耐久性、吸声性、抗冻性优良。
耐久性好也是聚氨酯材料的一大特点, 通过以往的使用经验一般在25年内其都可以正常使用。同时由于聚氨酯材料孔隙率结构稳定, 内部基本上多为互不相连的闭合孔隙, 这种内部结构不仅使其保温性能优良, 而且抗冻融, 吸声性能等也十分优良。
2.8 具有良好的施工性能。
硬质聚氨酯泡沫材料安装方法多样, 不但可采用粘接也可以采用喷涂等方法进行安装, 施工可机械化程度高, 施工速度快、效率高, 是其它保温材料安装作业无法比拟的。除此之外, 聚氨酯材料的安装施工还具有适应能力强的特点, 尤其适合做复杂建筑物表面和构造节点的特殊部位的保温材料时这一特点更为突出, 如在外飘窗、老虎窗、形变缝、管道层、楼梯间等这些特殊的构造部位, 既能保证这些建筑复杂部位全方位的保温效果, 又能防止水或水蒸汽对保温层的破坏。
2.9 易于维修。
硬质聚氨酯泡沫材料作为保温体系的装饰面层的维修非常方便, 维修后能使其外观以及功能保持良好的状态。具体维修保养的间隔时间各不相同, 这要看所用装饰材料的种类和当地的污染状况而确定。
3 硬质聚氨酯泡沫材料的应用及发展前景
硬质聚氨酯泡沫材料凭借其优良的性能和较好的性价比, 使其在建筑工程、桥梁道路等领域得到了越来越多的应用。在建筑工程中主要是利用硬质聚氨酯泡沫材料极低的导热系数和吸水率, 将其用于保温防水工程。如在普通房屋的屋面、外墙进行的保温、隔热、防水工程, 以及在冷库、大棚、粮库等有特殊要求的保温隔热工程中。同时由于硬质聚氨酯泡沫材料的分子不亲水, 并具有独特的封闭孔隙结构使其也能广泛的用于吸音降噪和抗震工程中。
在桥梁道路工程中硬质聚氨酯泡沫材料可为在冻土地带的路基提供保温防护, 这种防护可采用铺粘板材法和现场喷涂法进行施工。[2]同时硬质聚氨酯泡沫材料还可以用于对路面的填补, 这种方法主要有优特法 (URETEK) , 其主要是用于对路面的混凝土板进行抬升、支撑和水平重置以及增强地基、填充裂缝和孔洞等。[3]
随着节能要求的提高和硬质聚氨酯泡沫保温技术的发展, 硬质聚氨酯泡沫材料越来越多的引起了人们的关注, 尤其是在建筑工程领域中的应用技术研究和规范制定等工作也在近几年从无到有逐步完善。如吉林省于2003年制订的《硬质聚氨酯泡沫塑料外墙外保温工程施工及验收规程》, 2008年国家质量监督检疫总局发布的《建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料规范》GB/T 21558-2008等。
近年来节能减排、低碳低能耗的观念逐步深入人心, 高性能保温材料的推广和应用将是今后建筑材料使用中的一个必然趋势。通过试验计算和工程实践我们发现, 以XPS和EPS等传统材料为代表的保温材料在厚度限定时都难以满足节能65%的国家节能要求。而硬质聚氨酯泡沫不但其他方面性能优异、更可以满足节能65%的要求, 所以推广应用硬质聚氨酯泡沫是由其自身高性能决定的。综上所述, 从内因和外因二个方面看:硬质聚氨酯泡沫的推广应用都有一定的必然性, 它将在未来对建筑保温、防水、隔音降噪等方面得到广泛的应用和发展。
4 结束语
硬质聚氨酯泡沫材料由于其特殊的化学组成使其具备保温隔热、吸音降噪、抗冻耐久等诸多的性能特点, 从而使其在建筑工程、桥梁道路等多个领域得以应用。今后随着硬质聚氨酯泡沫材料技术的进一步发展, 各项法律、规范及行业标准的进一步完善硬质聚氨酯泡沫材料还将有着更加广阔的发展空间和市场空间。
摘要：文章介绍了什么是硬质聚氨酯泡沫材料以及其主要的化学成分组成和作用原理;阐述了硬质聚氨酯泡沫材料的主要性能特点以及其目前的应用状况和未来的发展前景, 为今后对硬质聚氨酯泡沫材料的进一步开发和研究提供了参考和借鉴。
关键词：硬质聚氨酯泡沫,性能特点,发展应用
参考文献
[1]朱吕民.刘益军.聚氨酯泡沫塑料.第三版[M].北京.化学工业出版社, 2004.[1]朱吕民.刘益军.聚氨酯泡沫塑料.第三版[M].北京.化学工业出版社, 2004.
[2]闫格.硬质聚氨酯泡沫在路基上应用浅谈[J].聚氨酯工业, 2002.[2]闫格.硬质聚氨酯泡沫在路基上应用浅谈[J].聚氨酯工业, 2002.
[3]Canteri.Method for increasing the bearing capacity for foundation soils for build structures:US, 6634381[P].2003.10.21[3]Canteri.Method for increasing the bearing capacity for foundation soils for build structures:US, 6634381[P].2003.10.21
聚氨酯泡沫材料 篇3
随着石油工业的迅速发展,石油的管道输送及跨海运输量不断增加,这也导致了溢油事故发生频次的增加。据统计,全球每年约有320万t石油进入海洋环境,其中,因油船事故导致的溢油就有40万t[1,2]。溢油事故会给生态、环境、经济乃至人的生命带来重大安全隐患。因此需要采用快速安全地方法来去除海上溢油。
传统的去除溢油方法有焚烧和吸附沉降[3],然而这类方法对海洋与大气污染严重,且油资源无法回收,因此无法满足安全性与经济性的要求。近年来,通过制备疏水亲油材料并以油水分离方式去除海上溢油的方法已经成为了当前研究的热点。李华[4]在废弃的聚醚型泡沫表面接枝含长链碳分子的亲油聚合物甲基丙烯酸十二酯,制备了吸油性聚醚型泡沫;Hu等[5]利用异丁烯异戊二烯橡胶、苯、石墨和氯化硫等材料交联得到内部相连的大孔海绵状复合吸油材料;冯琳等[6]用纳米二氧化钛和磷酸正十八酯制备了改性的铜网,实现了油水分离;张俊平等[7]使用甲基三氯硅烷在聚酯纺织品上生长有机硅纳米丝,使纺织品具有超疏水性和超亲油性;潘钦敏等[8]在海绵表面包覆三氯甲基硅氧烷,得到了具有超亲油性质的材料等。然而,当前大部分研究所用改性材料具有一定的毒性,且制备过程较繁琐,在当今环保高要求的背景下,难以实现工业批量生产,因此有必要研究一种更利于环保、制备工艺简单且油水分离性能好的吸油材料。
作为一种表面改性技术,层层自组装技术的原理是通过将基质交替浸泡于带有相反电荷结构的物质,从而实现涂层在基质表面的沉积。该技术制备工艺简单,条件温和,对环境无污染,易于实现基质表面结构的精确控制。近年来,该技术被广泛地应用于聚合物材料阻燃、力学改性等方面的研究[9,10,11]中。
纳米蒙脱土,作为一种传统纳米片层材料,前人的研究已经证实,将其填充于聚氨酯泡沫材料制备成纳米复合材料,能够改善泡沫材料的表面结构,增加泡沫材料的强度和开孔率[12]。Nikkhah等[13]成功地制备了蒙脱土/聚氨酯泡沫纳米复合材料,研究发现蒙脱土的存在显著提高了泡沫材料的吸油效率。但该制备方法存在制备工艺复杂、时间周期长、能耗量大、人工工作量大等缺点。
以下采用层层自组装方法,以天然无毒的壳聚糖(CH)、海藻酸钠(SA)、钠基蒙脱土为改性材料,以聚氨酯泡沫为改性机体,对其进行改性制备具有超亲油表面的泡沫状吸油材料。通过油水分离测试研究所制备的改性聚氨酯泡沫对有机油类的吸附性能。
1 实验过程
1.1 实验方案设计
采用层层自组装方法,将由壳聚糖(CH)溶液和海藻酸钠(SA)与钠基蒙脱土(MMT)组成的组装层构筑于软质聚氨酯泡沫,再利用十二硫醇对泡沫进行下一步疏水改性,制得疏水性泡沫材料。考虑到不同油品的密度、粘度等性质对材料油水分离性能的影响,选取硅油、大豆油、甲苯、氯仿作为油水分离效果的测试油品。
1.2 实验原材料
主要试剂包括有:壳聚糖(CH),海藻酸钠(SA),钠基蒙脱土(MMT),十二硫醇(分子式C12H26S),硅油,大豆油,甲苯(分子式C7H8),氯仿(分子式CHCl3),氢氧化钠(Na OH),盐酸(HCl 36%~38%),无水乙醇,油红,聚丙烯酸(PAA),去离子水(18.2 MΩ,p H=6)。
1.3 材料预处理
将软质聚氨酯泡沫用小刀裁成若干小块,用去离子水洗涤,而后放置于60℃的烘箱中,过夜干燥备用。
1.4 溶液的制备
将CH粉末分散于去离子水中,后将溶液的p H值用1 mol/L的HCl调节至5,置于磁力搅拌器上室温搅拌24 h,得到透明的CH溶液(500 m L,5 mg/m L)。将MMT与SA同时加入去离子水中,用1 mol/L的HCl将溶液p H值调至7,将调制好的混合液超声4 h,而后室温搅拌24 h,即可得到稳定的悬浊液(500 m L,MMT质量分数为6 mg/m L,SA质量分数为3 mg/m L)。将十二硫醇液体溶于无水乙醇中,搅拌4 h后即可得到透明的十二硫醇乙醇溶液(500 m L,0.01 mol/L)。
1.5 层层自组装过程
采用层层自组装技术将MMT填充的涂层构筑于软质聚氨酯泡沫表面。具体制备流程如下:首先将软质聚氨酯泡沫浸泡于0.1%的PAA溶液中5 min,使其表面附着一层PAA层,从而产生带负电荷的表面,而后将完成前处理的聚氨酯泡沫依次交替浸泡于CH溶液和MMT/SA悬浊液中,每个浸泡过程持续2 min,每次浸泡之后都用去离子水洗涤泡沫2 min,拧干除去多余的水分。每完成一次循环的浸泡可以构筑一层组装层,当达到所需组装层数(2,4和8)时,将泡沫样品置于60℃烘箱内干燥过夜。
1.6 组装后软质聚氨酯泡沫的疏水改性过程
将以上烘干的泡沫材料浸入0.01 mol/L的十二硫醇乙醇溶液中24 h,而后用无水乙醇进行洗涤2次,最后将泡沫材料置于60℃的烘箱中干燥过夜,即完成了泡沫材料的疏水改性。样品的编号和涂层的增重情况如表1所示。
1.7 材料的表征与测试方法
电镜扫描测试(SEM):采用扫描电子显微镜研究聚氨酯泡沫处理前后的表面形貌,扫描电镜的加速电压为20~30 k V。
水接触角测试:利用接触角测量仪测量样品的水接触角,对其亲疏水性能进行表征。
吸油倍率测试:将小块的改性后的软质聚氨酯泡沫称重,原重记为M1,将其分别将其置于油性液体中吸油2 min,取出后自然滴淌30 s至油滴不再滴落后放入量杯中用天平称量,重量记为M2,吸油倍率k=(M2-M1)/M1。根据该方法,测试了泡沫材料对大豆油、甲苯、氯仿、硅油的吸油倍率。
宏观燃烧试验测试:将纯泡沫和改性后的泡沫暴露在火焰中10 s以模拟样品在真实环境中的燃烧状态。
2 结果讨论与分析
2.1 微观表征
改性前后的聚氨酯泡沫材料微观结构和表面形态可以采用扫描电子显微镜来进行表征。以下选择FPUF-0和FPUF-2的SEM图像作为代表进行分析,其结果如图1所示。图1左列是FPUF-0在不同放大倍率下的图像,在低放大倍率下(图1(a)),可以发现聚氨酯泡沫呈现出孔洞交错、骨架明显的蜂窝状结构,其开孔率大约在50%~70%左右。这种三维网状多孔结构能提供较大的储存空间,明显的骨架结构保证了其良好的支撑能力,这些特点都为聚氨酯泡沫作为吸油材料创造了良好的条件。在高放大倍率下(图1(c)和(e)),纯聚氨酯泡沫具有较光滑、洁净的表面。图1的右列是经蒙脱土和十二硫醇改性后的聚氨酯泡沫表面的图片,从图1(b)中可以发现组装层的存在并没有改变聚氨酯泡沫的多孔结构,进一步放大之后(图1(c))其表面变得明显粗糙。在更高放大倍数下(图1(f)),可以清晰地看到原来光滑的聚氨酯泡沫骨架被许多微纳米级突起所覆盖,这有力地证明了蒙脱土和十二硫醇已成功地构筑于聚氨酯泡沫表面,同时这种表面粗糙的聚氨酯泡沫结构可以形成一种复合界面,即所谓的“Cassie-Baxter模型”[14]。在这种界面下,空气被困在液体下方的凹槽内,从而使其表面具有超疏水性。
2.2 亲疏水性分析
水接触角是指水滴在物体表面的铺展夹角,它是衡量材料亲疏水性的一种很好的量度。为了探究改性前后聚氨酯泡沫的亲疏水性,分别测量了FPUF-0和疏水改性前后的FPUF-2这3个泡沫样品的水接触角,测试结果如图2所示。对于纯泡沫,其水接触角为80°,展现了轻微的疏水性。经蒙脱土改性处理后,水滴接触到聚氨酯表面时瞬间消失,它的水接触角从原来的80°降低至0°,这是因为蒙脱土是由纳米厚度的硅酸盐片层堆积在一起构成的土状矿物,其本身具有超强的亲水性。为了制备良好的油水分离材料,必须降低其亲水性,故此引进十二硫醇对聚氨酯泡沫进行进一步疏水改性。经疏水改性后,聚氨酯泡沫的水接触角增大到了135°,这表明经十二硫醇改性后的聚氨酯泡沫具有良好的疏水性。图3是水滴和大豆油在FPUF-0和疏水改性前后的FPUF-2等3个泡沫样品上的形态。纯泡沫具有一定的疏水性和疏油性,水滴和油滴都停留在泡沫表面。在将蒙脱土片层组装至聚氨酯泡沫表面后,改性泡沫展现了超强的亲水性和亲油性,其表面只有残留的水渍和油渍而未见大型的水滴或油滴。在十二硫醇疏水改性后,FPUF-2展现了良好的疏水性和超强的亲油性,从图中可以清晰地看到水滴仍旧停留在泡沫表面,而油红染色的大豆油已经渗透到了泡沫内部。
2.3 油润湿性分析
凝聚态物体表面一种流体被另一种流体的取代过程称为润湿。为了测试改性前泡沫FPUF-0和改性后泡沫FPUF-2的油润湿性,本实验中分别将2个样切成同样大小的方块放入大豆油中,并观察其在大豆油中的沉浮状态。从图4中可以发现,纯泡沫在整个过程中一直漂浮在油层表面,而改性后的泡沫随着时间的推移逐渐浸没大豆油中,最后整个泡沫已经完全浸入至油面以下。一般情况下,固体表面的湿润性取决于2个因素:表面微观结构及其化学成分[15,16,17]。蒙脱土通过层层自组装技术构筑于聚氨酯表面使其具有微粗糙的表面结构,十二硫醇的处理赋予了其优异的亲油性能,使得改性前后的泡沫吸油速率出现了显著的差异,这表明改性后的聚氨酯泡沫具有良好的油润湿性能。
2.4 油水分离
吸油速率是评价吸油材料的一个重要指标,吸油速率直接影响处理油污的效率。用改性后的聚氨酯泡沫FPUF-2分别吸附油红染色的大豆油和甲苯的油水体系,其吸附过程见图5。从图中可见,改性后的聚氨酯对大豆油和甲苯的油水体系具有良好快速的油水分离性能,能分别对蒸发皿中的甲苯和大豆油进行完全吸附,并且油水分离结束后蒸发皿中只留下纯净的水。改性后的泡沫吸油机理描述如下:由于蒙脱土和十二硫醇的引入,使得泡沫展现了高亲油性和疏水性,油通过毛细作用经泡沫的孔隙进入其内部,而水则因为泡沫的疏水性完全留在泡沫的外部,因此能实现油与水的高效分离[18]。
在处理泄漏事故时,并不是所有的泄漏物都漂浮在水面上,有些密度大的有机溶剂是沉在水面以下的。为了研究改性后的泡沫材料FPUF-2对不同密度泄漏物的吸附特性,分别以油红染色的大豆油和氯仿为对象进行实验研究,吸附过程如图6所示。测试研究发现FPUF-2对水面上的大豆油和水面下的氯仿都有着良好的吸附性,当移除FPUF-2后,有机溶剂完全被吸附无任何残留,而且FPUF-2在水面以下吸收氯仿之后仍旧保持着良好的疏水性和油水分离性。从结果来看,所制备的改性材料对大密度有机溶剂与水的分离也具有良好的效果。
溢油的成功回收可以大幅度降低溢油事故的损失,为了测试所制备材料溢油的回收性能,实验将真空泵与泡沫通过软管结合构成一个抽滤系统来实现连续的油水分离,其结果如图7所示。从图7(a)中可以看到,随着分离的进行,泡沫很快从白色变为油红色,分离的油经软管不断被抽入锥形瓶中。最终,油红染色的大豆油完全从水中分离进入锥形瓶内,烧瓶中没有任何余油残留,只有干净的水(图7(b)),而且在锥形瓶中所收集的滤液油无肉眼可见的水滴(图7(c))。这个实验表明改性聚氨酯泡沫具有良好的溢油回收性能,也证明了该泡沫用于连续油水分离的可行性以及在溢油清除中巨大的潜在适用性。
2.5 吸油性能表征
聚氨酯泡沫的吸油能力可以由吸油倍率来表示,吸油倍率越大,说明其吸油能力越强。在测量中,实验选取了大豆油、硅油、甲苯、氯仿等4类有机溶剂分别对FPUF-1,FPUF-2和FPUF-3等3个泡沫样本的吸油倍率进行了分析,其结果如图8所示。由图可知,改性后的聚氨酯泡沫具有优异的吸油倍率,对于不同密度和挥发性的有机溶剂,其吸油倍率在25~60之间,并且相比于FPUF-1和FPUF-3,FPUF-2显示出最佳的吸油倍率。这是因为FPUF-1表面涂覆了2层自组装涂层,不足以很好的覆盖在泡沫骨架上,因而它的吸油性并不是十分突出。而FPUF-2由于表面涂覆了4层涂层,从之前的SEM图可以看到聚氨酯泡沫骨架上均匀地分布着许多微纳米级突起,因此它的吸油倍率大大高于FPUF-1。对于FPUF-3,其表面涂覆的8层涂层急剧增大了泡沫的密度,导致单位质量泡沫的吸油量大大减少,从而使其吸油倍率小于FPUF-2。
由于FPUF-2的吸油倍率最高,因此选择FPUF-2对氯仿和大豆油进行重复吸油率的研究,结果如图9所示。从图中可得,经过6次重复吸油后,FPUF-2对于氯仿和大豆油的吸油倍率不断减少,这可能是因为在去油过程中反复挤压泡沫导致泡沫的体积收缩。6次重复吸油后,FPUF-2对氯仿和大豆油的吸油倍率趋向稳定并且分别保持在55倍和25倍左右,这说明制备的FPUF-2在多次重复吸油后仍旧具有较良好的吸油倍率。
2.6 燃烧分析
聚氨酯泡沫是一种有机高分子材料,由于其高度的可燃性,在储存运输的过程中极易发生火灾。为了探究其在真实环境下的燃烧情况,对其进行了宏观燃烧实验测试。图10是FPUF-0,FPUF-1,FPUF-2和FPUF-3等4个样品在空气中宏观燃烧过程的照片。由图可见,FPUF-0在被点燃后就发生了剧烈的燃烧并且有大量黑烟释放,同时不断滴落产生黑色的熔融物,并点燃了脱脂棉,最后FPUF-0完全燃烧殆尽。然而经过改性处理的泡沫样品FPUF-1,FPUF-2和FPUF-3在燃烧时则没有出现熔融物滴落的现象,产生的黑烟也大幅度减少,燃烧结束后都能够维持未燃烧前相近的泡沫结构,并且托盘内的脱脂棉也未被点燃。这种现象是由于蒙脱土的片层结构有效地保护了聚氨酯泡沫基体,从而赋予泡沫材料优异的阻燃性能。
3 结论
1)采用简便有效的层层自组装技术,将蒙脱土填充的涂层成功地构筑于聚氨酯泡沫表面,经过十二硫醇的疏水改性后,制备出具有超亲油超疏水表面的聚氨酯泡沫材料。
2)电镜扫描测试图表明,经过改性后的泡沫表面均匀地覆盖了涂层。蒙脱土和十二硫醇的引入使得聚氨酯泡沫具有良好的亲油疏水特性,组装4层涂层的泡沫,其水接触角高达135°而且具有良好的油润湿性。组装4层的泡沫在处理油水混合体系时不但显示了高效的油水分离特点,而且能够实现连续的油水分离。
3)制备的材料对于不同类型油品的吸油倍率能达到自重的30~60倍,并且经过多次洗涤后对氯仿和大豆油的吸油倍率分别稳定在55倍和25倍左右。因此,这种改性后的聚氨酯泡沫在油水分离方面尤其是处理溢油事故方面具有广阔的应用前景。
摘要：利用高效吸油材料处理溢油事故是一种简单有效的方法。针对现有吸油材料吸油效率较低、制备方式复杂的问题,采用层层自组装技术,将钠基蒙脱土填充的涂层构筑于软质聚氨酯泡沫表面,经过后续疏水改性处理,制备了具有超疏水超亲油表面的聚氨酯泡沫材料。材料测试结果表明:组装4层涂层改性的聚氨酯泡沫水接触角达到135°,对不同种类油品的吸油重量能达到自身重量的30~60倍;油水混合物中的吸油效果也显示其能有效处理水面、水下油污。宏观燃烧实验测试结果表明制备的改性聚氨酯泡沫具有良好的阻燃性能。采用上述简单易行的制备技术制得的吸油材料,可成功应用于油水分离,具有良好的应用前景。
抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法 篇4
本发明是关于抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法，其特点是维持聚氨酯泡沫基本性质和微孔的结构，无需浸泡等候处理，具有均匀的导电性、优秀的耐磨性、弹性、复原力，可用于制作高密度导电性供墨滚轮。根据该发明制造的抗静电滚轮可以产生微孔泡沫，因此，适用于复印机、打印机、传真机等的抗静电滚轮。
对于利用电子照相技术制成的复印机、打印机、传真机等，随着出纸速度的提高和高端产品需求量的增大，对产品质量也提出了更高的要求。为了满足这些物性，进化清洗、供纸、搬送等各过程中带电滚轮、供墨滚轮、进化滚轮等起重要作用，要求滚轮随着出纸速度高速化而具有优秀导电性。
发泡聚氨酯的原料中配合碳黑后产生泡沫时，在基质树脂中分散导电性碳黑。由亲水性多元醇和异氰酸酯制成的预聚物里用过量的水加上导电性碳黑发泡后，干燥和除去未反应的水。此种方法为了得到所需要的导电性增加了导电性碳黑的添加量。这时因混合液的粘度上升导致发泡不圆滑，泡沫里形成大气泡，潮湿的环境下不能满足质量稳定性的充分品质等问题。为了解决这个问题使用了种种聚氨酯技术。为了寻找导电性碳黑以外的离子性导电添加剂，使导电性添加剂能均匀分散和泡沫稳定，在特定的多元醇及异氰酸酯所制成的预聚物里使用了各种分散剂和催化剂。
为了得到导电性聚氨酯泡沫滚轮一般使用以下两个方法。一是使用发泡机连续浇注形成聚氨酯块状泡沫的方式生产聚氨酯滚轮，二是浇注聚氨酯泡沫在一定的金属模具内的成型方式。
该发明的目的是提供制作高密度的导电性供墨滚轮的方法，其具有以下特点：始终维持聚氨酯泡沫的基本物性和微孔结构、无须浸泡等后加工工序、具有均匀的导电性、优秀的耐磨性、弹性复原力等。
为了达到上述目的提供了包括无需添加导电性碳粉、在聚氨酯发泡过程中通过模具成型方式制成滚轮、并且在滚轮中心安装滚轴，以及对滚轮泡沫进行修整为特征的抗静电滚轮的制造方法。
高分子导电性反应型离子化合物的形态为离子化合物。可以是碱金属、石土金属、过渡金属，至少跟一种离子导电有机化合物配位结合而形成的阳离子-离子导电物质或阴离子-离子导电物质。
抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法是由根据模具成型方式制造的、添加导电性反应型离子化合物的、高密度聚氨酯泡沫所构成的。它是由多元醇、异氰酸酯、导电性反应型离子化合物、汇沫稳定剂、催化剂等混合的聚氨酯发泡原料而制成的。
模具成型方式与块状泡沫方式相比，能制作100kg/m3以上的高密度泡沫，还能得到微孔的结构。块状方式是大气压条件下的自由发泡方式，有可能发生泡孔粗糙和破裂的问题。模具成型方式是在密封模具内成型，模具内产生的是高压而不是常压，因此加压成型的模具内能得到泡孔细密的高密度泡沫。模具成型方式适合于制作无需后加工的、均匀优秀的导电性抗静电滚轮。
首先维持聚氨酯泡沫的基本物性和微孔的结构，添加高分子导电性反应型离子化合物，通过模具成型方式，调节聚氨酯发泡液的过量填充率。然后，吐出成型后熟化形成滚轮。把制造出来的导电性聚氨酯泡沫按滚轮的尺寸、大小、形态切割后在中心部安装滚轴，对滚轮泡沫进行修整，才能制造出始终维持聚氨酯泡沫的基本物性、具有优秀的导电生、耐磨性、弹性、复原力等高密度导电性的打印机用抗静电滚轮。滚轴使用普通商用金属材质。
联系人：瞿林达
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聚氨酯泡沫材料 篇5
通常RPUF的阻燃性研究就是在合成反应过程中添加各种阻燃剂, 用来提高RPUF的着火点, 以此增强它的阻燃性能, 但这种添加阻燃剂的研究方法也有不足之处, 就是降低了RPUF的机械性能[4,5]。
本研究采用乙二醇解聚的PET产物与多异氰酸酯反应, 并在反应过程中添加阻燃剂, 得到阻燃型RPUF。通过反应原料量、催化剂用量和反应温度等条件的比较, 确定反应的最佳工艺条件, 并对制备得到的阻燃RPUF的热性能进行测试[6,7,8]。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
试剂:多异氰酸酯PM-200, 异氰酸酯基 (-NCO) 含量为30.2%~32.0%、废弃聚酯 (PET) 、乙二醇、乙酸锌Zn (AC) 2·2H2O、亚甲基硅油、辛酸亚锡、去离子水、聚磷酸铵 (APPⅠ) 、正丁醇、乙酸酐、嘧啶、氢氧化钾、乙醇、酚酞指示液、甲苯和酚酞指示液。
仪器:具塞三角瓶;微量滴定管 (5mL) ;三角瓶 (250mL) ;碱式滴定管 (50mL) ;移液管;电子精密天平 (AR1530/C型) ;电热恒温鼓风干燥箱 (DGG-9140型) ;恒温油水浴锅 (XMTE-7000型) 。
1.2 实验步骤
1.2.1 废弃聚酯的解聚及羟值和酸值的测试
使用降解装置降解一定量的废弃聚酯, 再经过滤、冷却得到降解产物对苯二甲酸乙二醇酯 (BHET) , 然后测试BHET的羟值和酸值。
根据GB/T 2709-1995《聚酯多元醇中羟值的测定》和GB/T 2708-1995《聚酯多元醇中酸值的测定》, 分别测得BHET的羟值为321mgKOH/g, 酸值为1.48mgKOH/g。
1.2.2 阻燃型聚氨酯泡沫的制备
采用一步法发泡, 以10g降解产物BHET、1g发泡剂、5g阻燃剂、不定量的辛酸亚锡和亚甲基硅油作为A组分, 不定量的多异氰酸酯作为B组分, 然后把A、B组分混合后快速搅拌, 在一定温度下自由发泡, 制备出阻燃型RPUF。
1.3 性能测试
1.3.1 热重分析
采用热重分析仪METTLER TGA/DSC1, 测试出阻燃型RPUF与温度变化的关系。升温范围25~700℃, 升温速率10℃/min, 气氛为氮气。
1.3.2 动态热机械分析
采用动态热机械分析仪METTLER DMA/SDTA861E, 温度控制范围-110~150℃, 升温速率3℃/min, 频率为1HZ, 样品尺寸:15×Φ10mm。
2 结果与讨论
2.1 各项因素对泡沫性能的影响
2.1.1 反应物配比的确定
根据阻燃型RPUF合成原理和BHET的羟值和酸值的测试, 当使用10gBHET、1g发泡剂去离子水时, 多异氰酸酯的理论用量应该是24.5g。但阻燃型RPUF合成反应中有其他的二聚物和三聚物生成, 影响了合成反应, 这就可能造成多异氰酸酯的理论用量不足或多余。依据这种原理设计了反应物原料配比方案, 其配比单位为质量比。表1为反应温度在80℃, BHET、去离子水、催化剂辛酸亚锡和表面活性剂亚甲基硅油的质量比为1∶0.1∶0.1∶0.1时, 多异氰酸酯的用量对合成的阻燃型RPUF的力学性能的影响。从表1可知, 当多异氰酸酯的用量为BHET的245%时, 阻燃型RPUF的压缩强度和密度都是最好的, 压缩强度为155.64kPa, 密度为105.74kg/m-3, 这与理论值是相符的。而当减少或者增加多异氰酸酯的用量时, 泡沫的压缩强度和密度都会降低, 影响泡沫的力学性能。
2.1.2 催化剂用量的确定
在阻燃型RPUF的合成过程中存在两个主要的化学反应, 即凝胶反应和发泡反应, 这两种反应需要达到平衡才能制备性能优良的泡沫。催化剂就是在聚氨酯泡沫合成中调节反应的速度, 平衡凝胶反应和发泡反应, 催化剂分为叔胺类催化剂和有机锡类催化剂, 叔胺类催化剂在工艺过程中不易控制, 因此选择使用有机锡类催化剂。
辛酸亚锡是最常用的有机锡类催化剂, 它催化效力高, 同时无毒、无腐蚀性。表2为催化剂用量对阻燃型RPUF的力学性能影响, 当催化剂和BHET的质量比为0.105~0.115∶1时, 泡沫的压缩强度是最大为167.73kPa, 密度为118.59kg/m-3, 增加或减小催化剂的用量对泡沫的力学性能都有一定的影响。
2.1.3 表面活性剂的影响
试验合成的阻燃型RPUF使用的泡沫稳定剂是二甲基硅油, 它属于有机硅化合物, 具有较强的控制泡孔大小的作用, 同时使物料的流动性好、密度分布均匀。
图1是通过电子显微镜对样品内部以20倍进行拍照, 观察其发泡情况。从图1可看出随着二甲基硅油加入量的增多, 泡沫内部的开孔率越高, 开孔均匀度越好, 但图1 (d) 相对于图1 (c) 开孔均匀度较差, 说明加入过多的表面活性剂也会影响了泡沫的开孔, 因此合成泡沫的配方中应加入0.67g~0.8g的二甲基硅油。
2.1.4 温度的确定
多异氰酸酯、BHET、去离子水、辛酸亚锡和硅油按质量比2.45∶1∶0.1∶0.115∶0.1配置, 改变合成反应的外部温度, 得到结果见表3。
[ (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 是分别加入0.35g、0.51g、0.67g、0.83g的亚甲基硅油合成的泡沫]
从表3可知, 在泡沫合成的过程中提高外部温度可以增强制备的阻燃型PUF的力学性能。随着温度的升高, 泡沫的压缩强度不断的增强, 但密度的变化不明显, 在温度升高到80℃时制备的泡沫压缩强度达到了132.73。其中在温度达到60℃后压缩强度是明显提高, 再继续提高温度, 泡沫的压缩强度变化不明显, 因此反应温度应选择为60~80℃之间。
2.2 性能测试分析
2.2.1 热重分析
阻燃型PUF的热重 (TG/DTG) 谱图见图2, 在DTG曲线上显示阻燃型PUF的失重发生在170~325℃和355~500℃这两个阶段, 在170~325℃的失重是由于聚氨酯的解聚, 分解成了多异氰酸酯和多元醇, 然后在更高的温度下, 由于多异氰酸酯极活泼, 使二聚物形成了碳化二亚胺和CO2, 二亚胺进一步和醇或水蒸气反应生成取代脲, 这就是泡沫在355~500℃间发生降解的原因。从TG曲线上可知制备的样品在120℃开始失重, 达到170℃时有明显的失重现象, 并在295℃达到最大失重率。当温度升高到600℃时, 失重过程基本完成, 失重率达到56%左右。从分析可知, 制备的阻燃型RPU具有良好的热稳定性, 基本满足应用要求[9]。
2.2.2 动态热机械分析
图3为制备的阻燃型RPUF的DMA温度谱图, 此图谱是在压缩模式下, 保持1HZ的频率不变, 储能模量E′和阻尼因子tanδ随温度变化得到的动态热力学温度谱图。从图3储能模量E’和阻尼因子tanδ的曲线可以看出在-60~50℃时模量变化不明显, 此阶段为玻璃化温度, 力学状态呈玻璃态。温度继续升高, 在60℃后储能模量迅速下降, 聚合物高分子中的一些链段开始自由运动, 但体系粘度很高, 阻尼tanδ剧增呈峰状, 此时样品发生明显的变形, 力学状态为粘弹态。同时在-80℃时阻尼因子tanδ的曲线图上存在1个峰值, 它的值达到了0.15, 说明在低温状态下制备的高聚物耐寒性及低温抗冲击性较好[10,11]。
3 结论
利用废弃聚酯制备阻燃型RPUF, 研究了反应物的配比、催化剂和表面活性剂的用量、反应温度对制备的泡沫力学性能的影响。试验表明, 当多异氰酸酯、BHET、去离子水、辛酸亚锡和二甲基硅油按质量比为2.45∶1∶0.1∶0.115∶0.08, 反应温度为80℃时制备的阻燃型RPUF具有极佳的力学性能。
用热重分析仪对制备的样品测试表明, 阻燃型RPUF在小于170℃的环境下基本不分解, 热稳定性良好;通过动态热机械分析仪测试表明, 制备的样品的玻璃化转变温度为70℃, 同时抗低温冲击性也较好。
摘要：采用乙二醇降解废弃聚酯的产物对苯二甲酸乙二醇 (BHET) 、多异氰酸酯和去离子水等作为原料, 并在发泡原料中加入阻燃剂制备出阻燃型硬质聚氨酯泡沫 (RPUF) 。探讨了包括反应物配比、催化剂、表面活性剂和反应温度等不同的反应条件对合成泡沫性能的影响, 并确定最佳工艺条件;之后利用热重分析 (TGA) 对阻燃型RPUF的热稳定性能进行研究, 利用动态热机械分析 (DMA) 对样品的玻璃化转变温度和阻尼性能进行测试。实验表明, 利用废弃聚酯解聚产物制备阻燃型RPUF的最佳工艺条件为:反应物多异氰酸酯、BHET和去离子水的质量比为2.45∶1∶0.1, 与催化剂辛酸亚锡和表面活性剂硅油的质量比为0.115∶0.08, 反应温度80℃。
关键词：聚氨酯泡沫,阻燃,工艺条件,热性能
参考文献
[1]Isao Tsuyumoto, Yasutoshi Onoda, Fumiya Hashizume, et al.[J].Journal of Applied Polymer Science, 2011, 122:1707-1711.
[2]Bian Xiangcheng, Tang Jianhua, Li Zhongming, et al.[J].Journal of Applied Polymer Science, 2007, 104:3347-3355.
[3]孙刚, 刘预, 冯芳, 等.聚氨酯泡沫材料的研究进展[J].材料导报, 2006 (03) :29-32, 36.
[4]Tan Suqin, Tim Abraham, Don Ference, et al.[J].Polymer, 2011, 52:2840-2846.
[5]朱吕民, 刘益军.聚氨酯泡沫塑料[M].第3版.北京:化学工业出版社, 2005:239-303, 750-775.
[6]庞浩, 柳雨生, 廖兵, 等.甘蔗渣多元醇制备聚氨酯硬泡的研究[J].林产化学与工业, 2006, 26 (2) :57-60.
[7]修玉英, 卢彬, 罗钟瑜.大豆油多元醇的制备及其在聚氨酯硬泡中的应用[J].应用化工, 2008, 37 (4) :416-418, 421.
[8]宋元军, 李娜.聚氨酯泡沫材料的性能研究[J].化学与黏合, 2010, 32 (2) :19-21, 25.
[9]Thirumal M, Khastgir Dipak, Nando G B, et al.[J].Polymer Degradation and Stability, 2010, 95:1138-1145.
[10]Ye Ling, Meng Xianyan, Liu Xingmao, et al.[J].Journal of Applied Polymer Science, 2009, 111:2372-2380.
聚氨酯泡沫材料 篇6
聚氨酯硬质泡沫是一种性能优良的绝热材料, 其绝热效果好、比强度高、电学性能及耐化学品性能优良, 被广泛用于家具、建筑、交通运输、冷冻冷藏设备、化工管道等诸多方面, 是产量仅次于软质泡沫的第二大类聚氨酯制品[4]。但由于成本高及易燃烧的特性, 使聚氨酯硬质泡沫的应用受到很大的限制。近几年不少学者对聚氨酯硬质泡沫进行改性, 不仅能有效降低成本, 还可以使材料的某些性能得到很好地改善和提高[5,6,7]。本文针对聚氨酯的应用需要, 在聚氨酯硬泡中引入粉煤灰, 以期在降低成本的同时提高聚氨酯硬泡的力学性能和阻燃性能, 采用一步法制备聚氨酯硬质泡沫材料, 研究不同粉煤灰用量的聚氨酯硬质泡沫材料的力学性能、泡孔结构、导热系数和阻燃性能。
1 实验部分
1.1 原料
聚醚多元醇N4110 (羟值为430 mg KOH/g) , 江苏钟山化工有限公司;聚醚多元醇GR-403 (N403 的羟值为770 mg KOH/g) , 上海高桥石油化工有限公司;多亚甲基多苯基多异氰酸酯 (PAPI) , NCO质量分数为31%, 美国亨斯迈公司;发泡剂1, 1-二氯-1-氟代乙烷, HCFC-141b, 杭州富时特公司;泡沫稳定剂AK-8805, 江苏美思德化学股份有限公司;辛酸亚锡、三乙烯二胺 (A33) , 均为分析纯, 国药集团化学试剂有限公司;粉煤灰, 华能金陵电厂;高效阻燃剂, 青岛联美化工有限公司;蒸馏水。
1.2 粉煤灰的改性
采用标准筛直接从粉煤灰粉料中筛取, 主要成分见表1。
%
从表1 可知, 粉煤灰的化学组成主要以氧化物为主, 化学性质比较稳定, 但为了提高粉煤灰在聚氨酯硬质泡沫中的分散效果, 需要对其改性。改性方法为:将粉煤灰在高速混合机中加热至100 ℃, 充分烘干, 然后将1%粉煤灰质量的硅烷偶联剂分批加入, 温度控制在100~130 ℃, 高速搅拌混合, 得到分散均匀的改性粉煤灰。
1.3 聚氨酯硬质泡沫的配方及制备
一步法合成聚氨酯硬质泡沫的配方设计基准为: (1) 通过调节HCFC-141b的用量, 将聚氨酯硬质泡沫的芯密度均控制在50 kg/m3左右; (2) 异氰酸酯指数均为1.05 (仅对聚醚多元醇中的羟基而言) , 聚氨酯硬质泡沫配方见表2。
质量份
注:①改性粉煤灰百分比为占组合料白料总质量的百分比。
根据表1 配方采用一步法合成聚氨酯硬质泡沫。准确称取聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、水、物理发泡剂、改性粉煤灰, 加入塑料杯后进行低速预混搅拌10~15 s, 得到组合料。然后加入PAPI以较高的速度搅拌5~8 s, 迅速倒入23~28 ℃模具中进行发泡, 得到聚氨酯硬质泡沫。
1.4 测试与表征
压缩强度:按GB/T 8813—2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》, 采用深圳市新三思材料检测有限公司的CMT-5254型微机控制电子万能材料试验机进行测试, 测试速度为10mm/min。
泡孔结构:在上海里万公司的LW-200-4JS光学显微镜下观察泡孔结构, 并拍照。
导热系数:按GB/T 21558—2008《建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料》进行测试。
阻燃性能:采用南京市江宁区分析仪器厂生产的氧指数仪, 按GB/T 2406—2009《塑料燃烧氧指数测试》进行极限氧指数 (LOI) 。
2结果与讨论
2.1 粉煤灰用量对硬泡压缩强度的影响
将聚氨酯硬质泡沫的芯密度均控制在50 kg/m3左右, 因此, 试验可以忽略密度对聚氨酯硬泡压缩性能的影响。粉煤灰对聚氨酯硬泡压缩性能的影响见图1。
由图1 可知, 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的压缩性能出现先提高后降低的现象。在粉煤灰用量为15 份, 即粉煤灰的质量占组合料白料质量的10.0%时, 聚氨酯硬泡的压缩性能达到最高。
由于粉煤灰主要起减小变形、增大弹性模量、提高硬度的作用, 随着压缩强度的提高, 填料的密实性也随之增加, 粉煤灰颗粒之间、粉煤灰和聚氨酯泡沫之间结合得更加紧密, 使其样品的破坏强度增加;当压制强度继续增加时, 样品内残存的少量空气首先冲破制品的薄弱部位汇聚在一起, 使得样品产生了微小的裂纹;压缩强度进一步提高时, 样品表面还会出现溢酯的现象, 上述两方面的原因导致了最终样品的破坏强度下降。因此, 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的压缩强度存在一个最大值。
2.2 粉煤灰用量对聚氨酯硬泡泡孔结构的影响
聚氨酯硬泡的密度虽然相同, 但发泡剂的添加量不同, 所以泡孔的大小和孔壁势必有差异。通过偏光显微镜能观察到这一点, 不同粉煤灰用量聚氨酯硬泡的光学显微镜照片见图2。
由图2 可见, 在密度相同时, 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的泡孔越来越小, 这是由于随着粉煤灰用量的增加, 粉煤灰颗粒之间、粉煤灰和聚氨酯泡沫之间结合得更加紧密, 泡孔越来越小。
2.3粉煤灰用量对聚氨酯硬泡导热系数的影响
粉煤灰用量对聚氨酯硬泡导热系数的影响见表3。
由表3 可以看出, 加入粉煤灰后, 聚氨酯硬质泡沫的导热系数均比未改性的高, 且随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的导热系数呈递增趋势。影响聚氨酯硬质泡沫塑料导热系数的主要因素有:泡孔内气体的导热系数、原料助剂及发泡工艺引起的泡孔变化、由于气体扩散等作用引起的绝热性能降低。本文所有试样的密度大致相同, 实验环境一样, 所以, 泡孔内气体的导热系数及气体扩散等作用引起绝热性能降低。
2.4 聚氨酯硬泡的阻燃性能
聚氨酯硬质泡沫由于密度小, 其结构主要由细小的络网状结构和很薄的膜组成, 具有较大的比表面积, 很容易燃烧。同时聚氨酯硬质泡沫燃烧时产生有害的气体及浓烟, 给消防救火工作带来困难, 在生产制造和使用过程中若发生火灾, 可能造成巨大的损失。聚氨酯硬质泡沫阻燃性能的实现是今后该产品继续发展的关键问题之一。本文采用高效阻燃剂对聚氨酯硬质泡沫进行阻燃改性, 该阻燃剂是山东青岛联美化工最新研制开发的一种无卤环保型耐高温阻燃剂, 具有热稳定性高、对基材惰性、无毒、环保等特点。它不同于传统的含卤阻燃剂, 其在高温燃烧过程中彻底阻隔热量和隔绝氧气达到阻燃的效果, 并且发烟量极低、无毒、无熔滴, 特别适用于氧指数要求高的阻燃场所。在不加粉煤灰的情况下, 高效阻燃剂对聚氨酯硬质泡沫阻燃性能的影响见图3。
从图3 可以看出, 随着高效阻燃剂用量的增加, 聚氨酯硬泡样品极限氧指数显著增加, 可以显著改善聚氨酯硬泡的阻燃性能, 但压缩强度随着高效阻燃剂用量的增加而降低, 因此, 本文确定高效阻燃剂的用量为15 质量份时, 聚氨酯硬泡极限氧指数较高, 达到29.1%, 同时也具有较高的压缩强度, 聚氨酯硬泡的极限氧指数见表4。
从表4 可以看出, 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的极限氧指数呈上升趋势。粉煤灰的主要成分是Si O2、Al2O3等氧化物, 本身就具有一定的阻燃性, 此外这些氧化物还可以与高效阻燃剂起协同作用, 因此, 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的阻燃性能变好。但从2.1 中的实验结果可以看出, 粉煤灰用量过多会降低聚氨酯硬泡的机械强度, 因此, 在聚氨酯硬泡中粉煤灰用量需控制在合理的范围。
3结论
(1) 随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的压缩性能呈现先提高再降低的趋势。当聚氨酯硬泡中粉煤灰的用量占组合料白料总质量的10%时, 其压缩强度最佳, 为0.45 MPa。随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的泡孔逐渐变小。
(2) 掺入改性粉煤灰后聚氨酯硬质泡沫的导热系数均比未改性的高, 且随着粉煤灰用量增加, 聚氨酯硬泡的导热系数呈递增趋势。
(3) 高效阻燃剂可以显著提高聚氨酯硬泡的阻燃性能。随着粉煤灰用量的增加, 聚氨酯硬泡的极限氧指数呈上升趋势, 最高达到30%以上。
参考文献
[1]李汝奕, 俞然刚, 陈金, 等.粉煤灰漂珠外墙保温砂浆试验研究[J].建筑科学, 2007, 23 (8) :83-86.
[2]李伟, 潘钢华, 雎晨光, 等.高钙粉煤灰对EPS颗粒保温砂浆性能的影响研究[J].混凝土与水泥制品, 2007 (5) :52-53.
[3]律宝莹, 张双喜, 张剑平, 等.粉煤灰挤塑泡沫复合砌块保温性能的优化研究[J].新型建筑材料, 2007 (10) :76-78.
[4]朱吕民, 刘益军.聚氨酯泡沫塑料[M].3版.北京:化学工业出版社, 2004.
[5]汪广恒, 杨水兰, 陈有梅, 等.硅藻土填充聚氨酯硬泡的性能研究[J].聚氨酯工业, 2012, 27 (5) :5-9.
[6]Maslov A N, Smirnova L A, Ryabov S A, et al.Mechanical properties of polyurethane foams modified by polymer-polyols[J].Polymer Science Series B, 2006, 48 (7/8) :190-193.
聚氨酯泡沫材料 篇7
1 目标建筑市场所采用的墙体保温系统主要
为外墙外保温系统, 所采用的工艺大多为挂贴聚苯板和挤塑板。这种工艺虽然大大提高了建筑的节能性能, 但就其使用的材料本身存在着诸多缺陷, 例如:
1.1 保温材料导热系数较高。
以聚苯板为例导热系数0.045W/ (m·K) , 要满足50%节能标准挂贴厚度不应小于50mm, 而要达到65%节能标准挂贴厚度不应小于70mm。由于厚度过大不仅施工难度较大, 而且易产生墙体裂缝等质量缺陷;
1.2 整体性差, 防潮、防水性能不好, 材料易老化、不耐高温、耐久性差。
现代建筑不断发展, 人们对建筑的要求也越来越高, 大开间、高层高、门窗面积越来越大而墙体却越来越少, 这就对建筑的保温节能工艺提出了更高的要求。硬质聚氨酯泡沫保温工艺以其材料的优越性能成为了目前建筑市场上最有效的外墙保温节能工艺, 具有以下优点:
1.3 导热系数低, 保温隔热性能好。
聚氨酯具有高孔隙率, 其导热系数仅为0.023 W/ (m·K) , 相同条件下保温层厚度相当于聚苯板的一半, 是目前建筑用保温材料中导热系数最低、保温性能最好的材料。
1.4 与砖石等结构具有良好的粘结性能。
聚氨酯混合物喷涂或浇注后与墙体基层发泡结合, 充分渗透到基层的空隙中, 形成牢固的结合不易脱落, 具有较高的抗拉、抗撕裂性能。
1.5
整体性好, 闭孔率达到95%以上, 具有一定的防潮、防水性能。
1.6
现场喷涂或浇注, 施工方便、效率高。
1.7
耐老化、阻燃、耐久性、化学稳定性好。
2 目前比较成熟的聚氨酯泡沫外墙保温工艺主要有:
2.1 现场喷涂法。
这是目前最为成熟及普遍使用的一种工艺。使用高压喷枪将混合料喷涂在墙体表面, 发泡后形成保温层。主要优点是:a.整体性好。b.施工简便, 施工效率高。缺点是:a.受环境影响, 气温不得低于5℃高于40℃, 风力不得大于3级, 空气相对湿度应小于70%。b.喷涂时泡沫易飞溅造成环境污染, 材料浪费率高。c.喷涂厚度及平整度不易控制。喷涂后使用聚合物水泥砂浆将喷涂表面抹平再披玻纤网或铁丝网。
2.2 现场浇注法。
与浇注砼相似, 利用模板与墙体形成胎模, 将混合料浇注其中待固化后拆除模板, 披网格布, 使用聚合物水泥砂浆抹面 (后面工序与聚苯板工序相同) 。主要优点是:整体性好;发泡层表面平整度好, 后续施工较容易;不易造成环境污染, 材料浪费率低。缺点是:施工较复杂, 施工效率低;受环境影响。
2.3 粘贴法。
(与聚苯板施工工艺相同) 利用胶泥将加工成型的聚氨酯板材粘贴在墙体表面, 再披网格布, 使用聚合物水泥砂浆抹面。主要优点是:a.板材可大批量生产, 规格尺寸统一。b.粘贴后表面平整, 有利于后续施工。缺点是:a.板材与墙体粘结靠胶泥连接粘结性差, 易出现质量隐患。b.整体性差, 防潮、防水性能差。
2.4 干挂法。
(与石材干挂工艺类似) 首先在墙体上安装龙骨, 使用锚钉或插接的方式将加工成型的聚氨酯板材固定。主要优点是:板材可大批量生产, 规格尺寸统一;板材表面可直接成形, 干挂后无需再处理;受环境影响小;施工简便, 施工效率高。缺点是:整体性差, 保温效果略差;增加安装龙骨工序, 综合成本有所增加。
硬质聚氨酯外墙保温作为一种新技术在我国已经开始应用, 并将不断发展成为建筑保温的主流施工工艺。
摘要：硬质聚氨酯泡沫以其材料的优越性能在建筑外墙保温中得以应用。本文主要论述了传统保温材料的缺点, 聚氨酯材料的优越性能以及市场上主要流行的几种施工工艺。