硬质发泡聚氨酯（共8篇）
硬质发泡聚氨酯 篇1
0 前言
我国防盗门常用的填充材料大多为岩棉或石棉,这些填充材料虽用途广泛、价格低廉,但不耐压,与面板的粘接易分离,影响整体耐压性能,而且石棉存在着致癌问题,部分发达国家已经对石棉的使用进行了严格限制,现在国际上大力提倡使用替代品[1]。
为改善门体的耐压强度,有些防盗门生产厂家在门内部增加多道加强筋,这样既增加工序又增加了成本,尽管如此,局部抗压强度差的毛病依然存在。并且由于焊点多,门体的平整度不易保证,影响表面质量,产品档次较低。而硬质聚氨酯泡沫塑料具有质量轻、比强度高、隔热效果好、施工方便等显著优点受到防盗门生产厂家的关注。特别是硬质聚氨酯泡沫原料的良好流动性和在充填发泡反应后具有较好的粘接性,使面板与泡沫紧密结合,因此,门体表面平整,压缩强度高,且聚氨酯硬泡的导热系数比聚苯乙烯等泡沫塑料及天然保温材料要低,绝热效果优良,并可现场注射成型,与门体结合成一体,能达到较理想的保温效果,是理想的绝热材料。
目前,聚氨酯硬泡应用得比较多的发泡剂有HCFC-141b、环戊烷和氢氟烃化合物(HFC)等。HCFC-141b虽具有与CFC-11相近的绝热性及良好的发泡性能,但由于分子内仍含有对臭氧层产生破坏作用的氯原子,仅是一种过渡性的发泡剂;HFC类发泡剂虽被北美等一些国家视为有望能最终取代CFCs的物质,然而其原料生产难度太大、成本较高而大大限制了在实际工业中的应用;碳氢类发泡剂虽也具有良好的发泡性能,但由于自身易燃、易爆,对现场设备要求较高,难以在中小型企业广泛适用,而以水为发泡剂的工艺生产路线由于操作简单、对设备的要求很低、可沿用CFC-11体系的设备及对环境无污染而倍受人们青睐[2]。为此,选择全水发泡技术应用于防盗门的开发研究。
1 实验部分
1.1 主要原料及助剂
聚醚多元醇A:羟值430 mgKOH/g,水分质量分数不大于0.12,黏度(25℃)为2500 m Pa·s,工业品,南京石油化工有限公司;聚醚多元醇B:羟值560 mgKOH/g,水分质量分数不大于0.12,黏度(25℃)为1000 m Pa·s,工业品,南京石油化工有限公司;复合发泡催化剂:自制;泡沫稳定剂AK-8818:黏度(25℃)为(800±200)mPa·s,pH值(4%水溶液)为6.5±1.5,工业品,德美世创化工有限公司;多异氰酸酯:牌号5005,英国亨斯迈公司。
1.2 主要仪器设备
电动搅拌器,JJ-1型,常州产;电子天平,EL204,梅特勒-托利多公司;旋转式黏度计,NDJ-79型,上海昌吉地质仪器厂;恒温水浴锅,HH-2型,金坛市荣华仪器制造有限公司;高压发泡机,HC40型,CANNON公司生产。
1.3 手工发泡
将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、复合发泡催化剂、水等计量并混合均匀,即为组合聚醚。将组合聚醚与异氰酸酯按配方称取并混合后搅拌8～10 s(搅拌速度为3000 r/min),立即倒入尺寸为200 mm×200 mm×200 mm的敞口模具,使其自由发泡,同时依次测试乳白时间、纤维时间、不黏时间。待泡沫完全熟化后,测试其物理性能。
1.4 基本配方、反应参数及硬泡性能
1.4.1 基本配方(见表1)
注:异氰酸酯指数为100～110。
1.4.2 反应参数
料温/℃21～23
乳白时间/s10～20
纤维时间/s50～70
不黏时间/s80～110
1.4.3 泡沫性能
自由发泡芯密度/(kg/m3)31.2～33.5
尺寸稳定性(-25℃,48 h)/%<0.1
导热系数/[W/(m·K)]0.0252
2 防盗门发泡工艺
料温:组合聚醚和异氰酸酯均为21～23℃;
模具温度:40℃(不低于30℃)。
全水发泡聚氨酯硬泡的配比为:m(组合聚醚)∶m(聚异氰酸酯)=100∶(100～110)。
脱模时间:12～15 min。
2.1 注射孔的位置
为了保证发泡料能充填到门体的各个角落,并且泡沫密度分布均匀,若结构允许,采用2个注射孔,可将注射孔设计在门装铰链的一面,这样发泡路径较短,而且注射孔隐蔽性好。如果只能用1个注射孔注射,应将注射孔设计在门侧面中间位置,这样可弥补发泡路径长的缺陷。
2.2 门体放置角度
发泡时不宜将门体平放,应垂直放置(宽度方向),这样有利于发泡原料充满整个门体。
2.3 发泡夹具
为了使泡沫充满门体,经常采取过填充方法,因此,门体在发泡过程中要承受较高的发泡压力,所以必须采取模具发泡方法。实践表明,当发泡时门体温度低于10℃时,泡沫与金属板的粘接强度很低,物料反应速度慢,固化时间长,产量低。因此,金属门体及夹具温度宜设在30～40℃。
2.4 发泡机的设置
设置组合聚醚、异氰酸酯的料温为21～23℃;根据各种门体的规格设置注射时间,注射量(g)=泡沫制品的容积(L)×泡沫制品所要求的密度(g/L),注射时间(s)=注射量(g)/发泡机流量(g/s);调整注射压力大于1176 N。
2.5 注料及脱模
待模温升高至30～40℃时,进行注料。待泡沫熟化后(熟化时间12～15 min),门体方可脱模。若制品的脱模时间过早,泡沫强度未达到要求时,会出现二次发泡现象,即制品会出现变形现象,导致次品,尤其对尺寸大厚度厚的门体,一定要将制品熟化彻底才可脱模。
3 结语
本文研制了一种以水为发泡剂的聚氨酯硬泡组合料,该组合料黏度低,经与异氰酸酯反应后所得的全水发泡聚氨酯硬质泡沫塑料具有芯密度低、尺寸稳定性好、导热系数低等特点,适用于防盗门作绝热材料。
参考文献
[1]李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002:225.
[2]李小斌,曹宏斌,张懿.全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料技术研究进展[J].中国塑料,2004,18(7):1-4.
硬质发泡聚氨酯 篇2
发包方（以下简称甲方）：
承包方（以下简称乙方）：
依照《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国建筑法》及其它有关法律、行政法规，遵循平等、自愿、公平和诚实信用的原则，双方就本工程施工事宜协商一致，订立本合同。
一、工程名称：
二、工程地点：
三、承包方式：乙方包工包料、保验收。
四、承包范围：6cm以上聚氨酯硬泡现场喷涂(并喷涂保护砂浆层)。保温面积约m2(具体面积按实际工程量计算)
五、合同工期：天
开工日期：年月日
竣工日期：年月日
合同工期总日历天数天。（温度低于10°，4级以上风和雨天停止施工，经甲方施工代表签字后工期顺延。）
六、工程质量标准：合格级。
（1）聚氨酯硬泡外墙保温系统及其主要组成材料性能符合要求。检验方法：检查系统的型式认定证书和出场合格证、材料检验报告和现场见证取样检验报告
（2）门窗口、阴阳角、女儿墙、变形缝等保温构造符合设计要求。检验方法：观察检查和检查隐蔽工程验收纪录。
（3）系统抗冲击力符合要求。达到《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》A.5规定。
（4）保温层厚度符合设计要求，厚度保证50mm，达不到要求时，乙方负责整改直至满足设计厚度要求。
（5）工程保温隔热质量目标：
a外保温系统适应基层墙体的正常变形而不产生裂缝、空鼓。
b外保温系统能够长期承受自重而不产生有害变形。
c外保温系统能够承受室外气候长期反复作用而不产生破坏。
d外保温系统具有良好的防火性能，聚氨酯采用阻燃环保材料（燃烧性能达到B2级）。
e外保温系统的保温、隔热性能达到吉林省墙体改革领导小组办公室规定标准及消防部门的验收标准要求。
f外保温系统的各种材料之间具有良好的相容性。
g达到《聚氨酯硬泡外墙保温工程技术导则》合格要求。
七、合同价款及付款方式：
5cm以上聚氨酯硬泡现场喷涂包工包料费90 元/平方，结算时以实际喷涂面积为准。
本合同工程施工费包括人工费、材料费，安全生产文明施工费等各项费用。付款方式：发泡设备人员进场工程量超过 70 ％以上且验收合格，支付工程总价的 50 %，工程竣工验收合格后付清剩余的工程款。
八、施工部位及做法：根据乙方提供、甲方批准的施工方案施工。
九、甲方责任
1、解决进场道路、供水、供电等事宜。
2、负责提供住宿协调现场各部门关系提供施工所用设备及工具水电及垂
直水平物料运输。
3、甲方负责解决乙方施工人员住宿，免费提供照明电及水源。
4、聚氨酯现场喷涂完工时，由业主和甲﹑乙方共同组织验收，如不符合施工要求，乙方无条件及时整改。
十四、乙方责任：
1、乙方提供聚氨酯原料,发泡密度≥35kg/立方。
2、按甲方要求及国家颁布的有关《施工技术规范》精心组织施工，确保
工程质量达到国家验收规范和质量检查标准，确保工期。
3、乙方施工期限内须每台设备提供1位技工两位辅助工，乙方施工期内，必须遵守现场的各项规定。共同做好施工现场安全工作，严禁在施工现场吸烟。
4、乙方提供聚氨酯喷涂设备两套施工中所需的工具。配件劳保用品等均
由乙方自付与甲方无关。
5﹑乙方必须按甲方提供的技术质量要求进行施工，达不到甲方的技术质
量要求时，乙方无条件及时整改。由于乙方原因造成甲方无后续工作面，所有误工责任造成损失由乙方承担。
5、乙方文明施工，安全施工，服从甲方管理；执行甲方现场文明施工管理及质量、环境、职业安全健康管理体系的有关规定；及时向甲方提供有关资料。
6、乙方必须为施工所需的技工、辅助工人购买意外伤害保险，否则发生的一切后果责任由乙方自行承担，同时给甲方造成的经济损失由乙方承担。
7、双方约定乙方应做的其他工作：a、向甲方提供施工方案，经甲方审批后作为施工依据；
十、安全施工
1、乙方必须严格按照施工组织方案操作规程进行施工，施工中造成伤亡事故应由乙方负责，所发生费用由乙方负担。
2、乙方在施工中要对施工人员加强安全教育管理工作，服从甲方的监督管理与检查，自行配臵符合要求的劳动防护用品及设施，并统一着装，严格执行甲方对环境、职业安全健康管理体系方面的有关规定，确保安全生产。
3、甲方对乙方在施工中存在的不安全因素有权提出整改或停工整顿，并有权按有关规定进行安全处罚。
十一、保温系统的验收
外保温系统按照现行《建筑工程施工质量统一验收标准》、《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》规定进行验收。吉林省墙体改革领导小组办公室规定标准及消防部门的验收标准要求。
十五、违约责任：
1、因设计变更或甲方原因导致工期延误，经甲方确认，工期相应顺延。
2、未经设计或甲方同意，因乙方擅自变更设计，发生的费用和由此导致甲方的直接损失，由乙方承担，延误的工期不予顺延。
3、乙方未按操作规程或甲方要求施工，造成质量问题，乙方必须返工或返修，造成经济损失由乙方承担，工期不予顺延。
十六、合同纠纷解决方式
因履行本合同发生的一切争议，由当事人双方协商或调解解决，协商解决不成，可采用以下方式解决：
（1）提交 长春市仲裁委员会仲裁。
（2）依法向工程所在地人民法院起诉。
十七、合同份数
本合同一式三 份，甲方 两 份，乙方 一 份，具有同等法律效力。
十八、合同生效与终止
本合同经双方签字盖章起生效，合同履行完毕后自行终止。
十九、补充条款： 本合同未尽事宜，双方可签订补充协议，补充协议与本合同具有同等的效力。
发包方：（章）承包方：（章）
法定代表人：法定代表人：
委托代理人：委托代理人：
浅谈聚氨酯发泡接口保温 篇3
关键词：高密度聚乙烯保温管,接口保温,工艺流程,热收缩带
高密度聚乙烯预制直埋保温管因其施工速度快、综合成本低、热损耗小等优点,在城市供热、液体输送、工业动力输送等工程中被广泛使用。管网保温的主要目的是减少热量损失,节约燃料及减少投资。按照CJ/T 114-2000高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制保温管标准,在高密度聚乙烯保温管生产过程中,钢管两端预留的15 cm～20 cm未进行保温,在焊接完成并试压合格后将预留部分做保温处理称接口保温。直埋高密度聚乙烯保温管为热力管网铺设的主要管线用品,而为了使热力管线可以安全、有效、稳定的运行,接口保温的质量是其中极为重要的一个环节,同时,接口保温作为施工工序的最后一道,对工程的及时完工也有着十分重要的作用。接口保温的一道关键程序是使接口两端紧密连接,进而使整条管边紧密连接,地下水不能从此处渗入管边,见图1。
1 工艺选型
集中供热直埋管道工程接口保温工艺为电热熔焊接头、热收缩带接头及电热熔焊+热收缩带接头三种。其中,当DN≥300 mm时,采用电热熔焊;当DN≤250 mm时,采用热收缩带;当DN≥300 mm,且位于地下水位以下或穿越铁路、方涵、水渠、河道及市区主要街道时,采用电热熔焊+热收缩带的方法。
2 工艺流程
2.1 电热熔焊
电热熔接头是一种新型、可靠的接头新技术。它利用聚乙烯热熔性原理,将加热丝预埋在聚乙烯接头套管的内表面,通过加热使套管和外套管熔化,外部施加一定的压力使其熔为一体,完成外套管连接。其工艺流程为:除污除锈→外护管电热熔焊接→气密性试验→聚氨酯发泡→封口。电热熔焊示意图见图2。
2.2 热收缩带焊接(聚乙烯热收缩带)
聚乙烯热收缩带产品性能:辐射交联聚乙烯热收缩带(以下简称热缩带)具有机械强度高、耐化学介质腐蚀、耐环境开裂应力大的特点,具有操作方便、使用简单、施工快捷、密闭性好、不透水、不透气、与各层材料粘结力强、自愈力强的优点,并形成热收缩带、热收缩套、补伤片等系列产品,广泛应用于供热行业。
热收缩带以其良好的闭气、闭水性与接头套袖一起被广泛应用。使用热收缩带进行保温管接口施工时,一般要在钢管焊接前将高密度聚乙烯套袖预先套在管道的一端,在管道焊接完毕并试压合格后,开始进行接口保温。其工艺流程为:除污除锈→外护管塑料热空气焊接→热收缩带粘结→气密性试验→聚氨酯发泡→封口。热收缩带焊接示意图见图3。
2.3 电热熔焊接+热收缩带
当DN≥300 mm,且位于地下水位以下或穿越铁路、方涵、水渠、河道及市区主要街道时,采用电热熔焊+热收缩带的方法。其施工方法就是前两种方法的综合。其工艺流程为:除污除锈→外护管电热熔焊接→气密性试验→聚氨酯发泡→热收缩带粘结→封口。
3 关于工艺流程的说明
1)在接口保温施工前,除污除锈指应将接口钢管表面、两侧保温端面和搭接段聚乙烯外壳表面的铁锈、油污、杂质和端面保护层清除干净,如果处理不当,很可能使热熔套和热收缩带无法与聚乙烯外壳充分粘结,并且对其后的聚氨酯发泡的粘结力、握裹力有很大的影响。2)接头外护管材质应与保温管外壳管材质相同,壁厚不小于保温外壳厚度。3)电热熔焊接时,焊边应饱满、充实,有均匀熔化的痕迹。焊接强度应大于母材强度。4)热收缩带选用辐射交联聚乙烯热收缩带,厚度符合有关规定(基材厚度不小于1.5 mm,热熔胶厚度不小于0.8 mm),宽度为200 mm,DN150 mm以下规格直埋保温管热收缩宽度为150 mm,其周向搭接长度不应小于100 mm,并且两侧均应烤出热熔胶,100%周向均匀分布,不应有局部漏烤现象。5)接头保温的气密性试验,试验应力为0.02 MPa,持续30 s,用肥皂水仔细检查密封处,以密封处无气泡为准。6)聚氨酯发泡采用的为:BAYTHEM 22HK84C1013(co2Blow system)。其中指导配方:Baythem 22HKC1013 100份;Desmodur 44V202 155份。比例为1∶1.55,发泡时环境温度宜为20 ℃左右,最低不应低于10 ℃,管道表面温度不应超过50 ℃。当周围环境温度低于接头原料的工艺温度时,应采取加热措施保证接口质量。7)发泡孔盖应先加热后胶结严密,并用100 mm×100 mm粘结片密封,热收缩带接口处应采用压口带进行封堵,保证其接口质量。
4 施工中的问题
1)包热收缩带:先计算管道周长,按10%～15%的收缩量加搭接长度切割热收缩带,热收缩带与套袖和管道的搭接不小于5 cm,热收缩带宽度不小于10 cm,搭接长度为宽度的2倍且不小于25 cm。将热收缩带始端的胶面用喷枪加热至软化状态后,以套袖边端为中心将其压粘在补口处并粘牢,将热收缩带末端用同样的方法加热后环向搭接在始端,使热收缩带呈环状,然后在末端加热覆盖固定片。2)用喷枪均匀地由热收缩带中部开始沿圆周方向加热至一端,中端与加热端环向收缩,然后再从中部另一端用同样的方法加热,使热收缩带两端圆周均有胶溢出为止。3)待热收缩带完全冷却后,开始打孔注料封口,一个工作流程即完成。4)热收缩带现场接口保温施工注意事项:a.热收缩带在加热时,火焰不应垂直喷向热收缩带,应倾斜20°～30°喷烤,火焰要来回移动,以确保热收缩带整体温度均匀,防止热收缩带或外护管局部过热化而影响质量及寿命。b.喷枪火焰高度应调在300 mm～500 mm,热收缩带表面温度控制在120 ℃±5 ℃范围内。c.搭接及热缩余量要按要求留好。d.热收缩带收缩时可能出现皱纹,这是因为塑料有很大的热胀系数造成的,在加热时要尽量赶平,如有气泡出现时,可用不大于3 mm的铁丝插入放气,然后压实,小的皱纹在冷却后可自行消失。e.雨雪天、风沙天施工时要采取相应的措施,以确保施工质量。5)施工质量检查。a.热收缩带施工完毕后,外观不应出现气泡或边角上翘,不应有烤焦现象,否则即视为不合格,应重新施工。热收缩带四周均应有胶溢出,否则应重新加热,使胶溢出方为合格。b.热收缩带与聚乙烯的剥离强度不小于40 N/cm。6)补伤。a.当保温管道外护管受伤面积不大于100 cm2时,也可采用热收缩带进行补伤。方法是用喷枪将补伤片胶面加热至软化状态,然后迅速压粘于损伤处,使周围溢出胶剂为度,补伤片与周围的搭接不小于50 mm。b.当保温管道外护管损伤面积不大于100 cm2时,按照包热收缩带的方法操作。
5 结语
以上两种方法各有利弊,需根据适用情况现场具体采用:1)套袖和缠绕热缩带用于接口保温工程中的优点是施工方便、速度较快,适应各种地形,但工序配合要求多,如套袖在施工前应预先套好,安放位置要正确,缠绕施工时操作员责任心要求强。2)电热熔套皮用于接口保温工程中的优点是整体性非常好、质量很高、使用寿命也长,但施工时速度较慢,需用电器设备较多,如空压机、电熔器等较大的设备,对于工地特别狭窄时,则不太方便。
参考文献
硬质发泡聚氨酯 篇4
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
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[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.
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硬质发泡聚氨酯 篇5
1实验部分
1.1主要原料
多苯基多亚甲基多 异氰酸酯 (PAPI,工业品),25℃黏度150~250mPa·s,烟台万华聚氨酯股份有限公司。聚醚多元醇YT-635(羟值460-500 mgKOH/g),聚醚多元 醇YT-4110(羟值440±40mgKOH/g),常熟一统聚氨酯制品有限公司。三乙胺(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。N,N-二甲基乙醇胺(分析纯),成都市科龙化工试剂厂。蒙脱土(DK1),浙江丰虹粘土化工有限公司。稻壳粉(80目),怀远县文博稻糠加工厂。
1.2聚氨酯复合泡沫试样制备
通过配方中各因素对聚氨酯泡沫塑料(RPUF)结构和性能的影响,通过前期的配方优化试验,确定了RPUF的最佳基础配方为:聚醚100份 (YT-635∶YT-4110质量比为85∶15),PAPI116份,催化剂0.3份,匀泡剂0.25份,发泡剂40份。蒙脱土与稻壳粉掺杂总质量份数10份,蒙脱土与稻壳粉之间的质量比分别为0∶100、10∶90、15∶85、20∶80、25∶75和30∶70。
将模具放置在52℃干燥箱中预热3h,聚醚多元醇与PAPI分别在40℃干燥箱中预热20min;稻壳粉在80℃干燥箱至完全干燥。将预热后的多元醇准确称量后倒入反应 器,加入匀泡剂、催化剂、发泡剂,待初步分散后加入稻壳粉与蒙脱土,用JJ-1型电动搅拌器使之充分分散,然后按配料比加入相应的PAPI,高速搅拌至反应开始(液体体积明显膨胀),快速倒入模具中,置于(52±2)℃的烘箱中固化24h;取出冷却,放置24h后制样检测。
1.3结构性能测试分析
采用南京江南永新光学有限公司产XP213型光学显微镜观察泡沫体的微观结构并拍照。采用深圳市新三思材料检测有限公司产CMT4254型微机控制电子式万能试验机,按GB/T8813-2008测试样品的压缩性能,压缩速率为5mm/min。采用深圳市新三思材料检测有限公司产ZBC1400-2塑料摆锤冲击试验机,按GB/T13525-1992测试样品的冲击性能。按GB/T6343-2009测试泡沫 塑料的表 观密度。按GB/T8811-2008测试样品的尺寸稳定性。
2结果与讨论
2.1RPUF的泡孔形貌
通过光学显微镜对样品表面40倍放大后拍照,观察其泡孔情况。一步法发泡 工艺是目 前聚氨酯 制造普遍 采用的工艺,具有较快的反应速率。在泡沫形成过程中,凝胶反应和发泡反应达到平衡是保证聚氨酯泡沫具有良好的闭孔和性能的关键。可以通过对配方中催化剂、发泡剂及匀泡剂种 类与用量的调节来达到这一平衡。从图1可以看出,泡孔为球 形或多面体结构,纯聚氨酯尺寸约为500μm,添加蒙脱土与稻壳粉后其尺寸约为270~400μm。泡孔较为均匀、闭孔率较好。这是因为添加的颗粒起到了成核剂的作用[3]。此外,当蒙脱土与稻壳粉配比分别为15∶85、20∶80时,泡孔最为均匀、尺寸较小。
[蒙脱土/稻壳粉质量比:(A)0∶100;(B)10∶90;(C)15∶85;(D)20∶80;(E)25∶75;(F)30∶70]
2.2蒙脱土/稻壳粉配比对表观密度影响
密度对聚氨酯硬质泡沫的力学性能和热力学稳定性具有重要影响[4]。本研究 制备的纯 聚氨酯硬 质泡沫密 度为35kg/m3。添加蒙脱土与稻壳粉制得的聚氨酯硬质泡沫密度比纯聚氨酯硬质泡沫高,且泡孔均匀。这是因为颗粒 在发泡过程中起成核剂的作用,在发泡初期促进气泡产生[5]。从图2可见,当蒙脱土与稻壳粉配比在30∶70~15∶85之间时,制备的聚氨酯硬质泡沫表 观密度在36.3~36.8kg/m3,密度较为稳定;之后随着稻壳粉量的进一步增加,表观密度先增加后减小。究其原因:(1)蒙脱土与稻壳粉的加入,使体系黏 度增大,泡沫上升高度降低,聚氨酯硬质泡沫密度变大;(2)复合颗粒的添加对泡体发泡过程有影响,用等量的物料发泡体积变小导致密度变大。
2.3蒙脱土/稻壳粉配比对样品力学性能的影响
图3反映了不同蒙脱土/稻壳粉配 比的聚氨 酯硬质泡 沫的压缩强度和冲击强度。可见,随着稻壳粉含量的增加,聚氨酯硬质泡沫的压 缩强度先 增加后减 小,当稻壳粉 添加量占80%时,压缩强度最大,为150kPa。这是因为一开始稻壳粉与蒙脱土均匀分布在泡孔壁周围,增强了泡孔壁的强度和刚度,在初始变形阶段承 受了较大 的应力,提高了泡 沫体的强 度。但随着应力增加,微粒和基体脱胶,界面处的应力集中导致复合微粒周围基体材料的脆性破坏。稻壳粉含量较低 时,聚氨酯泡沫塑料冲击性能随着稻壳粉含量的增加而上升。但在稻壳粉含量高于80%时,冲击强度开始下降。与未添加颗粒的聚氨酯泡沫塑料相比较,冲击强度最高可提高25%左右。这是由于稻壳粉含量 过高时,PAPI黏度过大,使发泡非 常困难,从而给材料内部造成很多缺陷,导致聚氨酯泡沫塑料冲击性能下降[6]。
2.4蒙脱土与稻壳粉不同配比对尺寸稳定性的影响
从图4可知,样品尺寸稳定性大致随稻壳粉量的增加而变优;在蒙脱土与稻壳粉配比相同时,尺寸稳定性随着温度的升高而降低。70℃之前尺寸稳定性较好,大致小于10-3;温度高于70℃后,尺寸稳定性变差。
3结论
(1)以复合蒙脱土与稻壳粉为填料,制备了物 性良好、尺寸较为稳定、密度约为36kg/m3的蒙脱土稻壳粉复合聚氨酯硬质泡沫塑料。
(2)蒙脱土-稻壳粉复合聚氨酯硬质泡沫塑料的压缩强度、冲击强度随复合稻壳粉含量的增加而先变大后变小,当蒙脱土与稻壳粉配比为80∶20时,压缩强度、冲击强度最大,分别达150kPa和1.2kJ/m2,比纯聚氨酯泡沫塑料分别提高15.4%和25%。
(3)蒙脱土-稻壳粉复合聚氨酯硬质泡沫塑料的尺寸 稳定性大致随稻壳粉量的增加而变优;在蒙脱土与稻壳粉配比相同时,尺寸稳定性随着温度的升高而降低。
摘要：在聚氨酯泡沬中添加蒙脱土和稻壳粉两种增强填料,采用一步发泡法制备了聚氨酯硬质泡沫塑料,研究了复合泡沫塑料的密度、力学性能和尺寸稳定性,利用光学显微镜观察了泡沫体的微观结构。结果表明,随着稻壳/蒙脱土配比的增大,复合泡沫塑料的密度、压缩强度、冲击强度先增大后减小。当蒙脱土与稻壳添加总质量分数为10%,质量配比为20:80时,聚氨酯泡沫塑料的压缩强度、冲击强度分别比纯聚氨酯泡沫塑料提高15.4%和25%。蒙脱土稻壳复合聚氨酯硬质泡沫塑料的尺寸稳定性大致随稻壳用量的增加而变优,随温度升高而降低。
关键词：稻壳,蒙脱土,聚氨酯,泡沫塑料
参考文献
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硬质发泡聚氨酯 篇6
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
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硬质发泡聚氨酯 篇7
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
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硬质发泡聚氨酯 篇8
本研究通过乙二醇醇解废弃聚酯纤维得到中间产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET),与多异氰酸酯及助剂反应制得阻燃硬质聚氨酯泡沫,可作为绝热保温和结构承载材料用于工农业、建筑业及国防军事等诸多领域[4]。通过添加三氯丙基磷酸酯(TCPP)等阻燃剂,提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能,并研究了阻燃剂用量对泡沫密度、压缩强度的影响,及添加助剂用量对阻燃性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要试剂及仪器
试剂:废弃聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯,缩写PET),醋酸锌,乙二醇,多异氰酸酯,水,硅油,辛酸亚锡,三氯丙基磷酸酯(缩写TCPP)。
仪器:电子精密天平(BSA224S型),赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;恒速搅拌器(S212型),上海梅颖浦仪器制造有限公司;恒温油水浴锅(XMTE-7000型),上海申顺生物科技有限公司;循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ型),郑州长城科工贸有限公司;真空干燥箱(DZF-6090型),上海一恒科学仪器有限公司;傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus-470型),美国Thermo Nicolet公司;视频变焦显微镜(DI3型),日本U-nion公司;多孔性固体密度仪(TW-300Y型),厦门雄发仪器仪表有限公司;电子万能材料试验机(3385H型),美国Instron有限公司;氧指数测定仪(JF-3 型),南京市江宁区分析仪器厂。
1.2 废弃聚酯纤维醇解
将一定量的乙二醇放入带有温度计,搅拌器,冷凝管,充有氮气保护的四口烧瓶中,加入催化剂醋酸锌,加热至醋酸锌完全溶解。将已经清洗、干燥过的聚酯纤维放入四口烧瓶中,通氮保护,防止发生氧化反应,通入冷凝水,缓慢升温至乙二醇的沸点196℃。开始发生回流现象后计时,反应3h后停止加热。保持冷凝水和氮气的持续通入,待反应后的混合液冷却到140℃以下,取下备用。将冷却的混合液稀释到90℃的蒸馏水中,过滤,将滤液冷却结晶,重复上述操作3次后,将结晶物对苯二甲酸乙二醇酯BHET放入真空干燥箱内,控制温度在60℃ 下干燥24h,即可得到较高纯度的醇解产物BHET[5],反应式如下:
1.3 BHET制备聚氨酯泡沫
采用一步法发泡,将BHET、多异氰酸酯、发泡剂(水)、稳定剂(硅油)、催化剂(辛酸亚锡)以及阻燃剂(TCPP)等原料按一定配比混合在一起搅拌,倒入模具,在2-10s内完成整个发泡过程,得到具有较高相对分子质量且有一定交联密度的泡沫,再经24h放置熟化。发泡过程较为复杂,主要包括链增长、气体发生及交联等反应[6]:
(1)多异氰酸酯与BHET反应,主链增长:
(2)多异氰酸酯与水发生发泡反应,生成CO２和聚脲:
(3)多异氰酸酯的聚合反应:
依据GB 12008.3-1989《聚醚多元醇中羟值测定方法》和GB 12008.5-1989《聚醚多元醇中酸值测定方法》,分别测得BHET单体的羟值和酸值,计算可知与10.0g BHET反应所需异氰酸酯的质量为13.26g。其他助剂的用量分别为:发泡剂(水)0.3~0.6g,稳定剂(硅油)0.2~0.35g,催化剂(辛酸亚锡)0.25~0.65g,阻燃剂(TCPP)0~1.8g。按确定比例混合,充分搅拌均匀,发泡反应即开始,1.5~2.5min内发泡结束。放置24h熟化后制样,测定泡沫性能。
1.4 聚氨酯泡沫性能测试
(1)外观形态:按垂直于泡沫升起的方向切割样品,通过视频变焦显微镜观察其泡孔结构。
(2)红外光谱测试:采用Nicolet Nexus-470型傅里叶变换红外光谱仪,通过KBr压片法对聚氨酯泡沫的结构进行表征。
(3)密度的测定:依照GB/T 6343-2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》,利用TW-300Y型多孔性固体密度仪对经防水处理的聚氨酯泡沫的表观密度及孔隙率测试。样品制作后放置至少72h以上,且放置48h后测出密度与放置72h后测出值相差小于10%。每种配方的样品分别测量5次,取其平均值。
(4)压缩强度的测定:将样品烘干至恒重,用美国Instron3385H型电子万能材料试验机测试样品压缩强度,预载荷为0.500N,速度为12.0m/min,测定不同配料情况下,泡沫的最大承载压强和最大压缩位移。
(5)阻燃性能测定:利用JF-3型氧指数测定仪,参照GB/T 2406-93《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》对聚氨酯泡沫进行阻燃性能测试。样品尺寸为100mm×10mm×10mm,采用顶端点燃法,分别对同一配方样品进行5次测试,取其平均值,得到极限氧指数及续燃时间。
2 结果与讨论
2.1 聚氨酯泡沫外观形态
依上述方法制得的聚氨酯泡沫为闭孔泡沫,紧密相连的孔壁可以支撑泡沫结构(图1),具有较好的结构稳定性。同时,封闭的泡孔包含了大量的静止空气,降低导热系数,使其具有良好的保温性能。
[(a)×4，(b)×100]
2.2 BHET及聚氨酯泡沫红外光谱分析
采用KBr压片法对提纯后的BHET及聚氨酯泡沫的结构进行表征,红外光谱如图2所示。
由BHET红外光谱图中各波段的吸收峰可知,在3400~3230cm-1处显示了醇羟基结构;1610~1370cm-1之间出现了3个尖锐的吸收谱带,分别位于1500~1450cm-1处两个吸收带和1300cm-1处一个吸收带,显示了苯环结构;这些都说明了产物具有BHET的基本特征。在聚氨酯泡沫的红外光谱中,2275~2225cm-1处为异氰酸酯基的特征吸收峰,证明了多异氰酸酯与BHET的反应[7]。
2.3 阻燃剂用量对泡沫阻燃效果的影响
聚氨酯泡沫分子链中含可燃烧的碳氢分子链,不耐热,容易被点燃,产生毒性气体,危害人身财产安全。由于聚氨酯泡沫密度小,有孔状结构,比表面积大,因此燃烧时会加快燃烧速度和质量的散失,其极限氧指数(LOI)在16%~18%之间,属于易燃材料,需通过添加阻燃剂来提高其阻燃性能[4]。三氯丙基磷酸酯(TCPP)是硬质聚氨酯泡沫常用的阻燃剂,经试验证明TCPP也适用于由PET降解产物BHET和多异氰酸酯反应而成的泡沫。
由表1可见,由BHET和多异氰酸酯反应而成的泡沫在没有添加阻燃剂的情况下,极限氧指数为24.25%,高于一般未添加阻燃剂的聚氨酯泡沫的极限氧指数(16%~18%),其原因主要是BHET主链上的芳香基团提高了泡沫的阻燃性能。随着阻燃剂TCPP的增加,极限氧指数由24.25%逐渐上升至大于27%,达到难燃材料水平。当TCPP添加量超过1.5g后,LOI到达极限值,不再随TCPP量的增加有明显变化。没有添加阻燃剂的泡沫,续燃时间在60s以上,通过增加阻燃剂TCPP用量,续燃时间可减少至20s,并不伴随明显的阴燃。
2.4 添加剂对聚氨酯泡沫阻燃效果的影响
发泡过程中主要的添加剂包括发泡剂(水)和催化剂(辛酸亚锡)等。当水用量过少时,不能产生足够的气泡,泡沫迅速凝固胶化;而当水用量过多时,会产生大量气泡,气泡逃逸过快,导致泡沫塌泡。经试验表明,发泡剂(水)用量的适宜范围应在0.30-0.65g之间。表2 中显示当水含量在0.30~0.65g之间变化时,对于泡沫的极限氧指数影响并不显著,变化值小于1%,这可能和发泡过程中大量的水参加反应,并生成气体挥发,而并未以水或结晶水的形式存在泡沫中有关。
表3显示了催化剂(辛酸亚锡)用量增加对阻燃效果的影响,随着辛酸亚锡从0.25g增加到0.65g,极限氧指数从25.38%下降到了23.27%。辛酸亚锡用量的增加,平衡了发泡反应与凝胶反应,增大了泡孔率,增大了气体渗透性,因此也更易燃烧,降低了其极限氧指数。
2.5 阻燃剂对聚氨酯泡沫密度的影响
阻燃剂TCPP的添加对泡沫密度和泡沫孔隙率产生了一定的影响,随着TCPP用量的增加,泡沫密度逐渐减小,与TCPP用量成反比关系,空隙率增大(表4)。
2.6 阻燃剂对聚氨酯泡沫压缩强度的影响
阻燃剂(TCPP)为添加型阻燃剂,以物理分散的方式分散于聚氨酯基体的网络中。但因与其他反应物的混容性差,当用量增加时,会降低泡沫的力学性能。如表5中可见,随着TCPP的添加,泡沫最大承载压强下降,最大压缩位移变化不显著。因此在保证阻燃性能的基础上,为确保泡沫力学性能,需控制TCPP的用量,以1.5gTCPP/10gBHET为宜。
3 结论
利用废弃聚酯纤维的乙二醇醇解产物BHET与多异氰酸酯在发泡剂(水)、催化剂(辛酸亚锡)、稳定剂(硅油)和阻燃剂(TCPP)的共同作用下,制备了阻燃硬质聚氨酯泡沫材料。发泡剂(水)的用量在0.30~0.65g之间时,发泡速度可控,发泡效果较好,且对阻燃性能影响可忽略。催化剂(辛酸亚锡)的增加,会引起阻燃效果的下降。BHET中含有芳香基团,从而增强了泡沫的阻燃性能,极限氧指数可达24.25%。通过增加TCPP的用量,极限氧指数可达27%以上,符合难燃材料的标准。但随着TCPP用量增加,泡沫密度降低,泡孔率增大,泡沫压缩性能逐渐下降。因此,在保证阻燃效果的同时,TCPP应适量添加,以1.5g/10gBHET为宜。
摘要：以废弃聚酯纤维、乙二醇、多异氰酸酯等为原料,采取乙二醇醇解法降解废弃聚酯纤维,分离提纯得到高纯度的BHET单体,并采用一步发泡法制备了具有阻燃效果的聚氨酯泡沫材料。利用傅立叶变换红外光谱对各阶段产物进行定性分析。讨论了阻燃剂(TCPP)、发泡剂(水)及催化剂(辛酸亚锡)对阻燃性能的影响,以及TCPP对泡沫密度、压缩性能的影响。