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新型聚氨酯化学发泡剂研究及应用进展

时间:2017/10/17 13:47:13来源:中国知网作者:ChinaPU

:介绍了新型聚氨酯化学发泡剂CFA8的性质及其在聚氨酯硬泡材料制备中的应用性能对比了CFA8与水作为发泡剂时的不同性能CFA8应用于聚氨酯喷涂、板材、冰箱保温材料中,研究CFA8在聚氨酯硬泡领域中单独使用以及与物理发泡剂混合使用对所得材料的芯密度、导热系数、外观、尺寸稳定性等性能的影响 

关键词:聚氨酯硬泡;发泡剂;化学反应;性能

 

研发背景

聚氨酯面世70多年来,一直使用氯氟烃类物质作为最主要的发泡剂,使用量也在逐年 递增到目前为止总共研发出了四代,第一代是氟利昂系列,第二代是HCFC-141b(二氯一 氟乙烷),第三代是HFC-245fa(五氟丙烷)和HFC-365mfc(五氟丁烷),第四代是LBA1-氯-3,3,3-三氟丙烯;三氟氯丙烯)等,它们都是含氯氟类物理发泡剂从第一代到第四代其环保性相对越来越好,使用性能相对越来越差,销售价格越来越高但依然含氯氟元素,分子本身和生产过程始终无法摆脱卤元素,很难彻底解决环保问题因此,必须另辟蹊径,研究新理论,合成新物质

山东理工大学聚氨酯化学发泡剂研究团队,历经十多年,在完成理论研究及发泡剂分子结构设计后合成出新型绿色环保的化学发泡剂CFA系列,它是一类分子中含有多个活泼羟基和羰基的有机化合物,能与异氰酸酯发生化学反应放出二氧化碳气体并用于聚氨酯发泡,是聚氨酯化学发泡剂的基本原理和技术关键二氧化碳完全无毒、零ODPGWP1、不燃而具有灭火的特性,在环保方面是任何含氯氟烃类发泡剂和其他物理发泡剂无法比拟的

 

发泡剂基本性能

2.1  CFA8和其他物理发泡剂物性参数

现有发泡剂主要性能见表1

众所周知,所有的物理发泡剂是不溶于水的,但是CFA8以及它的系列产品是一类与水以任意比例混溶的、无色或浅黄色透明的液体化合物CFA8理化性质本身比较稳定,在各种聚醚体系中有很好的相容性,生产的白料性质稳定,存储保质期6个月,当与多异氰酸酯反应时放出的是二氧化碳,二氧化碳的ODP0GWP1,是最绿色环保的发泡剂 其它物理发泡剂相比,CFA8VOC,无闪点,使用方便,运输和存储更为安全简便

1 现有发泡剂主要性能

 

2.2  CFA8H20的不同

CFA8H20与异氰酸酯反应时都生成CO2气体而发泡,但与水不同,CFA8在与异氰酸酯反应生成二氧化碳的同时还与异氰酸酯发生交联反应参与形成聚合物的反应,与水相比,消耗的异氰酸酯要少很多,尤其表现在与一定比例物理发泡剂混合使用时,可以降低物理发泡剂泡沫体系的导热系数,表现出与水完全不同的性能特征

设计实验,选择相同的组合聚醚体系,控制实验泡沫的密度相同,实验配方见表2

根据表2配方发泡,对泡沫样品进行性能测试,样品性能结果对比见表3

2 实验配方

 

 

3 测试结果

 

实验中,配方H20HCFC-141b基础体系,通过在配方中增加CFA8H20的用量、减少HCFC-141b的用量得到通过表3数据对比可得,CFA8HCFC-141b体系的泡沫 具有更低的导热系数;而且随着H20量的增加,H20HCFC-141b体系的泡沫导热系数急剧增大

实验证明,CFA8H20作为聚氨酯发泡剂是不同的并且,CFA8与一定比例的HCFC-141b混合使用时,可以降低其泡沫导热系数

 

3 新型化学发泡剂应用进展

CFA8是一种新的化合物,应用领域涉及聚氨酯硬泡、软泡、弹性体等多个领域,并且在其它领域的应用也在试验之中本文以CFA8在聚氨酯硬泡领域的喷涂、冰箱 冰柜、连续 线板材为例,介绍CFA8的一些应用研究进展情况

3.1  喷涂应用研究进展

3.1.1  CFA8喷涂实验配方

CFA8喷涂实验配方见表4按照上述配方,分别配置组合料100kg,用Graco A-25喷涂机进行喷涂对比实验,结果如图1所示

4 喷涂实验配方

 

 

1 使用不同CFA8配方制备的聚氨酯喷涂材料外观图

3.1.2  喷涂实验对比数据和结果分析

1喷涂泡沫,样品表面平整,取样观察,未发现烧芯、开裂等现象1e)为20151119日在上海东大聚氨酯公司喷涂的纯CFA8的泡沫样品,将喷涂样品露天放置至20174月,切面依然平整,表面无任何收缩开裂等形变1f)为201676日在淄博正华集团的外墙喷涂施工现场,到20174月,历经10个月的自然条件的检验,喷涂层依然完好,无任何收缩、开裂的现象

喷涂泡沫数据对比见表5由表5可知,CFA8替代30%HCFC-141b时,喷涂泡沫的导热系数优于H20141b体系的替代其他物理发泡剂60%70%时,混合体系泡沫的压缩强度、氧指数、尺寸稳定性、导热系数、闭孔率与H20141b体系相差不大CFA8单独在喷涂体系应用时,喷涂泡沫性能也均符合国家标准可见,新型化学发泡剂CFA8无论是单独使用,或者与物理发泡剂混合使用均可满足使用条件,泡沫材料符合国家标准

5 喷涂实验对比数据

 

3.2  在冰箱体系中的研究进展

3.2.1  实验配方

按照表6配方,在恒温模具箱进行模具发泡对比试验

6 实验配方

 

3.2.2  模具泡沫样品对比数据

模具泡沫样品对比数据见表7

由表7可知,在相同实验条件下,聚氨酯化学发泡剂CFA8在冰箱体系中与环戊烷混合使用可以更有效地降低泡沫的导热系数,改善泡沫的保温性能,生产更节能的家电

7 模具泡沫样品对比数据

 

3.3  连续板材应用研究

3.3.1  CFA8连续线板材配方

按照表8配方,配制1t组合料,在淄博中宝节能建材有限公司的连续板材线进行上机试验

8  CFA8连续线板材配方

 

3.3.2  板材样品和结果分析

在淄博中宝节能建材有限公司,按照连续线板材的标准流程进行上机生产,样品如图2所示

 

2 板材样品

 

新型化学发泡剂CFA8生产的板材,表面平整,无褶皱,无鼓泡现象该批样品于2016726日生产自然放置至20174月,经过9个月,板材表面平整,不变形,表现出良好的尺寸稳定性

 

4 结论

1CFA8是化学发泡剂,与水发泡性能不同

(2)新型化学发泡剂CFA8与一定比例的物理发泡剂混合使用,可以降低泡沫的导热系数

(3)新型化学发泡剂CFA8在聚氨酯硬泡的喷涂、冰箱冰柜、连续线板材等领域可以单独或与物理发泡剂混合使用

(4)CFA8作为一种全新的发泡剂,是中国人发明的,是世界聚氨酯发泡剂中的一个新成员,它的环保性能无可挑剔,但也并非十分完美众所知,物理发泡剂除了环保问题以外,还存在沸点低、使用不便或易燃易爆等危险,或价格昂贵,但依然可以接受并在使用因此应以新的思维认识CFA8,在使用中不断地研究和完善我们确信,聚氨酯行业中的技术专家们有足够的能力把CFA8的应用优化到更高的水平,获得更好的应用效果

CFA8系列作为一类与异氰酸酯反应产生二氧化碳气体并可用于聚氨酯发泡的有机化合物,其本身的性质比较稳定二氧化碳是一种无毒、不燃的安全气体,所以,用CFA8生产的泡沫是最环保最安全的材料它的生产过程和产品本身都不涉及卤素元素,它的推广应用将为保护大气臭氧层、减少温室气体排放、保证人体健康、改善气候变化、保护人类赖以生存的地球环境做出重大贡献

 

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