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聚氨酯硬泡的原料有哪些?

发布时间:2022/09/13

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

用于聚氨酯硬泡沫塑料的通用聚醚多元醇具有不同的性能和用途,主要有如下几类:

1.聚醚二醇

乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、二缩乙二醇、水等含有两种活性氢的化合物均可作为聚氧化丙烯二醇的聚合起始剂。主要以1,2-丙二醇为起始剂。随着丙二醇对氧化丙烯摩尔比的增加,合成聚醚的相对分子质量降低,羟基值增加。

聚醚二醇主要用于制备聚氨酯软泡沫、弹性体、粘合剂、纤维、合成革等。由于二羟基聚醚与二异氰酸酯发生反应,形成线性直链聚氨酯,可以增加泡沫的柔软度,延长拉伸性能。聚醚的相对分子质量越大,产品的柔软度和伸长率就越高。

2.聚醚三醇

聚醚三醇一般以甘油(丙三醇)、三羟甲基丙烷为起始剂,是聚氨酯软泡沫、半硬泡沫和硬泡沫的基本原料。聚氨酯软泡沫和硬泡沫对聚醚的相对分子质量或羟基值有不同的要求。软泡沫要求聚醚的相对分子质量约为3000,即羟基值约为56mgKOH/g;硬泡要求聚醚相对分子质量在300~400范围内,羟值约450~550mgKOH/g。

不同性能和用途的聚氨酯泡沫对聚醚多元醇有不同的要求。用于软泡沫的聚醚多元醇通常是长链和低官能聚醚。聚醚多元醇在软泡沫配方中的官能量一般为2~3,平均相对分子质量在2000~6500之间。聚醚三醇在软泡沫中使用最多,一般以甘油(丙三醇)为起始剂,由1、2-环氧丙烷开环聚合或与环氧乙烷共聚获得,相对分子质量一般为3000~7000。聚醚二醇主要用作辅助聚醚,与聚醚三醇混合在软泡沫配方中。

硬泡配方一般是高官能量、高羟值聚醚多元醇,从而产生足够的交联刚度。硬泡聚醚多元醇的羟基值一般为350~650mgKOH/g,平均官能度一般在3以上。一般硬泡配方多采用两种聚醚混合,平均羟值00mgKOH/g左右。以甘油为起始剂的聚醚多元醇官能相对较低,交联网络的形成速度慢于高官能聚醚多元醇,使硬泡沫材料具有良好的流动性。

3.聚醚四醇

由于起始剂种类不同,聚氧化丙烯四醇(四羟基聚醚)通常包括乙二胺基聚醚多元醇和季戊四醇基聚醚多元醇。以乙二胺为起始剂,氧化丙烯开环聚合制成的四羟基聚醚通常被称为“胺醚”。这种含氮聚醚多元醇具有一定的叔胺碱性和多羟基性,可以加速与异氰酸酯的反应,主要用于硬泡现场喷涂配方,作为催化多元醇原料。

由于季戊四醇是结晶体,与氧化丙烯的互溶性较差,聚合初期的反应诱导期比甘油长。季戊四醇聚醚多元醇主要用于一般硬泡配方。由于季戊四醇聚醚比三羟基聚醚具有更高的官能性,因此相应的硬泡具有更好的耐热性和尺寸稳定性。

4.五羟基聚醚

五羟基聚氧化丙烯醚也有两种,一种是以二亚乙基三胺(二乙烯三胺)为起始剂,与氧化丙烯聚合形成具有自催化作用的五羟基含氮聚醚;另一种是以含有五羟基的木糖醇为起始剂,通过催化和氧化丙烯聚合形成五羟基聚醚。这两种聚醚都适用于硬质聚氨酯泡沫塑料。由于五羟基聚醚粘度高,在实际生产中,五官能量起始剂一般与低官能量起始剂混合,制备官能量在3~5之间的聚醚多元醇。

二乙烯三胺基聚醚多元醇结构中含有叔胺,可用于具有催化作用的交联剂,与三羟基或四羟基等低官能聚醚混合,可制成尺寸稳定、压缩强度高的硬尺寸稳定、压缩强度高的硬气泡,特别适合现场喷涂发泡配方。木糖醇一般通过农副产品玉米芯水解、加氢、结晶净化,资源丰富,价格低廉。
聚醚五醇制成的硬泡比甘油具有更高的耐温性和尺寸稳定性。

5.高官能聚醚

以山梨醇、甘露醇等六羟基化合物为起始剂和氧化丙烯KOH在催化剂的作用下,100~110℃加压聚合可获得六羟基聚醚。这种聚醚含有六个羟基,官能高,所以聚氨酯硬泡沫交联性大,产品耐油性、耐热氧化性和尺寸稳定性好。我国山梨醇和甘露醇资源丰富,特别是甘露醇是海藻碘工业的联合产品。由于官能高,六羟基聚醚的粘度一般超过100Pa·s,因此,与其他发泡成分(异氰酸酯、发泡剂、催化剂等)的互溶性较差,给发泡施工带来了很大的困难。为了降低聚醚的粘度,混合起始剂通常用于工业制备,如山梨醇-甘油,聚醚的实际功能在3到6之间。

如果以蔗糖为起始剂,氧化丙烯开环聚合,将获得官能度为8的蔗糖聚醚是一种高粘度浅棕色液体,聚氨酯硬泡沫耐热性好,抗压强度高,尺寸稳定。在制备八羟基蔗糖聚醚的过程中,由于蔗糖是一种结晶体,与氧化丙烯不溶解,纯蔗糖聚醚具有高官能度、高粘度和与其他发泡成分相溶性差,因此在实际聚合中一般采用混合起始剂。例如,甘油和蔗糖混合起始剂,或其他低官能多羟基化合物和蔗糖混合起始剂。



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