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冷库板用组合聚醚的研制

时间:2009-12-24 11:04来源:未知 作者:yishun 点击:
冷库板材的生产多采用问歇法,其优点在于设备投资少,适合生产形状较为复杂的板材,可较为灵活地调整板材的长度与厚度。但对聚氨酯料的流动性要求较高,材料浪费较多,且生产
  

冷库板材的生产多采用问歇法,其优点在于设备投资少,适合生产形状较为复杂的板材,可较为灵活地调整板材的长度与厚度。但对聚氨酯料的流动性要求较高,材料浪费较多,且生产效率低、产品密度分布不均,质量不稳定。相比之下连续法生产板材具有效率高、质量稳定、综合成本低等优点。

      近年来,国内从意大利、韩国、德国等国引进了多条连续法生产线,主要分布于北京、河北、牡丹江、辽宁等地。生产厚度主要为30~100 mm的墙板与屋顶板。各家生产设备相差较大,履带有效长度短则十几米,长到30 in左右。烘道加温方式与效果也不尽相同,这就对聚氨酯组合料提出了不同的要求。
      连续法生产冷库板(厚度为150~200 mm)在固化时间、形稳性、流动性、烧心开裂、聚氨酯原料与设备的匹配等方面存在较多难点。针对以上情况,
本研究通过选用合适的多元醇、催化剂、阻燃剂等原料,并进行大量实验和在生产线上验证,得到了客户认可的连续法生产冷库板用组合聚醚。
      1 实验部分
      1.1 主要原料
      聚醚多元醇A(羟值400 mgKOH/g)、聚醚多元醇B(羟值500 mgKOH/g)、聚醚多元醇C(羟值450 mgKOH/g),自制;聚酯多元醇(羟值380 mgKOH/g),工业级,金陵斯泰潘公司;醋酸钾、三乙烯二胺、季铵盐,工业级,江苏雨声化工公司;MC固化剂,复合胺类,自制;泡沫稳定剂B8462,工业级,德国高施米特公司;泡沫稳定剂,AK一8803,工业级,南京德美世创有限公司;阻燃剂DMMP、TCEP、TCPP,工业级,青岛联美化工公司;HCFC一141b,工业级,常熟三爱富化工公司;粗MDI,工业级,烟台万华股份公司。

      1.2 测试仪器
      CMT6104型微机控制电子万能试验机,深圳市新三思计量技术有限公司;JF3氧指数测试仪,江阴江宁仪器厂;110.118 型数显粘度计,德国
BROOKFIELD公司。

      1.3 基础配方
连续法生产冷库板基础配方如下:
原 料               质量分数/g
A组分(组合聚醚)    
复合多元醇          65—75
发泡催化剂          2~4
MC固化剂            0.5~2
复合泡沫稳定剂      2~3
复合阻燃剂          8~15
HCFC.141 b         10—20  
水                  0.5 ~2.0
B组分
异氰酸酯指数        105-110

      1.4 实验工艺
      将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂准确计量并在杯子中混合均匀得到组合聚醚。再将组合聚醚与多异氰酸酯恒温、计量,混合。分别发200 mm厚的模具板材,熟化后脱模取出测初始压缩强度,待泡沫完全熟化后测量其各项物理性能。

      2 结果与讨论
      2.1 多元醇的选择
多元醇是生产聚氨酯泡沫的主要原料之一,一般来说,聚醚的官能度与羟值越高,生产出来的聚氨酯泡沫交联密度越大,机械强度也就越高。但这样会导致聚醚的粘度增加,从而导致整个组合聚醚体系的粘度增加,给组合聚醚与MDI的混合带来难度,工艺性能下降,同时也影响产品的质量。所以,在选择聚醚时,不仅要考虑泡沫制品的物理性能,还要考虑其具有适宜的工艺性能。

      聚酯官能度较低,对泡沫的形稳性影响较大,但是对改善泡沫结构,降低原料成本,提高阻燃性、增加泡沫与面材的粘接性较好。本试验通过不同的多元醇进行复配试验,复配的物料温度均为20~C,其中配方A为聚醚A:聚醚B:聚酯=50:35:15、配方B为聚醚A:聚醚C:聚酯=50:35:15、配方C为聚醚B:聚醚C:聚酯=50:35:15,结果见表1。

      由表1可知,配方B体系制得的泡沫塑料综合性能优于配方A和配方c的体系,可达到连续法生产厚度在150 mm以上冷库板的要求和效果。

      2.2 催化剂的选择
      催化剂对泡沫塑料的铺展性、流动性、后固化性、放热等有着直接的关系。因本体系中水量较大,且HCFC.141b具有较高的沸点,本试验中选用了强发泡型的催化剂作为前期催化剂。只有这样才会使体系中的水分与异氰酸酯前期反应充分,同时给HCFC-141b提供足够的气化热量。板材在生产过程中速度是2~3 m/min,烘道长度为21 m,要求泡沫在5—7 min内固化。否则就会出现板材出履带后继续膨胀,造成板材变形、与面材粘接不好等问题。
由于板材较厚,生成的热量难以散失,所以在选用固化剂时应避免选用金属离子等强三聚催化剂,强三聚催化剂反应剧烈,放热量大,会造成泡沫内部烧心开裂、制品熟化后收缩严重等问题,在本体系中应严格控制。不同催化体系对泡沫工艺及性能影响见表2,其中聚醚A:聚醚C:聚酯=50:35:15。本体系中还选用了反应温和、放热量低、脱模性好的MC固化剂,但其用量应严格控制。

      2.3 阻燃剂的选择
      聚氨酯泡沫塑料密度小、比表面积大,同时含有多种可燃元素,未经阻燃处理的聚氨酯泡沫为易燃物,遇火燃烧并产生大量毒烟,不符合建筑应用的聚氨酯泡沫的标准,因此对聚氨酯泡沫的阻燃提出了严格要求。目前国内常用的添加型阻燃剂主要有DMMP、TCPP、TCEP等,TCEP成本低廉,DMMP阻燃效果最好,TCPP储存稳定性较好。在本试验中充分利用不同阻燃剂的协同效应、同时又考虑到对组合聚醚的稳定性、泡沫的形稳性、加工性能等因素,最终选用DMMP与TCEP复合,试验结果表明,采用混合阻燃剂DMMP与TCEP质量比为1:1—1.5,能使泡沫达到目前标准中的B1级。

      2.4 发泡剂的选择
      本试验采用HCFC-141 b与水混合作为发泡剂。水作为化学发泡剂,HCFC.141b为物理发泡剂。水与多异氰酸酯反应生成CO 气体并放出反应热,对泡沫外观、流动指数及体系粘度有着较大的影响。不同水量对泡沫工艺性能的影响见表3。

      由表3可知,随着水量的逐渐增加,体系的流动性能逐渐增加,泡沫的抗压强度也逐渐增加。但也有明显缺点:(1)体系的粘度增加影响组合聚醚的铺展性能,可能会造成板材成品的边角不满;(2)反应热增加而导致泡沫出现烧心现象;(3)导热系数增加,当泡沫的密度相同时,随着体系含水量的增加,泡沫的导热系数随着水含量的增加而增大。这主要是因为水与异氰酸酯反应生成的CO 气体的导热系数比HCFC一141b大,并且水量增大时泡沫的泡孔结构也有所改变;(4)泡沫的脆性增加,影响与面材的粘接。综合考虑,水的质量分数控制在0.8% ~1.1%之间可达到较好效果。

      2.5 泡沫稳定剂的选择
      通常认为泡沫稳定剂的极性越强,可以使制成的泡沫塑料具有较好的尺寸稳定性,提高抗压缩强度及减少泡沫的各向异性;反之,物料体系具有更好的流动性,能够得到泡孔更细、闭孔率更高的泡沫。所以选择合适的泡沫稳定剂非常关键。本试验中生产的板材较厚,热量很难散失,泡沫稳定剂的作用更为明显。在泡沫稳定剂的选择过程中,也出现了因选择不当而产生的烧心、板材表观密度分布不均而影响泡沫表面不平整、板材泡沫截面有黑线条痕等一系列问题。最终选用B8462与AK8803各50% 的复配泡沫稳定剂。

      3 连续法生产冷库
      在连续线上生产时板材厚度150 mm、密度40 kg/m 时,控制履带长度为21 m、料温在2O~25℃ 、烘道温度在35~4O℃ 之间。为了便于随时调
      节制品的密度与发泡时间等参数,采用四组分物料:异氰酸酯、组合聚醚、发泡剂、阻燃剂,配比为异氰酸酯、组合聚醚、发泡剂和阻燃剂质量比为105:100:18:8~15;通过调节链板速度、各组分流量比例、物料温度等参数,最终生产出外观质量及性能良好的冷库板材。成品冷库板材性能测试结果见表4。

      4 结束语
      目前国内聚氨酯冷库板材需求量日益增加,同时连续生产线也在不断地引进中,能用连续设备生产出150 mm以上的冷库板材,不仅可以节省大量的人力、物力,并可以使产品质量提高到一个新的水平。

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