聚氨酯硬泡外保溫系統工程質量要達到規定標準,不僅涉及設計和施工(安裝)技術,更重要的是系統所用材料質量必須合格。
熟練掌握聚硬泡聚氨酯保溫板(噴涂、澆注或制板材)原料配制,是一項常用和必須掌握的基本技能,當出現組合料(A組分)原料變化、研制新項目或現場施工環境溫度變化及生產板材工藝條件變化等因素時,都需在試驗室或施工現場針對具體問題重新試調配。調配好的原料經發泡后,按各項技術性能指標進行測試,合格后再結合原料成本進行評價,通過確認的最佳合格配方來指導工廠生產和現場應用。
硬泡聚氨酯復合板發泡形成過程是非常復雜的化學反應歷程,A組分和B組分通過復雜的放熱化學反應和物理變化,在反應過程中是多種化學反應在很短時間內同時平衡發生。力的平衡在整個時間內被用來維持氣體在乳液中分散的穩定性,例如,乳液體積迅速增加,溫度和黏度同時遞增,從開始到完成發泡一般在1~2min。當體積增長停止,液相變成固體,溫度在短時間內還可以繼續上升,直到泡沫最終冷卻至室溫。
硬泡聚氨酯保溫板發泡過程中的反應都是放熱反應,加上制備硬泡用聚醚和聚異氰酸酯又是多官能度,交聯密度高,在發泡過程中會出現更高的放熱反應,因而稱其為熱固性塑料,而不屬于熱塑性。
硬泡聚氨酯保溫板通過改變、改性聚合物多元醇,改變助劑(填料)和改變異氰酸酯指數等因素,能分別制成不同密度、硬度、耐溫范圍、難燃等級和閉孔率大小的硬泡制品。
（一）聚氨酯保溫板泡沫發泡法
聚氨酯硬泡(噴涂、澆注或生產聚氨酯硬泡板材)和聚氨酯軟泡(含半軟半硬泡)的合成有預聚體法和一步發泡法成型,目前最常用的是一步發泡成型法。預聚體法和一步發泡法成型工藝比較如圖。
（二）通用型聚酯硬泡化學反應
聚氨酯硬泡是以含有羥基的聚合物多元醇(如用石油產品為基礎的普通聚醚多元醇聚酯多元醇及天然植物油類多元醇或各個聚合物多元醇適當比例的混合)與助劑共同構成,聚合物多元醇組合材料(A組分)與聚異氰酸酯(B組分)(如MDI)為兩大主體材料。將A、B兩大組分的材料按設定的重量(或化學當量)比例,經機械充分攪拌混合均勻后,在A組分中催化劑、泡沫穩定劑、發泡劑等化學助劑作用下,各組成化學成分間產生的復雜化學交聯反應和物理變化過程完成后,發泡、固化成型。聚醚型聚氨酯硬泡結構式tar-nO一R)其中,R=(R-C-O-R,Ar為芳基在反應過程中,主要有聚合物多元醇中所含活性羥基(一OH1)與異氰酸酯中所含異氰酸酯基團(一NCO))的聚合反應,生成聚氨酯主鏈,以及分子鏈增長、交鏈、氣體膨脹產生泡沫體等反應,幾種化學反應同時發生不可逆的化學反應。
1.聚醚多元醇與異氰酸酯反應,生成氨基甲酸酯,即鏈增長反應。它既發生在主要原料之間,也發生在鏈增長過程中。
2.聚異氰酸酯與水(起內發泡劑作用)反應,生成二氧化碳及脲,即放氣反應
3.聚異氰酸酯與式(3)生成的脲反應,生成縮二脲,即交聯反應
4.聚異氰酸酯與式(1)生成的氨基甲酸酯反應,生成脲基甲酸酯,即交聯反應
(三)聚異氰酸酯改性聚氧酯硬泡化學反應
聚異氰脲酸酯( Polyisocy anurate,PIR)硬泡同屬硬泡聚氨酯保溫板一類,聚異氰脲酸酯硬泡所用的原料與普通聚氨酯硬泡的原料大體相同,但聚異氰脲酸酯硬泡是在合成普通聚氨酯硬泡基礎上,將聚異氰酸酯指數提高到3以上,并在三聚催化劑作用下生產聚異氰脲酸酯硬泡,其成型工藝也分為預聚體法和一步法。
聚異氰脲酸酯硬泡預聚體法就是將聚異氰酸酯與聚醚(或聚酯)多元醇先反應,生成主鏈末端為異氰酸酯的預聚體,然后再與三聚催化劑、發泡劑等助劑發泡,三聚硬化成型。
步法成型工藝是將聚醚(或聚酯)多元醇、聚異氰酸酯和發泡劑等助劑與催化劑等一次混合發泡硬化成型。
在聚異氰脲酸酯硬泡成型中,加入大量的異氰酸酯(使用的異氰酸酯基僅有10%~30%轉變為聚氨酯鏈),在三聚催化劑作用下,使催化劑誘導大部分異氰酸酯發生三聚反應,異氰酸根(一NCO)發生環化反應生成異氰脲酸酯類環狀化合物,在生成分子中含異氰豚酸酯類環的泡沫,聚異氰酸酯改性聚氨酯硬泡生成聚異氰脲酸酯硬泡的簡要化學與普通型聚氨酯硬泡相比,聚異氰脲酸酯硬泡由于在聚合主鏈上存在雜環結構的異氰脲酸酯環,所以在不需要添加任何阻燃劑的情況下,聚異氰脲酸酯硬泡就具有耐溫性好、耐火焰貫穿性好和燃燒時發煙量低、燃燒時產生的有毒氣體少、濃煙低等優點,同時提高硬泡強等性能,又克服了未改性的聚異氰脲酸酯泡沫脆性大、加工性能差的缺點。
(四)單組分聚氨酯硬泡化學反應。
單組分罐裝聚氨酯硬泡物料中主要以異氰酸根為末端基的預聚體,再混有表面活性劑催化劑和發泡劑。
單組分罐裝聚氨酯硬泡物料出料后,自身吸收潮濕,自身化學反應發泡、固化(很好噴涂在濕的固體表面)。其泡沫固化歷程是預聚體末端異氰酸根與空氣中濕氣反應或與濕的固體表面反應,生成取代脲和CO2,后者使聚氨酯硬泡發泡,最終泡沫體積取決于預聚體配方(特別是催化劑的含量)。單組分聚氨酯硬泡化學固化反應簡單化學反應式:2R·NCO+H2O→R· NHCONHR
本文標簽： # 聚氨酯硬泡
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