【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 粘合劑 彈性纖維 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯樹(shù)脂中最主要的品種 80％。 聚氨酯泡沫塑料 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)泡沫塑料 )最大的特點(diǎn)是制品的性能可在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。如改變?cè)系幕瘜W(xué)組成與結(jié)構(gòu)、各種組分的配比、添加各種助劑、合成條件及工藝方法等，能制得不同軟硬度，且耐化學(xué)性、耐溫性、耐焰性好及機(jī)械強(qiáng)度高的多品種泡沫塑料。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料的分類(lèi)及應(yīng)用 聚氨酯泡沫塑料的分類(lèi) 多元醇官能度2～ 3 軟質(zhì) 泡沫塑料 半硬質(zhì) (或半軟質(zhì) ) 硬質(zhì) 泡沫塑料 Mc:3000，密度： ， 用途：襯墊材料，可代替泡沫乳膠。廣泛使用于家具、火車(chē)、汽車(chē)及航空、包裝、紡織品和各種泡沫襯墊及醫(yī)藥衛(wèi)生、建筑及國(guó)防等方面。 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔率為5%～ 15%；是一種優(yōu)質(zhì)絕熱保溫材料；可以在Mc1300密度： 。其比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、絕熱和隔音性能優(yōu)良，常用作絕熱保溫與夾心支持的材料。用于結(jié)構(gòu)材料（如椅子骨架、桌子、門(mén)框及窗框等） 半硬飽交聯(lián)度高于軟質(zhì)聚氨酯泡 ,開(kāi)孔率為 0%，具有更高的壓縮強(qiáng)度。主要用于防震緩沖材料和包裝材具有吸收沖擊能的特性，主要用于防震緩沖方面的部件，大量用于車(chē)輛、飛機(jī)等方面。也可用作密封材料和能量吸收材料。 多元醇官能度2～ 3＋交聯(lián)劑 多元醇官能度3～ 8 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 Mc值： 400~700~2500~20230。 Mc值越小，交聯(lián)密度越大．則泡沫塑料制品的硬度及機(jī)械強(qiáng)度等也越高．但它的柔順性、回彈性及伸長(zhǎng)率也就越差。軟泡的 Mc值大，其呈現(xiàn)的性能則相反。 硬泡 半硬泡 軟泡 分子量的差別實(shí)質(zhì)上是反映了泡沫塑料體型結(jié)構(gòu)大分子中交聯(lián)點(diǎn)間分子量 Mc值的大小。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料合成原理 成泡原理 主要原料： 聚醚 (或聚酯 )多元醇＋異氰酸酯＋發(fā)泡劑 邊聚合，邊發(fā)泡，最終成為含有許多微小氣泡的泡沫體。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料的原料組成 （ 1） 異氰酸酯 ：最常用的是 TDI（ TDI80及 TDI65）、粗 TDI（含 85%TDI及副產(chǎn)物），硬泡生產(chǎn)中則常用粗MDI（ PAPI）。 （ 2）多元醇： 聚醚或聚酯多元醇 制備軟泡時(shí)，要求 Mc值大，故須采用分子量較大的多元醇，一般有 f＝ 23，羥值為 55 (mgKOH/g)左右；硬泡，則 f=38，羥值為 380580 (mgKOH/g)。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 （ 3） 發(fā)泡劑： 按其產(chǎn)生氣體的方法可分為兩類(lèi)： ① 水。利用 NCO基團(tuán)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生 CO2來(lái)發(fā)泡。 ② 低沸點(diǎn)鹵代烴，如三氯一氟甲烷、三氯三氟乙烷等。利用這類(lèi)低沸點(diǎn)物在反應(yīng)中受熱氣化而產(chǎn)生氣泡，這是一種物理方法。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 （ 4）催化劑： 叔胺類(lèi)化合物 (如 N， N二甲基苯胺、三乙醇胺等 )和有機(jī)錫類(lèi)化合物 (如二丁基錫二月桂酸酯、辛酸亞錫 )。 常采用混合催化劑以控制發(fā)泡反應(yīng)。 原因： “ NCO～ ROH”（鏈增長(zhǎng)）反應(yīng)的催化活性不及有機(jī)錫類(lèi)催化劑，但是在“ NCO～H2O”（產(chǎn)生 CO2）反應(yīng)中則活性次序相反 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 (5)泡沫穩(wěn)定劑 降低原料各組分的表面張力，增加互溶性及穩(wěn)定發(fā)泡過(guò)程，有利于得到均勻的泡沫微孔結(jié)構(gòu)。 聚氨酯工業(yè)發(fā)展初期，采用的是長(zhǎng)鏈脂肪酸鹽、磺酸鹽及一些非離子型表面活性劑。 1958年合成了效果極佳的有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑，可分為 SiOC型及 SiC型兩種，其結(jié)構(gòu)式如下： 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 （ 6）開(kāi)孔劑 開(kāi)孔型泡沫塑料：具有良好的緩沖和吸音性能 閉孔型泡沫塑料：有較低的導(dǎo)熱性 軟泡、半硬泡的模塑制品中，若閉孔結(jié)構(gòu)過(guò)多，會(huì)引起收縮。為此須添加適量的直鏈烴或脂環(huán)烴，如聚丙烯、聚丁二烯及液體石蠟等，以增加開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。這類(lèi)添加物被稱(chēng)為開(kāi)孔劑。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 （ 7）其他組分 為了提高質(zhì)量或獲得某些特性，可加入另外一些輔助原料。如含鹵、磷的化合物．以達(dá)到阻燃的目的，還可加入防老劑、光穩(wěn)定劑、水解穩(wěn)定劑、防震劑、增強(qiáng)劑和著色劑等。 表 612和 613列出了三個(gè)典型的泡沫塑料配方。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)方法的分類(lèi) 按化學(xué)反應(yīng)的操作過(guò)程可分為兩類(lèi)。 1. 一步法 將各種原料一次混合催化發(fā)泡的方法。各種物料在反應(yīng)過(guò)程中同時(shí)發(fā)生鏈增長(zhǎng)、擴(kuò)鏈、交聯(lián)及發(fā)泡等反應(yīng)。 2. 預(yù)聚體法 (又稱(chēng)兩步法 ) 將聚醚 (或聚酯 )多元醇與異氰酸酯先反應(yīng)生成兩端帶有 NCO基團(tuán)的預(yù)聚體加入催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑及其他助劑等，進(jìn)一步反應(yīng)和發(fā)泡成型。 其中一步法可采用最為普遍，其工藝流程示意圖如圖所示。優(yōu)點(diǎn)是物料粘度 小，輸送容易；利用反應(yīng)的放出熱量對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熟化；工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少； 易于操作管理。多用于生產(chǎn)低密度模塑制品。 二步法生產(chǎn)方法又分為預(yù)聚法和半預(yù)聚法兩種，其預(yù)聚法工藝流程示意圖如 下圖所示，多用于聚醚型泡沫塑料的生產(chǎn)。 半預(yù)聚法多適用于生產(chǎn)硬質(zhì)泡沫塑料，其工藝流程示意圖如下。 發(fā)泡機(jī) 混合頭 發(fā)泡 發(fā)泡 澆濤 發(fā)泡 成品 成品 聚酯或聚醚 多異氰酸酯 催化劑等 一步法生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料工藝流程示意圖 167。 88 聚氨酯及塑料 預(yù)聚體 熟化 發(fā)泡 混合頭 成品 聚酯多元醇 多異氰酸 預(yù)聚法生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料工藝流程示意圖 水、催化劑 表面活性劑等 預(yù)聚體 熟化 發(fā)泡 混合頭 成品 聚酯多元醇 多異氰酸 半預(yù)聚法生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料工藝流程示意圖 聚醚或聚酯 水、催化劑 表面活性劑等 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 發(fā)泡成型工藝 聚氨酯泡沫塑料各組分的混合物經(jīng)發(fā)泡成型后才可制得所需要的泡沫塑料制品。按其發(fā)泡成型的施工方法可分類(lèi)如下： 發(fā)泡成型工藝 手工發(fā)泡工藝 機(jī)械發(fā)泡工藝 塊狀發(fā)泡法 模塑發(fā)泡法 噴涂發(fā)泡法 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 手工發(fā)泡工藝： 即將聚合物多元醇 (或預(yù)聚體 )、水、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑及其他添加劑等計(jì)量加入，經(jīng)高速攪拌混合數(shù)秒鐘后，立即傾入模具內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡成型。 優(yōu)點(diǎn) ：設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、適應(yīng)性強(qiáng)，適用于批數(shù)少，產(chǎn)品規(guī)格變化大的施工； 缺點(diǎn) ：物料損失大，產(chǎn)率低?，F(xiàn)今此法僅使用于實(shí)驗(yàn)室中少量物料的發(fā)泡成型。 機(jī)械發(fā)泡工藝 還可分成三種 塊狀發(fā)泡法 模塑發(fā)泡法 噴涂發(fā)泡法 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 1. 塊狀發(fā)泡法 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 2. 模塑發(fā)泡法 熱模塑工藝的操作程序如下； (1)將混合物料注于模內(nèi)，模溫約保持 38℃ ； (2)閉模，裝底座和夾子。 (3)升溫，在 3分鐘內(nèi)將模溫升至 177℃ (4)熟化，在 121— 177℃ 下保持 12min。 (5)脫模、清模，并將模具冷卻至 38℃ 。 (6)除脫模劑后進(jìn)行第二次模塑。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 3. 噴涂發(fā)泡法 將混合物料在外力作用下噴涂于施工物件的表面上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡成型。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 發(fā)泡成型新工芝 (反應(yīng)注射模塑發(fā)泡工藝 — RIM) 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯泡沫塑料 RIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： 反應(yīng)快速、模具壓力小、不需加熱熟化，生產(chǎn)周期短 (一般模塑發(fā)泡工藝需幾十分鐘 )，制品形狀可為復(fù)雜、薄壁和大型的。它適用于聚氨酯軟泡、半硬泡和硬泡制品，如汽車(chē)的儀表板、緩沖護(hù)板、整皮模塑結(jié)構(gòu)制品。如電子計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等高級(jí)用品的結(jié)構(gòu)材料。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯橡膠 耐磨橡膠 ，線(xiàn)型主鏈的分子量為 3 104－ 5 104．而交聯(lián)點(diǎn)之間的分子量 Mc為 3000－ 8000。 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯橡膠 聚氨酯橡膠的結(jié)構(gòu)與物性關(guān)系 一級(jí)交聯(lián)結(jié)構(gòu) 二級(jí)交聯(lián)結(jié)構(gòu) ： 1) A段的分子量、結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成 2). B段的結(jié)構(gòu)與組成、采用的二異氰酸酯化合物的結(jié)構(gòu) 3). A、 B兩者的比例 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯橡膠 極性基團(tuán)的影響： 氨基甲酸酯、脲基、酰胺基及縮二脲等。 1）大量高極性基團(tuán)的存在，使聚氨酯橡膠的性能介于常見(jiàn)的塑料與橡膠之間，其硬度較高，但仍具有一定的彈性。 2）耐磨性特別優(yōu)良、機(jī)械強(qiáng)度、耐油及耐氧老化等性能也很好。 缺點(diǎn)： 1）太多的極性基團(tuán)，使聚氨酯大分子易發(fā)生水解，交變應(yīng)力下的滯后內(nèi)耗大，產(chǎn)生的熱量較大。 2）性能受溫度的影響較大： 易于受熱裂解，故耐熱老化的性能也較差。熱穩(wěn)定性：酯、醚脲、氨基甲酸酯 脲基甲酸酯、縮二脲 第六章 逐步加成聚合物的生產(chǎn)工藝 聚氨酯橡膠 2. 交聯(lián)結(jié)構(gòu) 1).一級(jí)交聯(lián)結(jié)構(gòu)： 聚氨酯橡膠在加工過(guò)程中所形成的化學(xué)交聯(lián)：氨基甲酸酯、脲基甲酸酯基、縮二脲基等基團(tuán)規(guī)則而間隔地排列成的剛性鏈段 故所制得的橡膠具有規(guī)整網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這也可看作是聚氨酯橡膠具有卓越耐磨耗性及其他優(yōu)異性能的原因。 少量化學(xué)交聯(lián)既可改善聚氨酯橡膠的耐油與耐溶劑性并減小其水久變形； 過(guò)