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聚氨酯發(fā)泡基本原理
緒言:聚氨酯是由異氰酸根( R-NCO ) 并氰酸酯與氫氧根
(R’- OH) 聚醚多元醇反應(yīng)結(jié)合后形成的 R –- NCO -– R’。 OH 應(yīng)后產(chǎn)品的性能則決定于 R,R’兩個分子基組及分子間的聚合程度于是就產(chǎn)生 了各種有發(fā)泡的、有不發(fā)泡的、軟的、硬的成品。了發(fā)生反應(yīng)的兩樣基礎(chǔ)原料,當(dāng)然還少不了助劑來調(diào)解控制反應(yīng)的過程與速度,它們就是:
1.1. 催化劑。廣義說有兩種:氨催化劑負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)早期反應(yīng)速度( 亦即乳白時間)。錫催化劑 調(diào)節(jié)后期反應(yīng)速度(亦即膠化或亦稱拔絲時間)硅油。眾所周知,清水吹不起泡,但肥皂水卻能,這是因為肥皂水的表面張力小才能 出泡來,要使混合液發(fā)泡,就必須對表面張力嚴(yán)加控制。
1.3. 架鏈劑。上文提過的 R-NCO-OH-R’是一個分子。 必須要適當(dāng)?shù)拇B及并連成高分子才能呈現(xiàn)好性能。
1.4. 阻燃劑,聚氨酯是有機原料,遇火燃燒是必然的,為了提高泡的阻燃性有必要加入燃劑。飛機上的座墊,及賓的床墊都規(guī)定了很高的阻燃性.發(fā)泡劑。當(dāng)異氰酸酯與水反應(yīng)后,就會釋放出二氧化碳CO2這就是發(fā)泡的原動力。.此同時,亦產(chǎn)生尿素這是個很硬的分子太多了會影響成形泡的性能。獲得更大的發(fā)泡量,就要借重于非反應(yīng)式的發(fā)泡劑, Rll是一種冷媒,點是24 0 C 是一種廣泛使用的發(fā)泡劑。原料必須恒溫于20 ~ 22О0C (低過Rll的沸點),混合反應(yīng)后,發(fā)出的熱使 Rll沸騰,于是發(fā)起泡來.
由于真正發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原材料只是異氰酸酯與聚醚多元醇,所以大多數(shù)的原料供應(yīng)商都把全部的原材料概分為兩種。
*一種就是異氰酸酯R-NCO,俗稱黑料-因為異氰酸酯沾上手后,會形成黑斑,幾日不散。
第二種就是把其他的原料,如聚醚多元醇、催化劑、硅油、架鏈劑、阻燃劑、發(fā)泡劑照比例預(yù)混好后,稱為組合聚醚多元醇,或稱白料。常有人喜歡用英文字母 A組份、B組份來稱呼異氰酸酪與多元醇。如果你也想這么稱呼,你必須要很小心,確定你的交談對象是具有同樣的認(rèn)識。因為在國外,A、B 組份的真正身份,這么多年來,還未能達(dá)致共識。在交談時張冠李戴,大不了只是出點誤會,稍作解釋就是了。但是在車間里,黑白料互混可以使整個設(shè)備內(nèi)部發(fā)泡,造成不可收拾的殘局。停產(chǎn)不在話下,設(shè)備報廢可就嚴(yán)重了。
聚氨酯-PUR-知識介紹
聚氨酯(PUR)是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)而制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。
聚氨酯彈性體用各種助劑的基礎(chǔ)知識
助劑是橡膠工業(yè)的重要原料,用量雖小,作用卻甚大,聚氨酯彈性體從合成到加工應(yīng)用都離不開助劑,按所起作用的不同,可分合成體系、改性及操作體系、硫化體系及防護體系四類助劑!
1 合成助劑
1.1 催化劑及阻聚劑
在聚氨酯彈性體的合成中,為了加快主反應(yīng)的速度,往往需要加入催化劑,常用的催化劑有叔胺和有機錫兩類,叔胺類有三乙烯二胺、三乙胺、三甲基芐胺、二甲基乙醇胺、嗎啡啉等,其中以三乙烯二胺*重要;有機錫類有辛酸亞錫、二月桂酸二丁基錫等。此外,還有有機汞、銅、鉛和鐵類,以有機鉛、汞*為重要,如辛酸鉛和乙酸苯汞等。有機二元酸,如己二酸、壬二酸可作為聚醚型聚氨酯澆注橡膠的催化劑。
胺類催化劑多用于泡沫配方中的成泡反應(yīng),在聚醚體系中,胺和錫類催化劑并用可獲得*佳的泡孔結(jié)構(gòu)!
有機錫類催化劑通常催化HO和NCO反應(yīng)過程,可避免OH的副反應(yīng),該類催化劑除提高總的反應(yīng)速率外,還能使高分子質(zhì)量多元醇與低分子質(zhì)量多元醇的反應(yīng)活性趨于一致,從而使制得的預(yù)聚物具有較窄的分子質(zhì)量分布和較低的粘度!
使用催化劑對彈性體*終制品的性能是有不良影響的,主要影響高溫性能和耐水解性!
阻聚劑以酸類、酰氯類使用較多,酸類使用*多的氯化氫氣體,酰氯類有苯甲酰氯、己二酰氯等!
1.2 擴鏈劑和擴鏈交聯(lián)劑
在聚氨酯彈性體的合成中,擴鏈劑是指鏈增長反應(yīng)必不可少的二元醇類和二元胺類化合物;而擴鏈交聯(lián)劑指的是既參與鏈增長反應(yīng),又能在鏈節(jié)間形成交聯(lián)點的化合物,如三元醇和四元醇類、烯丙基醚二醇等。澆注型聚氨酯彈性體除烯丙基醚二醇不適用外,其他擴鏈或擴鏈交聯(lián)劑都可以使用,熱塑性聚氨酯彈性體僅使用二醇類;混煉型聚氨酯彈性體既可使用二醇也可用烯丙基醚二醇類。一般低分子質(zhì)量的脂肪族二元醇和芳香族二元醇都可以作為擴鏈劑,脂肪族二元醇有乙二醇、丁二醇和己二醇等,其中*重要的是1,4-丁二醇(BDO),在制備熱塑性聚氨酯時用得*多,它不僅起擴鏈作用,還可調(diào)整制品硬度。在芳香族二元醇中,較重要的是對苯二酚二羥乙基醚(HQEE),其結(jié)構(gòu)式是:
它能提高聚氨酯彈性體的剛性和熱穩(wěn)定性;另一種芳族二醇是間苯二酚二羥乙基醚(HER),它能*大限度地維持彈性體的持久性、彈性和可塑性,而同時又可將收縮率限制到*小。HER與HQEE都具有芳香族擴鏈劑的優(yōu)點且不污染環(huán)境,但當(dāng)使用溫度稍微下降時,HQEE有迅速結(jié)晶的趨勢,因而限制了它的應(yīng)用,若將HER與HQEE混合使用,既可解決結(jié)晶問題,還能改善制品的機械性能!
一般使用的二元胺類擴鏈劑都是芳香族的,*常用的是3,3’-二氯-4,4’
二苯基甲烷二胺(MOCA),其結(jié)構(gòu)式為:
苯環(huán)上的氯原子取代基降低了氨基與異氰酸酯的反應(yīng)速率,從而延長了釜中壽命,這對于手工澆注聚氨酯彈性體制品是極其重要的。其他一些二胺,如3,3’-二氯-聚聯(lián)二胺、4,4’-二苯基甲烷二胺、聯(lián)苯二胺和三嗪二胺等也可以作為聚氨酯彈性體合成中的擴鏈劑等。擴鏈交聯(lián)劑有三醇、四醇類及烯丙基醚二醇類,三醇四醇中常用的有丙三醇、三羥甲基丙烷、1,2,6-己三醇和季戊四醇等,它們與異氰酸酯反應(yīng),生成氨基甲酸酯交聯(lián);烯丙基醚二醇類化合物中常用的有:α-烯丙基甘油醚(α-Age)、三羥甲基丙烷烯丙基醚和縮水甘油烯丙基醚,前兩個化合物可在合成聚酯時加入,將烯丙基引入聚酯主鏈上;也可在合成生膠時加入,烯丙基引入生膠主鏈上。在聚醚生產(chǎn)中,這三種化合物都可使用。
2 改性及操作助劑
此類助劑中有的能改進制品性能和外觀,有的可改善操作工藝,如增塑劑、減磨劑、潤滑劑、填充劑、著色劑和脫模劑。