硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热防腐高分子合成材料,用作防腐保温保冷层,它导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性能好,作为一种绝热材料,广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等领域,如输油和辅热水管道、油库、贮罐、冷库、空调、冰箱、集中供热供汽管道等设施的保温保冷。有数据显示,用硬质聚氨酯泡沫塑料保温的管道比传统的管道可减少热损失35%,节约了大量能源,减少了维修费用。另外,它还具有优良的防水防腐性脂,可直接埋入地下或水中,使用寿命可达20~30年以上,使用温度-190~120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯与聚醚型之分。通常聚酯在强度、耐温性能等方面较聚醚型为好,但因聚酯原料成本高,所以在应用上受到限制。
1.硬质聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬质聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰温度下燃烧5 s后离火,在1~2s内自熄。耐浓度小于10%的无机酸,不耐高浓度的无机酸;耐中等浓度的碱液;耐汽油、机油,耐酮、耐酯,不耐醇。
各种绝热材料性能对比见表5—1。
项目 | 聚氨酯硬质泡沫塑料 | 聚苯乙烯 | 泡沫玻璃 | 聚氯乙然泡沫 | 软木 |
密度/kg·m-3 | 50 | 50 | 160~190 | 60~70 | 240~250 |
导热系数/W·(m·K)-1 | 0.023~0.026 | 0.043 | 0.055~0.060 | 0.043 | 0.058 |
耐热度/℃ | +130 | +75 | +400 | +80 | +100 |
耐寒度/℃ | -110 | -80 | -270 | -35 | |
吸水率体积/% | 0.2 | 0.4 | <0.2 | 0.3 | |
压缩强度/MPa | ≥0.2 | 0.18 | >0.5 | 0.18 | |
自熄性 | 自熄 | 易燃 | 不燃 | 易燃 | 燃烧 |
2. 硬质聚氨酯泡沫塑料原料的性质、规格与选择
硬质聚氨酯泡沫塑料是以多元羟基化合物和异氰酸酯为主要原料。在催化剂、发泡剂的作用下,经加成聚合发泡而成。主要反应力异氰酸酯与多元羟基化合物中的羟基反应生成聚氨酯。催化剂主要有叔胺和有机锡等。发袍反应为异氰酸酯与水反应,产生二氧化碳气体和脲。反应产物脲及叔胺等物对此反应有催化作用。反应所产生的二氧化碳气体被用来发泡。但水发泡的最大缺点是耗费昂贵的异氰酸酯。也常用低沸点氟氯烷化合物(即F-113等),利用聚合过程中的反应热汽化,使物料在逐步固化前形成泡沫,发泡剂用量可根据所需泡沫体密度来决定。
(1)聚酯。硬质泡沫聚氨酯所用的聚酯,其羟值通常控制在300~500之间。456聚酯指标如下。
(2)Ⅲ型阻火聚醚:是三羟基含磷含氯阻火聚醚。由于分子结构中引入了磷、氯,产品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚质量指标见表5—2。
指标名称 | 一级品 | 二级品 |
外观 | 黄色透明稠状液体 | 黄色透明稠状液体 |
羟值(KOH)/mg·g-1 | 500±20 | 485±35 |
酸值(KOH)/mg·g-1 | ≤5 | ≤5 |
含磷量/% | ≥3.9 | ≥3.5 |
水分/% | ≤0.2 | ≤0.4 |
(3)交联剂N-403乙二胺聚醚。化学名尔四(聚乙—羟丙基)乙二胺。其质量指标如下。
外观 | 淡黄色至棕色透明黏稠液体 | 水分/% | ≤0.2 |
羟值(KOH)/mg·g-1 | 770±35 |
此交联剂可代替部分有机胺催化剂,又可代替其他羟基聚醚。它有增进分子结构交联,改进泡沫固化速度,减少泡沫塑料脆性的作用。
(4)阻火剂TCER。是β-三氯乙基磷酸酯,其质量指标如下;
外观 | 无色至黄色透明液体 | 酸值(KOH)/mg·g-1 | ≤1.0 |
相对密度(15~20) | 1.410~1.430 | 水分/% | ≤0.3 |
此阻火剂溶于醇、酮,酯、芳烃、氯仿以及四氯化碳,不溶于脂肪族烃。由于分子中含磷、氯,阻燃作用较显著。主要作为添加型阻燃剂,除增加塑料具有自熄性外,还有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工时还可降低黏度,便于施工。
(5)多异氰酸酯PAPIR-NCO。其质量指标如下。
酸值/% | <0.3 | -NCO含量/% | >29 |
水解氯含量/% | <0.5 | 黏度(25)/mPa·s | <1000 |
多异氰酸酯PAPIR—NCO可延缓塑料反应胶凝时间和发泡时间,有利于一步法泡沫模制。对提高塑料的耐热性、强皮、耐湿性有很大好处。
(6)硅油。是一种表面活性剂,也是一种发泡稳定剂。它是一种有机硅大分子化合物,在组分中仗几种物质均匀互混,作为亲水的聚酯和疏水的异氰酸酯、氟碳化合物的乳化剂;其次是稳定发泡,在发泡过程中降低泡沫表面张力,控制泡孔大小,防止胶凝时微孔合并,起到控制微孔大小的作用。
(7)催化剂。三乙醇胺是一种控制聚氨酯分子交联速度和气体生成速度的化合物。
生产硬质泡沫塑料通常选用锡盐与叔胺类例如二月桂酸二丁基锡,它们的作用是促进塑料迅速胶凝或泡沫固化。
(8)发泡剂。分为水或物理发泡剂、氟碳化台物发泡剂。作为聚合物膨胀发泡,充入泡沫微孔以降低导热系数。常用的氟碳化合物为F-11、F-113。
3.硬质聚氨酯泡沫塑料配方
(1)胶液配方表5—3~表5-7介绍了几个单位用的硬质聚氨酯泡沫塑料配方。
组分 | 原料名称 | 质量比 | 施工温度 |
A | Ⅲ型聚醚 乙二胺聚醚 三氯三氟乙烷P-113 β-三氯乙基磷酸酯TCEP 三乙醇胺 二月桂酸二丁基锡 204硅油 | 48~50 15~17 18~20 13~15 1~2.6 0.2~0.5 1.5~2 | 施工温度 31~41℃ 表面温度 45℃左右 |
B | 聚苯基甲基多导氰酸酯PAPI | 106.5~117.1 |
组分 | 原料名称 | 质量比 | 生产厂家 |
A | 甘油聚醚 硅油 二月桂酸二丁基锡 三乙烯二胺 多缩丙二醇 F-11 | 100 3.45 0.09 0.75 1.45 30 | 南京塑料厂 进口 北京化工三厂 上海第五制药厂 上海高桥化工厂 上海电化厂 |
B | PAPI | 142 | 常州有机化工厂 |
表5-5 大连旅顺龙头塑料保温厂胶液配方