硬質聚氨酯泡沫塑料是一種絕熱防腐高分子合成材料,用作防腐保溫保冷層,它導熱系數(shù)低、密度小、強度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學穩(wěn)定性能好,作為一種絕熱材料,廣泛應用于石油、化工、運輸、建筑、日常生活等領域,如輸油和輔熱水管道、油庫、貯罐、冷庫、空調、冰箱、集中供熱供汽管道等設施的保溫保冷。有數(shù)據顯示,用硬質聚氨酯泡沫塑料保溫的管道比傳統(tǒng)的管道可減少熱損失35%,節(jié)約了大量能源,減少了維修費用。另外,它還具有優(yōu)良的防水防腐性脂,可直接埋入地下或水中,使用壽命可達20~30年以上,使用溫度-190~120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯與聚醚型之分。通常聚酯在強度、耐溫性能等方面較聚醚型為好,但因聚酯原料成本高,所以在應用上受到限制。
1.硬質聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬質聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰溫度下燃燒5 s后離火,在1~2s內自熄。耐濃度小于10%的無機酸,不耐高濃度的無機酸;耐中等濃度的堿液;耐汽油、機油,耐酮、耐酯,不耐醇。
各種絕熱材料性能對比見表5—1。
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項目 | 聚氨酯硬質泡沫塑料 | 聚苯乙烯 | 泡沫玻璃 | 聚氯乙然泡沫 | 軟木 |
密度/kg·m-3 | 50 | 50 | 160~190 | 60~70 | 240~250 |
導熱系數(shù)/W·(m·K)-1 | 0.023~0.026 | 0.043 | 0.055~0.060 | 0.043 | 0.058 |
耐熱度/℃ | +130 | +75 | +400 | +80 | +100 |
耐寒度/℃ | -110 | -80 | -270 | -35 | ? |
吸水率體積/% | 0.2 | 0.4 | <0.2 | 0.3 | ? |
壓縮強度/MPa | ≥0.2 | 0.18 | >0.5 | 0.18 | ? |
自熄性 | 自熄 | 易燃 | 不燃 | 易燃 | 燃燒 |
2. 硬質聚氨酯泡沫塑料原料的性質、規(guī)格與選擇
硬質聚氨酯泡沫塑料是以多元羥基化合物和異氰酸酯為主要原料。在催化劑、發(fā)泡劑的作用下,經加成聚合發(fā)泡而成。主要反應力異氰酸酯與多元羥基化合物中的羥基反應生成聚氨酯。催化劑主要有叔胺和有機錫等。發(fā)袍反應為異氰酸酯與水反應,產生二氧化碳氣體和脲。反應產物脲及叔胺等物對此反應有催化作用。反應所產生的二氧化碳氣體被用來發(fā)泡。但水發(fā)泡的最大缺點是耗費昂貴的異氰酸酯。也常用低沸點氟氯烷化合物(即F-113等),利用聚合過程中的反應熱汽化,使物料在逐步固化前形成泡沫,發(fā)泡劑用量可根據所需泡沫體密度來決定。
(1)聚酯。硬質泡沫聚氨酯所用的聚酯,其羥值通??刂圃?00~500之間。456聚酯指標如下。
(2)Ⅲ型阻火聚醚:是三羥基含磷含氯阻火聚醚。由于分子結構中引入了磷、氯,產品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚質量指標見表5—2。
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指標名稱 | 一級品 | 二級品 |
外觀 | 黃色透明稠狀液體 | 黃色透明稠狀液體 |
羥值(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)交聯(lián)劑N-403乙二胺聚醚。化學名爾四(聚乙—羥丙基)乙二胺。其質量指標如下。
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外觀 | 淡黃色至棕色透明黏稠液體 | 水分/% | ≤0.2 |
羥值(KOH)/mg·g-1 | 770±35 | ? | ? |
此交聯(lián)劑可代替部分有機胺催化劑,又可代替其他羥基聚醚。它有增進分子結構交聯(lián),改進泡沫固化速度,減少泡沫塑料脆性的作用。
(4)阻火劑TCER。是β-三氯乙基磷酸酯,其質量指標如下;
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外觀 | 無色至黃色透明液體 | 酸值(KOH)/mg·g-1 | ≤1.0 |
相對密度(15~20) | 1.410~1.430 | 水分/% | ≤0.3 |
此阻火劑溶于醇、酮,酯、芳烴、氯仿以及四氯化碳,不溶于脂肪族烴。由于分子中含磷、氯,阻燃作用較顯著。主要作為添加型阻燃劑,除增加塑料具有自熄性外,還有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工時還可降低黏度,便于施工。
(5)多異氰酸酯PAPIR-NCO。其質量指標如下。
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酸值/% | <0.3 | -NCO含量/% | >29 |
水解氯含量/% | <0.5 | 黏度(25)/mPa·s | <1000 |
多異氰酸酯PAPIR—NCO可延緩塑料反應膠凝時間和發(fā)泡時間,有利于一步法泡沫模制。對提高塑料的耐熱性、強皮、耐濕性有很大好處。
(6)硅油。是一種表面活性劑,也是一種發(fā)泡穩(wěn)定劑。它是一種有機硅大分子化合物,在組分中仗幾種物質均勻互混,作為親水的聚酯和疏水的異氰酸酯、氟碳化合物的乳化劑;其次是穩(wěn)定發(fā)泡,在發(fā)泡過程中降低泡沫表面張力,控制泡孔大小,防止膠凝時微孔合并,起到控制微孔大小的作用。
(7)催化劑。三乙醇胺是一種控制聚氨酯分子交聯(lián)速度和氣體生成速度的化合物。
生產硬質泡沫塑料通常選用錫鹽與叔胺類例如二月桂酸二丁基錫,它們的作用是促進塑料迅速膠凝或泡沫固化。
(8)發(fā)泡劑。分為水或物理發(fā)泡劑、氟碳化臺物發(fā)泡劑。作為聚合物膨脹發(fā)泡,充入泡沫微孔以降低導熱系數(shù)。常用的氟碳化合物為F-11、F-113。
3.硬質聚氨酯泡沫塑料配方
(1)膠液配方表5—3~表5-7介紹了幾個單位用的硬質聚氨酯泡沫塑料配方。
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組分 | 原料名稱 | 質量比 | 施工溫度 |
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 二月桂酸二丁基錫 204硅油 | 48~50 15~17 18~20 13~15 1~2.6 0.2~0.5 1.5~2 | 施工溫度 31~41℃ 表面溫度 45℃左右 |
B | 聚苯基甲基多導氰酸酯PAPI | 106.5~117.1 | ? |
組分 | 原料名稱 | 質量比 | 生產廠家 |
A | 甘油聚醚 硅油 二月桂酸二丁基錫 三乙烯二胺 多縮丙二醇 F-11 | 100 3.45 0.09 0.75 1.45 30 | 南京塑料廠 進口 北京化工三廠 上海第五制藥廠 上海高橋化工廠 上海電化廠 |
B | PAPI | 142 | 常州有機化工廠 |
表5-5 大連旅順龍頭塑料保溫廠膠液配方
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