耐150℃高温聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料的研究

耐150℃高温聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料的研究 161中国聚氨酯工业协会第十一次年会论文集 耐150?高温聚氨酯改性聚异氰脲酸酯 泡沫塑料的研究 苏醒 徐标 吕槊贤 (江苏省化工研究所南京210024) 摘要以聚酯多元醇、聚醚多元醇、三聚催化荆、异氰酸酯为主要原料，研制了能长期在150?高 温下使用的聚氨酯改性聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料。同时具体介绍了它的性能及应用领域。 关键词改性聚异氰脲酸酯聚酯多元醇耐高温 聚异氰脲酸酯泡沫具有较好的耐温性及耐火焰贯穿性，燃烧时发烟量低，其耐温度可达400?以上。 但纯PIR泡沫的交联密度高，泡沫很脆，没有实用价值。经用PUR改性后，耐热性虽下降了，但它的 性则大为改善，取得了工业实用价值。 脆 PU-PIR除了耐热性好外，还具有导热系数低(?O(027 w,如?K)、质轻、比强度高、不吸水、与固 体物粘结力强等特点，是当今绝热保温、隔音、防腐和使用寿命长的优异材料，并且在PIR中引入氨基 甲酸酯基来改进PIR泡沫体的韧性是一种行之有效的方法。它不仅工艺简单，而且经济上可行，尤其是 采用低成本的聚酯多元醇后。因此我们选择了该技术路线，着重对主要原料、催化剂、工艺配方和热稳 定性能等进行了探讨。对所制的PU-PIR泡沫体经过150?热老化96 h后的考核，得到了较为满意的 果，预示出商品化可行的途径。 结 用PU改性PIR有两个主要化1反应原理 学反应: ?多元异氰酸酯经催化生成有异氰酸酯的三聚环，而后沿空问伸展聚合成高聚物，其化学反应式为: O l ,c, 。RN?三整堡盟,卜呷r胂一 R:芳烃，烷烃 ,N, l R ; ?引入氨基甲酸酯基来改性。即采用多元醇和异氰酸酯的N?反应，生成氨基甲酸酯醚链型柔性链 段嵌入PIR大分子的链段中，以提高后者的韧性，达到商品化使用目的，其反应式为: nROH+noCN—R1— 4—卜一R0(舯R1一珊C。RR。?R一点1l,, l l Ho—R:醚链 实际上，上述这两个反应同R1:芳烃 时瞬间完成。随着高聚物中异氰酸酯的三聚环浓度的增加，耐热性随之 递增，脆性也随之提高。反之，随着PUR链段浓度的增加，韧性随之递增，机械强度也随之提高，耐 热 性则下降。为满足使用对象的工艺和物性要求，恰当的选择和控制二者的浓度比例是至关重要的。 2002往 162 2实验部分 2(1原料及配方 制备聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫的基本原料和配方见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf l。配方的确定是我们经过多组 正交分析得 出的最佳配方。 表1原料及配方 生产厂家 配比,质量份 规格 原料 国产 聚酯羟值440-460 70 聚醚多元醇 mgKOH,g 羟值360--380 自制 多元醇 30 mgKOH,g 硅酮 进口 2 泡沫稳定剂 发泡剂F11 国产 发泡催化剂 40 异氰酸酯 国产 三聚催化剂 进口 1(4 3(9 5005 进口 suprase 340 2(2发泡工艺 将多元醇、硅酮泡沫稳定剂、催化剂和发泡剂按配方比例配制成A组分，再称取按配方比例量的异 氰酸酯作为B组分。然后将A、B组分迅速倒人同一塑料杯中，立即用机械搅拌器(转速2400 r,min)搅 ctrtX25 拌10--15 c【n×25 s，快速把已搅匀的物料注入25 crft带衬里的恒温加热至40?的敞口铝模中， 依 h 80?烘箱内熟化30 min或在室温下熟化24 采次记录乳白、升足、不粘等时间，待固化后脱模，放人 样测试。 2(3性能测试 按国标GB6343(86、GB2918—82和SY,T0415(96标准裁取两组试样后，一组直接测 150 试，另,组在 ?下烘96 h后再测试，然后对比烘前烘后的性能指标。 3结果与讨论 3(1尺寸稳定性 同Pu泡沫一样，在一定条件下，如受热遇冷等，泡沫尺寸将发生改变，变化率的大小 与泡沫结构、 密度、成型条件和外界环境等因素有关。按照A期W【G447_76标准要求，PU-PIR泡沫和PU泡沫经150?热老化96 h后最大线性尺寸变化率如表2所示。 表2 150?热老化96 h后泡沫最大线性尺寸变化率和失重率 L W H 项目 编号 失重率,, 密度,kg,m3 —0(35 N(127(1 1(28 1(71 一O(56 PU—P1R泡沫 51(31 N_1”一2 —0(31 2(12 1(44 —0(43 一2(68 7(81 普一i 12(5 12(68 PU泡沫 62(55 —1(3 8(8 6(58 普， 212(9 3(2热失重率 造成热失重损失的原因是多方面的。泡沫受热后，有部分泡沫孔壁破裂，微孔中的F11逸失并和空气 交换。另外，泡沫体有部分结构受热分解而损失，特别是小分子的催化剂。但从总体看来，Pu—PIR泡 沫不受损伤，保持原来完好的状态。按照ASTMC一447—76标准要求，PU—PIR泡沫和PU泡沫 150 经 ?热老化96 h后失重率如表2所示。 3(3导热系数 硬质PU—PIR泡沫塑料的重要特性之一是导热系数小。这是由于泡沫闭孔率高，且低导 热系数的气体 被包覆在泡沫孔内。泡沫塑料的导热系数值(A)随时阎的延长而增大，即使不被使用也会增大。为了进 ‘163’中国聚氨酯工业协会第十一次年会论文集 行泡沫塑料(^)值随老化时间增加的变化情况研究，我们取两组试样，一组测试样品的初始(A)值， h后再进行测试。结果见表3。 一组经过150?热老化96 表3泡沫的性能指标 压缩强度,kPa(^,W,in?K 磨耗,, 吸水率,, 项目 424 9 2(7 110(02 初始值 PU—PIR泡 沫4347 0(02238 14 1(9 热老化后 N一 127 2?3623(5 12 变化率 I 3(5滚动磨损 PU—PIR泡沫体的热学诸因素基本受泡沫体中异氰酸酯的三聚环浓度所支配。为得到PU-PIR泡沫 的最佳热学性能，都希望将三聚环向高浓度方向移动。但若三聚环浓度过高，必然导致脆性太大，而体 沫体的滚动磨损一般不超过30,。所以为了在不明显降低耐温性的前提下尽量减少磨耗，我们采用泡 苯环的多元醇来改性PIR泡沫，用聚氨酯柔性链段的浓度来调节PU—PIR泡沫体的热学性能和脆性含有 平衡，并取得了良好的效果，在泡沫经过150?热老化96h前、后的磨耗也已接近PU泡沫的水之间的 见表3。 平，结果 3(6其他性能 在150?热老化96 h后测得的压缩强度的变化可说明这种改性泡沫的耐热性。压缩强度变化越小耐 热性好，结果见表3。 吸水率从侧面上可以评价泡沫的导热系数，吸水率高则导热系数低，因此吸水率也是评价泡沫质量 好坏的标准之一，结果见表3。不同材料的导热系数见表4。 表4不同材料的导热系数 4结论 综上所述，我们研究的耐150?高温聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料在热稳定性上虽比纯异氰脲酸 0415(96酯泡沫低，但远远超过聚氨酯泡沫，是一种实用的性能优良的保温材料。并且已经满足SY,T 标 准所要求的性能指标(见表5)。可以预见，当我们进一步提高三聚环浓度后，其耐温性将得到进一步 高，有可能满足180"12使用温度的要求。 提 表5 PU-PIR泡沫性能指标与SY,q"0415-96制泡沫塑料层性能指标的对比 PU-PIRl50?96h热老化后值 项目 SY,I"0415—96指标 PU-P1R泡沫初始值 变化率(,) 40,60 51(31 表观密度傀,矗 424 434 2(36?200 抗压强度,kPa 2(7 S3 1(9一吸收率,, 0(伽 0(02238 12耋O(03 导热系数,W,m?K 2(12 尺寸变化率,, ?3 重量变化率,, 0(56 S2 ?10 强度增长率,, 2(36 注:SY,q"0415—96(埋地钢质管道硬质聚氨醣泡沫塑料防腐保温层技术标准)制泡沫塑料层耐热性实验条件为i00? h96