賈正仁 呂志鋒 房連順 董曉紅 畢繼輝

(揚州晨化新材料股份有限公司 江蘇揚州 225800)

硬質(zhì)聚氨酯泡沫具有優(yōu)異的隔熱、防水性能，且施工便捷、比強度大，廣泛應(yīng)用于冷庫外墻保溫、冷鏈、建筑節(jié)能、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域[1]。在聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)中，有機硅勻泡劑(聚醚改性硅油，簡稱“硅油”)是一種不可缺少的助劑，它具有增加各組分相容性、乳化物料、穩(wěn)定泡沫和調(diào)節(jié)泡孔等作用[2-4]。

根據(jù)《蒙特利爾議定書》要求，現(xiàn)在使用的發(fā)泡劑HCFC-141b將于2030年實現(xiàn)完全淘汰。HCFC-141b的價格昂貴且生產(chǎn)和使用需要申請配額[5]，價格相對低廉的戊烷類發(fā)泡劑目前在硬泡板材生產(chǎn)中占有較大的份額。市場上普通硬泡有機硅勻泡劑為未封端產(chǎn)品，在戊烷體系連續(xù)板材生產(chǎn)中會導(dǎo)致上板面或下板面出現(xiàn)一定數(shù)量的粗孔。針對此種情況，本研究將未封端勻泡劑CGY-A的原料烯丙基聚醚(端羥基端烯丙基聚醚)F6改為端甲氧基端烯丙基聚醚AMF-6，開發(fā)了甲氧基聚醚改性有機硅勻泡劑CGY-FDA；對比了CGY-A、CGY-FDA和進(jìn)口有機硅勻泡劑B-8462在戊烷體系中對組合料外觀、發(fā)泡速度、密度、流動性的影響以及在戊烷體系連續(xù)板生產(chǎn)線上的區(qū)別。

1 實驗部分

1.1 主要原料和設(shè)備

有機硅勻泡劑CGY-A、端甲氧基端烯丙基聚醚AMF-6、氯鉑酸-異丙醇溶液、阻燃劑 TCPP，揚州晨化新材料股份有限公司；低含氫硅油，含氫量0.18%，江西藍(lán)星星火有機硅有限公司；聚醚多元醇YD-380，羥值385 mgKOH/g，河北亞東化工集團有限公司；聚酯多元醇PS-3152，羥值315 mgKOH/g，斯泰潘(南京)化學(xué)有限公司；勻泡劑B-8462，德國贏創(chuàng)工業(yè)集團；異戊烷/正戊烷質(zhì)量比1∶1混合發(fā)泡劑，齊魯石化公司；胺類催化劑、三聚催化劑，上海鑫銳化工有限公司；多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，萬華化學(xué)集團股份有限公司。以上均為工業(yè)級。

發(fā)泡攪拌器，轉(zhuǎn)速3 500 r/min，自制；聚氨酯連續(xù)法板材生產(chǎn)線，浙江精功科技股份有限公司。

1.2 甲氧基聚醚改性有機硅勻泡劑的合成

在帶有球形冷凝器的三口燒瓶中依次加入定量的AMF-6、氯鉑酸-異丙醇溶液和低含氫硅油，攪拌升溫，在100～120℃條件下反應(yīng)2.5 h，降溫，得到有機硅勻泡劑CGY-FDA。反應(yīng)式見圖1。

圖1 有機硅勻泡劑CGY-FDA合成反應(yīng)式

1.3 戊烷發(fā)泡體系聚氨酯硬泡的制備

戊烷發(fā)泡聚氨酯硬泡的A組分(白料)配方見表1。

表1 戊烷體系聚氨酯硬泡A組分配方

在溫度20～22℃下，按照表1配方稱取聚醚多元醇、聚酯多元醇、有機硅勻泡劑、催化劑、阻燃劑和水等原料，依次加入塑料杯中，用攪拌器將物料攪拌均勻，再加入戊烷，攪拌均勻后得到A組分(白料)。將PM-200設(shè)為B組分(黑料)。溫度20～22℃下，將A、B組分按照質(zhì)量比1∶(1.3～1.8)快速混合攪拌5 s，記錄泡沫乳白時間、凝膠時間和表干時間，泡沫熟化24 h后測定相關(guān)性能。

1.4 性能測試

黏度按GB/T 5561—2012方法測定；表面張力按 GB/T 22237—2008方法測定；水分按 GB/T 6283—2008方法測定。

尺寸穩(wěn)定性參考GB/T 8811—2008方法測試。在泡沫熟化24 h后，切邊長100 mm立方體泡沫芯材放入-25℃冰箱中，冷凍24 h，測量泡沫體邊長的變化率，結(jié)果取平均值。

乳化性能通過觀察白料的外觀和黑白混合料的發(fā)泡情況判斷。將定量的黑白料混合后倒入直徑50 mm聚乙烯塑料管中，待反應(yīng)結(jié)束后以發(fā)泡長度表征發(fā)泡料流動性[6]。黑白料混合后開始計時，混合物顏色發(fā)白并開始上升的時間，記為乳白時間；混合物發(fā)白上升發(fā)泡后，用玻璃棒插入泡沫體再輕輕拉出，出現(xiàn)拉絲的時間記為凝膠時間；泡沫體停止長大后，表面不粘玻璃棒的時間記為脫粘時間。

板材粘結(jié)性的判定:在板材成型30 min內(nèi)，將彩鋼板與泡沫撕開，若彩鋼板上留有不粘泡沫的區(qū)域判為不合格，全部粘有泡沫為合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種勻泡劑物理性能比較

勻泡劑CGY-A與CGY-FDA的物性對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 兩種勻泡劑的物理性能參數(shù)對比

由表2可見，兩種勻泡劑僅黏度有明顯差別，這是因為合成勻泡劑的烯丙基聚醚的端羥基被甲氧基取代，勻泡劑CGY-FDA的氫鍵變?nèi)?，?dǎo)致CGY-FDA黏度與CGY-A相比下降幅度較大[7]，而表面張力并沒有太大變化[8-9]。

2.2 勻泡劑乳化性能和發(fā)泡參數(shù)的對比

勻泡劑的乳化能力是一個極其重要的性能指標(biāo)，它直接影響白料的儲存穩(wěn)定性和泡沫制品的質(zhì)量[1]。特別在高聚酯含量體系中，戊烷與聚酯多元醇的相容性差，乳化比較差[10]。3種勻泡劑對白料外觀以及乳白時間、凝膠時間、脫粘時間和自由泡密度等發(fā)泡參數(shù)的影響，見表3。

表3 勻泡劑乳化性和發(fā)泡參數(shù)的對比

由表3可知，烯丙基聚醚的另一個端基由羥基封端改為甲氧基封端后合成的有機硅勻泡劑乳化性更好，3種勻泡劑對白料的乳白時間、凝膠時間、脫粘時間和自由泡密度無影響。

2.3 勻泡劑對發(fā)泡流動性的影響

CGY-A、CGY-FDA與進(jìn)口硬泡勻泡劑 B-8462作同配方發(fā)泡流動性對比，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同勻泡劑組合料發(fā)泡的流動性

由圖2可知，相同的組合料配方，用 CGY-A、CGY-FDA與B-8462作勻泡劑的聚氨酯硬泡體系在流動管內(nèi)的發(fā)泡長度基本無區(qū)別。

另外，在連續(xù)板材投料密度為42.0 kg/m3，自由泡密度為35.0 kg/m3條件下，不同勻泡劑的泡沫均可充滿板材腔體。

2.4 勻泡劑對硬泡尺寸穩(wěn)定性的影響

調(diào)節(jié)黑白料質(zhì)量比分別為 1.3 ∶1、1.5 ∶1和 1.7 ∶1(異氰酸酯指數(shù)分別為208、240和272)，對比了不同異氰酸酯指數(shù)條件下，各種勻泡劑對泡沫尺寸穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表4。

表4 不同勻泡劑對泡沫尺寸穩(wěn)定性的影響

由表4可知，勻泡劑對泡沫尺寸穩(wěn)定性的影響較小。隨著異氰酸酯指數(shù)的提高，泡沫的尺寸穩(wěn)定性變好。在相同黑白料質(zhì)量比的條件下，用CGYA、CGY-FDA與B-8462為勻泡劑制備出的泡沫的尺寸穩(wěn)定性基本無差異。硬泡配方可以根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)黑白料質(zhì)量比。

2.5 戊烷發(fā)泡體系連續(xù)法生產(chǎn)線板材性能對比

為了對比不同勻泡劑生產(chǎn)的泡沫乳化性能和板材粘接性能，用連續(xù)法生產(chǎn)線生產(chǎn)聚氨酯硬泡厚度為100 mm的戊烷發(fā)泡體系B2級板材。開機條件為黑/白料質(zhì)量比1.5∶1，履帶溫度(60±2)℃，彩鋼板溫度(45±2)℃，履帶速度5.0 m/min，投料密度42.0 kg/m3。生產(chǎn)得到的板材性能參數(shù)如表5所示，不同勻泡劑生產(chǎn)的板材截面見圖3。

表5 聚氨酯硬泡夾芯板材性能參數(shù)

圖3 采用不同勻泡劑生產(chǎn)的聚氨酯硬泡板材截面圖

由表5和圖3可知，在相同開機設(shè)備參數(shù)條件下，不同勻泡劑制造的板材的粘接性無變化。采用CGY-A為勻泡劑生產(chǎn)的板材在鋼板附近有較大且不規(guī)則的空洞，采用CGY-FDA為勻泡劑生產(chǎn)的板材截面無空洞。這個現(xiàn)象說明CGY-A的乳化能力稍差，導(dǎo)致戊烷在受熱后提前溢出產(chǎn)生空洞，證明了CGY-FDA的乳化能力更好。CGY-FDA的乳化能力和板材的粘結(jié)性能已達(dá)到進(jìn)口勻泡劑B-8462的水平。

3 結(jié)論

(1)在戊烷發(fā)泡聚氨酯連續(xù)板板材生產(chǎn)中，與端羥基聚醚改性有機硅勻泡劑CGY-A相比，甲氧基聚醚改性有機硅勻泡劑CGY-FDA對泡沫的反應(yīng)時間、流動性、尺寸穩(wěn)定性以及泡沫與彩鋼板的粘接力無影響。采用甲氧基聚醚改性有機硅勻泡劑，所得產(chǎn)品黏度更低，乳化性更好。

(2)CGY-FDA的乳化性能和板材的粘結(jié)性能已達(dá)到進(jìn)口勻泡劑的水平。