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应用于聚氨酯硬泡 B1 级非连续板材组合料的匀泡剂研究

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-20
汪 帆  许晓辰  李承烈
(江苏美思德化学股份有限公司  南京 210046)
摘  要:以B1级聚异氰脲酸酯泡沫塑料 (PIR) 非连续板材组合干白料配方为基础,从匀泡剂的主要作用原理出发,研究不同结构匀泡剂品种的单独和搭配使用,通过具体应用发泡性能和泡沫物性指标的测试分析,选择出综合应用性能最匹配的匀泡剂品种为 AK-8872 搭配 AK-8860 或 AK-8863。
关键词:聚氨酯硬泡;B1级;非连续板材;组合料;PIR;匀泡剂
2012 年 12 月 31日,国家标准化管理委员会批准发布强制性国家标准 GB8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》,自 2013 年 10 月 1 日起实施。2012 版的标准明确建筑材料及制品燃烧性能的基本分级为 A、B1、 B2、B3。2014年8月,国家住房和城乡建设部发布强制性国家标准 GB50016—2014《建筑设计防火规范》,自 2015 年 5 月 1 日起实施。规范中明确:公共建筑(非幕墙系统)建筑物高度大于24 m小于50 m,保温材料燃烧性能不应低于B1级;居住建筑(非幕墙系统)建筑高度大于27 m小于100 m,保温材料燃烧性能不应低于B1级;幕墙系统建筑高度小于 24 m,保温材料燃烧性能不应低于 B1 级;冷库、低温环境生产场所采用内绝热层时,绝热层的燃烧性能不应低于 B1 级,且绝热层的表面应采用不燃材料作防护层 [1]
综上可以看出 GB50016—2014《建筑设计防火规范》对聚氨酯硬泡带来的影响:限制 B2,鼓励 B1,聚氨酯硬泡技术难度和成本进一步提高。所以,聚氨酯硬泡非连续板材组合料阻燃性能等级往 B1级发展和研究符合国 家政策要求和聚氨酯行业发展形势,十分必要。据业内技术,聚氨酯硬泡阻燃技术三要素包括:添加型阻燃、反应型阻燃、结构型阻燃 [2-4]
要做到严格达到 B1 级的聚异氰脲酸酯泡沫塑料 (PIR) 非连续板材组合料需要做好以下 4 要素的配合:(1) 聚醚配方的调整;(2)有机硅匀泡剂的选择;(3)胺和三聚催化剂的调整;(4)水量调整。本研究以B1 级 聚异氰脲酸酯泡沫塑料 (PIR) 非连续板材组合干白料配方(已解决上述 1、3、4 要素)为基础,从匀泡剂的主要作用原理出发,研究不同结构匀泡剂的单独和搭配使用,通过具体应用发泡性能和泡沫物性指标的测试分析,选择出综合应用性能最匹配的匀泡剂。
1  实验部分
1.1 要原料
组合干白料(ZHDCP280P),济南一诺振华防腐保温工程有限公司;匀泡剂AK-8805、AK-8872、AK8860、AK-8863,江苏美思德化学股份有限公司;HCFC-141b,浙江三美化工股份有限公司;多异氰酸酯(M20S),BASF公司。
1.2 对比有机硅匀泡剂品种的选择
有机硅匀泡剂的三大主要作用是乳化增容、成核和稳定泡沫。乳化增容作用决定组合料体系的相容性和储存稳定性;成核和稳定泡沫作用综合决定发泡流动性、所得泡沫泡孔均匀细密程度、闭孔率及导热系数,尤其是表面性能。针对B1级非连续板材组合料的实际应用,需要选择同时具备以下特点的匀泡剂品种:改善发泡流动性能、提高成核能力降低导热系数、减少表面气泡。而一种结构的匀泡剂很难兼顾上述所有性能,因此摸索研究两种特色匀泡剂搭配使用。图 1 和表 1 为匀泡剂的结构示意图和不同匀泡剂的性能特点。
图 1   有机硅匀泡剂的结构示意图
表 1   不同有机硅匀泡剂的品种性能特点
1.3    泡沫的制备
1.3.1    组合白料配制
组合白料配方:干白料 100 份,匀泡剂 2.5 份,水 2.3 份,HCFC141b 38 份,准确称量,混合均匀,备用。
1.3.2    发泡比例及条件
黑料与组合白料的质量比为 1.6 ~ 1.7∶1,环境温度 (20 ± 1) ℃,平均料温 (23 ± 1) ℃,模具温度 65 ~ 70 ℃,搅拌转速(手工发泡)3000 r/min。
1.3.3    对比匀泡剂品种及搭配比例
单独使用(总量 2.5 份):AK-8805、AK-8860、AK-8863、AK-8872。
混合使用(总量 2.5 份,质量比 1.5∶1):AK-8872/AK-8805、AK-8872/AK-8860、AK-8872/AK-8863。
1.4    测试项目
密度按 GB/T 6343—2009 标准测试;导热系数按 GB/T 10295—2008 标准测试;压缩强度按 GB/T 8813—2008 标准测试;氧指数按 GB/T 2406.2—2009 标准测试。
2    结果与讨论
2.1    发泡性能
根据聚氨酯行业测试发泡流动性能的方法之一:流动指数 = 恰填充密度 / 自由泡密度。当恰填充密度越接近自由泡密度,即流动指数越接近于1,表征发泡流动性能越好。同时,按发泡生长(或流动)方向,密度梯度越小,也可表征发泡流动性越好。通过对加入不同硅油品种的组合白料进行发泡实验,得到自由发泡时间、密度、流动指数和密度分布等测试结果见表 2 和表 3。
从表 3 的流动指数数据可以看出,两种硅油搭配使用的流动指数相对于单独使用其中任何一种硅油要更低更接近于 1,表示两种硅油搭配使用的发泡流动性要好于单独使用。其中,AK-8872 + AK-8860 的搭配组合流动指数最低,发泡流动性相对最好。
表 2 (杯泡)自由发泡时间和密度
表 3 (兰芝模)流动指数和密度分布
2.2    表面性能
表面性能是近年聚氨酯硬泡制品类生产企业共同关注的指标,它直观的影响产品的外观,比如泡沫表面和亚表面气泡会使制品表面不平整,带来鼓包或凹陷,甚至局部脱粘;同时也会影响泡沫力学性能和导热系数的均匀分布,产生老化问题等等。特别是复合型板材类制品,表面积越大,复合表层图案花纹越复杂,可能面对改善表面性能的需求越迫切。所以,如何减少表面气泡,也是众多聚氨酯硬泡组合料企业近年重点研究攻关的课题。
根据聚氨酯行业测试制品表面性能的方法之一:兰芝模模拟非连续板材去皮或不去皮(去皮更易观察到亚表面气泡)直观观察表面气泡分布、大小和数量。表面积越大的或模拟下游实际生产越接近的模具,通过相同发泡配方和工艺条件除更换匀泡剂品种外重复验证,可以筛选出减少表面气泡效果最明显的匀泡剂。兰芝模板材去皮上、下表面气泡分布见图 2。
图 2    兰芝模板材去皮正反面表面气泡分布
一般来说,按发泡生长(或流动)方向,同比越晚出现第一个气泡表面性能越好,反之越早出现则越差;然后在集中出现气泡的区域里选择相同位置的相同面积里,比较气泡的数量和尺寸大小,如果气泡数量多且尺寸大,表示表面性能相对较差,反之气泡数量少且尺寸小,则表示表面性能较好。图 2 左边照片表面效果优于顺序是AK-8872+AK-8860 > AK-8872+AK-8863 > AK-8863 > AK-8860 > AK-8872+AK-8805 > AK-8805 > AK8872;右边照片顺序是AK-8872+AK-8860 > AK-8872+AK-8863 > AK-8872+AK-8805 > AK-8863 > AK-8872 > AK-8860 > AK-8805。综合上下表面的效果排序,可以看出,AK-8872+AK-8860,AK-8872+AK-8863 出气泡 位置更高、更晚,气泡数量少,效果最好。
2.3    泡沫物性指标
采用不同匀泡剂在冰箱(L模)中制得的泡沫测试所得数据见表 4。
表 4   不同匀泡剂在冰箱(L模)中制得泡沫的导热系数、压缩强度和氧指数情况
从表4 可以看出,两种匀泡剂搭配使用在冰箱(L模)制样所得泡沫的导热系数比单独使用均略低,其中,AK-8872+AK-8863 的搭配组合导热系数最低。同时,由于搭配使用改善了流动性和密度分布,在氧指数的测定上也起到积极的辅助加成效果。
3    结论
通过将具有提高流动性能和减少表面气孔作用的匀泡剂 AK-8872 与其它具有强成核作用的匀泡剂品种搭配恰当比例使用,可以在提高发泡流动性能的同时,综合改善泡沫表面性能,减少表面和亚表面气泡,获得更低的导热系数并有效辅助氧指数的提升。匀泡剂 AK-8872 搭配 AK-8860 或 AK-8863 使用,在聚氨酯硬泡 B1 级非连续板材组合料中具有良好应用前景。
参  考  文  献
[1]    潘鑫波.建筑外墙保温技术及其保温材料发展综述 [J].  江西建材,2005(8):15-16.
[2]    杨伟平,戴震,许戈文,等.聚氨酯阻燃的研究进展 [J].聚氨酯工业,2010,25(4):66-70.
[3]    孙付宇,秦泽云,张美,等.聚氨酯泡沫的阻燃研究 [J].化工中间体,2011(5):46-49.
[4]    LEVCHIK S,刘结,唐煌.阻燃型聚氨酯的最新发展 [C].上海:中国聚氨酯工业协会第十三次年会论文集,2006
Research on Foam Stabilizer Application in B1 Flame Retardant Discontinuous Plate Blended Polyol System
WANG Fan,  XU Xiaochen,  LI Chenglie
( Jiangsu Maysta Chemical Co.Ltd,Nanjing 210046,China)
Abstract:Based on B1 polyisocyanurate foam (PIR) discontinuous plate (DCP) blended polyol system formula and the silicone surfactant main working principles,the different structures silicone surfactant's individual and combined application were studied.Through the specific foaming properties and foam physical date analysis,the best comprehensive evaluation silicone surfactants which were AK-8872 combines with AK-8860 or AK-8863 was chosen.
Keywords:polyurethane rigid foam;B1 grade;discontinuous plate;blended polyol system;PIR;foam stabilizer
作者简介:汪帆   男,1983 年出生,本科,应用服务部部长,主要负责泡沫稳定剂的应用评价和市场技术服务。

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