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聚氨酯发泡技术的最新进展

聚氨酯发泡技术的最新进展 2011年12月03日 来源： 近2年来，随着“洁净”发泡剂在聚氨酯发泡产品中的强制使用，人们纷纷改进了材料的配方。然而，在解决了发泡剂替换问题以后，加工商们又开始考虑能够降低成本、改善加工性能的新的配方。最近，在由聚氨酯工业联合会（API）发起的“聚氨酯2006”会议上，人们谈论的主题是目前正在进行的技术革新。据说，最新的技术进展包括建筑领域中用于硬泡塑料的多元醇，以及用于家用器皿和建筑等方面的增强型发泡剂，即用HFC-245fa发泡的绝缘泡沫。此外，关于PUR刚性泡沫的几个小问题也悬而未决，例如压力/发泡和现场浇注类型。先前EPA要求用HCFC-22 代替HCFC-141b，前者是暂时的替代品，因为它也属于Clean Air Act中的 612条款所规定的将于2010年1月1日前被逐步淘汰的物质。会上，将PUR技术应用于汽车内饰件引起了人们的注意，其中一种神奇的喷雾工艺可用于隔音以及为PUR表面带来柔软的触感。取代HCFC-22来自EPA的消息称，淘汰HCFC-22的期限被提前了2年，即到2008年1月1日为止。在过去的3年里，HCFC-22被广泛应用于硬泡领域，EPA期待能够尽快使非ODP发泡剂得到应用，包括冷藏设备（例如冰箱、冰柜冷藏车等），车门和建筑用板材（包括连续和非连续的金属表面发泡板）。

HFC-245fa 目前在硬喷涂泡沫绝缘板的应用上占统治地位。新型多元醇和添加剂使 245fa 泡沫塑料成本更低，且更易加工(图片来自Honeywell公司)

现在，加工商们不得不在价格以及发泡效果和加工性能等方面选取一个平衡点。目前，HCFC-22的价格大概是$1.50/lb(1lb=0.4536kg)。而2种气态、不易燃的氟碳化合物已经在家用冰箱、热水器和硬泡沫板领域中占据了统治地位，一种是HFC-245fa（由北美生产商Honeywell International以Enovate 3000销售），在过去的一年里其价格从$4/lb 涨到$4.50/lb；另一种HFC-134a的价格从$2/lb涨到大约$3/lb。此外，异戊烷、正戊烷以及环戊烷的价格目前也在变化，从50€/lb到90€/lb不等。液态的甲酸薄荷醇酯基的Ecomate目前被广泛应用在喷涂泡沫绝缘板以及整皮泡沫的生产上，这些产品可用于自行车座椅、高尔夫手推车轮胎和汽车靠背等方面。Ecomate能够和其他发泡剂混用，据说其绝缘值介于HFC-245fa和戊烷之间，价格与碳氢化合物具有可比性，且不易燃。其他发泡剂还有水发泡以及联合发泡剂。

Arkema的Transcend TDCE 添加剂使HFC-134a现场发泡更好，能够取代HCFC-22 ，同时改善了材料的可加工处理性能、流动性和黏性

在会议上，至少有3个代表提出了HCFC-22的替代物。Bayer MaterialScience的研究者在两种商业化的HCFC-22 发泡体系中选择了一种发泡剂用于冰箱门和冷藏车。对于冷藏车上的应用，Bayer发现，HFC-134a, HFC-245fa以及一种80/20环戊烷/异戊烷混合物的发泡性能能够达到HCFC-22的水平，当然，对于它们的长期尺寸稳定性以及与表面的黏性目前还无法进行完整的评估。但是Bayer发现，用戊烷混合物生产的发泡板在1个月后发生了收缩，而用HFC和HCFC-22生产的发泡板则未发生收缩。从采用HFC-134a、HFC-245fa、环戊烷和水发泡的泡沫门板来看，这4种发泡剂的生产性能与HCFC-22相似。其中，水发泡系统提供了更高的最小填充密度，从而使门板的密度得到提高；而HFC-245fa的发泡压缩和拉伸性能更低。当然，长效性能和粘接性能还无法比较。与此同时，Arkema介绍了HFC-134a与该公司的Transcend TDCE的混合物代替HCFC-22用于现场浇注的检测结果。以前，Arkema就已经证明了TDCE在减少蒸汽压力和134a/多元醇粘度的效果，它大大降低了真空数目和发泡的程度。据说，用TDCE取代部分的HFC-134a和水，从而使HFC-134a/TDCE/CO2的摩尔比是50:25:25。由于降低了蒸汽压力，同时加入了快速发泡剂，因此这样的混合比率更容易加工。另外，该发泡剂还改善了流动性、黏性和尺寸稳定性，其性能超过了 134a，与HCFC-22相似。同时，TDCE发泡材料的热传导率也令人满意。Foam Supplies公司的Ecomate发泡剂能够进行成本更低的现场发泡，并具有良好的尺寸稳定性和阻燃性能，且密度较低。该公司认为，Ecomate是取代HCFC-22 用于门板的最佳产品。最近，该公司的Eco1浇注发泡系统由Underwriters Laboratories进行了25FS/300发烟速率检测，用于检测的样品厚6in（1in=25.4mm）。据报道,这一产品已经通过了Factory Mutual的全面Corner Wall燃烧测试。用于硬泡沫的新型多元醇Oxid L.P.讨论了改进型聚酯多元醇在HFC-245fa浇注绝缘层以及戊烷发泡板和喷涂泡沫等方面的应用。该公司希望开发功能超过Terol 256的聚酯多元醇以抵消HCFC-141b偏软的影响。据说，HFC-245fa几乎没有减少泡沫，但却降低了燃烧性能，因此需要在配方中增加聚酯多元醇的含量。现在，新的Terol 925的功能值为2.45，而Terol 250、Terol 305和Terol 256的功能值则分别为2, 2.15和2.30。未固化强度（GS）检测在18min开始，数据收集一直持续到30min。在第20min时，用Terol 925发泡的泡沫GS值为6.5mm，而用其他多元醇的泡沫GS值为9.9～15.8mm。在第30min时，上述GS值则分别为9.2mm和14～20.8mm。根据Oxid的研究，多功能聚酯能够使泡沫迅速硬化，从而降低了脱模时间。Oxid还讨论了2种新的产品，其早期试验性能看起来不错，适用于戊烷发泡剂连续和非连续板材以及喷涂泡沫。用Oxid技术生产的泡沫克服了多元醇中戊烷的低溶解性。据说DS 1220和DS 1240比Terol 305和256具有更大的溶解性。另外，Oxid介绍了一种新的低羟基数聚酯多元醇，它使异氰酸酯的用量可减少7％～10％。Oxid提升了多元醇的功能，采用反应型添加剂代替非反应型添加剂提高了泡沫的尺寸稳定性和热稳定性。层合试验显示，DS 1154 (200 OH)在物理性能和阻燃性能以及流动性方面超过了Terol 563 (245 OH)。目前研究者正在寻找不同的表面活性剂和催化剂以优化DS 1154泡沫。

Oxid的聚酯多元醇能够辅助HFC-245fa 泡沫优化成本和性能

用于喷涂泡沫的增强剂最先在应用商业化的PUR泡沫时，人们发现HFC-245fa能增加粘度，当然也限制了体系的多样性。Air Products and Chemicals公司开发的添加剂能够克服这些缺陷，同时也能保证泡沫的其他性能。Air Products在2003年的API会议上曾推出了Dabco PM-200，现在Air Products 又推出了Dabco PM-300。这种添加剂能够增强HFC-245fa发泡剂的功能，可用于硬喷涂泡沫中。据说Dabco PM-300能够降低多元醇共混物的粘度，通过降低HFC-245fa的浓度而降低成本，减少密度，并维持热性能和机械性能不变。最近的试验表明，Dabco PM-300用于 HFC-245fa喷涂泡沫能够使材料降低密度，或者在不减小密度的情况下节约HFC-245fa的用量达20％～30％。使用了Dabco PM-300的喷涂泡沫能够提高抗压强度，在降低密度的情况下可保持尺寸稳定性。此外，Dabco PM-300还改善了泡沫微泡结构以及层合性能，这对于寒冷气候下的喷涂十分重要。喷涂隔音板一种用于制造隔音部件的神奇技术现在已经被Cannon公司应用到汽车内饰件的生产中。SoliSpray是一种喷涂工艺，利用该工艺可将重材料如重晶石和氧化铁填充到PUR层中。Canno表示，可以选择热成型或者RRIM工艺来进行片材的填充。

在Cannon的SoliSpray工艺中，用 FPL 10 混料头喷涂高填充隔音板

SoliSpray的主要优点是成本低，不必进行昂贵的注射成型或压铸成型。该技术将高填充PUR直接倾注到开放的模具中，然后移到压机上，在密封的模具中形成柔软的低密度聚氨酯。加工出的产品具有很好的弹性，且节约了原料。Cannon通过将其最新开发的FPL 10混料头用于SoliSpray工艺，使填充材料的处理变得更容易。这一使用了喷嘴的改进型生产单元使得精确性更高，更易于控制，且降低了过喷涂现象。隔音板由填充了聚氨酯的单层组成，材料可以被直接喷射到模具中。这种部件有一个光滑面和一个粗糙面，其生产不需要压机，仅仅需要一个支架以制成半模。在三明治结构的隔音板中，其中的一层是吸音泡沫，该层能够直接喷射到半模中。传统的聚氨酯泡沫能够在模具中粘合，压机及标准模具都是必要的设备。作为SoliSpray的补充，Cannon还开发了泡沫和薄膜技术，使塑料膜能够直接贴在模具中与泡沫粘合。软触感芳香PUR用于汽车内饰的软触感泡沫表皮技术由Dow Chemical研究开发。据说新的芳香基软触感RIM PUR聚合物可以直接注射或喷涂，能够生产出不同柔软度的制品。芳香基PUR体系比脂肪族PUR的成本更低，性能更好。比较热成型的TPO, TPU或者PVC薄膜，该材料具有更好的颗粒性（无论是喷涂还是RIM）、柔软的触感和更低的成本，同时也能减少排放和雾化。对于像仪表板这类具有100% PUR体系的产品，能够通过在硬PUR底层上贴软PUR表皮进行制造，而Dow新一代的Spectrim RL 700系列低密度RIM(LD-RRIM)树脂即能够用于底层的制造。(end)

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