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聚氨酯墙体保温材料连载:(二)成型原理

  聚氨酯墙体保温材料合成原理与施工技术

  1 聚氨酯保温材料性能

  聚氨酯泡沫塑料, 是一种具有闭孔结构的低密度微孔泡沫材料,作为外墙保温材料,同膨胀型聚苯乙烯(EPS)、挤塑型聚苯乙烯(XPS)保温材料相比,在保温性能、防水性能、密封性能、抗裂性能、阻燃性能、及环保性能等方面都具有明显的优势。

  2 聚氨酯硬质泡沫的成泡原理

  合成聚氨酯需要使用的原材料有多元醇、多异氰酸酯、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂和阻燃剂、防老剂、防霉剂等。多元醇主要有聚醚多元醇、聚酯多元醇,是低分子量且黏度较高的化合物, 聚氨酯硬泡中使用的多元醇是分子量在1300 以下,羟值700 以下,官能度在3~8。另一种多元醇是蓖麻油及其衍生物,蓖麻油一般与其它多元醇掺和使用,以改善聚氨酯硬泡的柔软性。

  合成聚氨酯泡沫塑料的方法一般有预聚法、半预聚法和一步法等。预聚法是将过量的异氰酸酯与多元醇聚合物先制成端异氰酸酯基的预聚物, 然后再与扩链剂或其余的多元醇聚合物反应。半预聚法与预聚法类似,仅预聚物的反应程度较低。预聚法和半预聚法适用于小批量生产,一步法则用于大批量的连续发泡或模型发泡。

  —步法发泡是指:将聚醚或聚酯多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、发泡剂等(工业上简称A 组份)和异氰酸酯(工业上简称B 组份),一次加入混合室或空腔,在混合室内,链增长、气体发生及交链等反应在短时间内几乎同时进行。所有物料经混合机搅拌混合均匀后,1~10s 即行发泡,0.5~3min发泡完毕, 得到具有较高分子量并有一定交链密度的泡沫制品。实际应用—步法发泡时, 常常采用双组份发泡的方法。即:将异氰酸酯以外的其他所有组份预先混合(A 组份),然后再让异氰酸酯(B 组份)与混料反应。

  一步法发泡的优点是只要将两种组份送入混合室,就可以发泡。国内现场制备外墙体保温层工艺都采用这种方法。

  制造聚氨酯泡沫体既可以用水与异氰酸酯生成脲,放出二氧化碳作为发泡剂气体的来源, 也可以利用多元醇或其他活性氢化合物和异氰酸反应时产生的大量反应热,使外发泡剂(低沸点惰性溶剂如F11、三氯甲烷等)汽化来作为发泡气体的来源。采用哪种方法可根据制品性能和不同发泡工艺要求而定,也有采用两种方法并用的。前者由于分子链中生成脲基,可以提高泡沫体的刚度和强度。发泡中产生的气体愈多,泡沫制品的密度愈小,因而可以通过调节异氰酸酯和水的用量或外发泡剂的用量来控制泡沫制品的密度。聚氨酯泡沫合成过程描述如下:

  1)二氧化碳或Fn 发泡体系中,在催化剂作用下,异氰酸酯和水开始反应。由于异氰酸酯和水的反应是放热反应,反应过程不断放出热量,促使体系温度升高,低沸点溶剂如Fll 汽化或C02生成,从而使反应物料中气体浓度迅速增加。当气体浓度增加到超过某一平衡饱和度后, 溶液中开始形成微小的气泡, 这时可以看到反应液从原来的透明状态变成带有乳色的混浊状态,这种现象叫做乳白现象。从混合开始到出现乳白状态的时间叫乳白时间,乳白时间很短,一般为几秒到几十秒钟。

  2)气体在刚生成时,呈圆球状分布在黏稠的溶液中。经过乳白期以后,化学反应继续进行,发泡气体不断产生,新的气泡继续增加, 新产生的气体从溶液中又不断扩散到气泡中去,气体体积不断增大,推动整个反应体系不断增长。在整个泡沫合成过程中, 发泡反应和凝胶反应在催化剂调节下互相协调,维持平衡量。在泡沫升起过程中,凝胶反应也不断增长,到一定时间后,泡沫不再上升,这个点即为凝胶点。从起始反应到这个转折点的时间叫凝胶时间,这个过程称凝胶(胶化)过程,凝胶时间约为60~120s。

  3)凝胶点以后再经过一段成熟期(熟化期),便形成了聚氨酯泡沫制品, 这过程亦称为固化过程, 一般约需24h 以上,如图1 所示。

   
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