聚氨酯的發(fā)泡工藝摘要：聚氨酯泡沫制品，是近年新開發(fā)的一種高分子合成的新型節(jié)能材料，它具有施工方便、快捷、現(xiàn)場(chǎng)損耗小、使用安全、性能穩(wěn)定、阻燃性好，符合環(huán)保要求分為軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫三大類別。其中硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料，廣泛用于家電保溫（冰箱、冷柜、熱水器、太陽能熱水器、熱泵熱水器、啤酒保鮮桶、保溫箱）、設(shè)備保溫（供熱管道、原油化工管道、罐體、冷藏運(yùn)輸）、建筑節(jié)能（外墻保溫、屋面防水保溫、冷庫(kù)、建筑板材、防盜門/車庫(kù)門、卷簾門）等隔熱保溫領(lǐng)域以及包裝、裝修裝飾關(guān)鍵詞：聚氨酯發(fā)泡保溫Abstract:Polyurethamefoamisthebestperformanceofthefoaminsulation,duetoexceuentperformanceintheinsulationfield,thereisavastmarket.Thisarticlediscussestheccomponentpolyurethamefoam,foamcraftandfoamingprocesscontrol,polyarethaneandpolyurethanefoammoldingequipmentintroductionofinsulationinthewall.Keywords:Polyurethame FoamInsulathon引言聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯，它是由有機(jī)二異氤酸酯或多異氤酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲，脲基甲酸酯等基團(tuán)。主鏈含一NHCOO一重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物。英文縮寫PU。。由于含強(qiáng)極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團(tuán)，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得適應(yīng)較寬溫度范圍（一50?150。0的材料，包括彈性體、熱塑性樹脂和熱固性樹脂。高溫下不耐水解，亦不耐堿性質(zhì)。常用的單體如甲苯二異氤酸酯、二異氤酸酯二苯甲烷等。多元醇分3類：簡(jiǎn)單多元醇（乙二醇、丙三醇等）；含末端羥基的聚酯低聚物，用來制備聚酯型聚氨酯；含末端羥基的聚醚低聚物，用來制備聚醚型聚氨酯。聚合方法隨材料性質(zhì)而不同。合成彈性體時(shí)先制備低分子量二元醇，再與過量芳族異氤酸酯反應(yīng)，生成異氤酸酯為端基的預(yù)聚物，再同丁二醇擴(kuò)鏈，得到熱塑彈性體；若用芳族二胺擴(kuò)鏈并進(jìn)一步交聯(lián)，得到澆鑄型彈性體。預(yù)聚物用肼或二元胺擴(kuò)鏈，得到彈性纖維；異氤酸酯過量較多的預(yù)聚體與催化劑、發(fā)泡劑混合，可直接得到硬質(zhì)泡沫塑料。如將單體、聚醚、水、催化劑等混合，一步反應(yīng)即可得到軟質(zhì)泡沫塑料。單體與多元醇在溶液中反應(yīng)，可得到涂料；膠粘劑則以多異氤酸酯單體和低分子量聚酯或聚醚在使用時(shí)混合并進(jìn)行反應(yīng)。聚氨酯彈性體用作滾筒、傳送帶、軟管、汽車零件、鞋底、合成皮革、電線電纜和醫(yī)用人工臟器等；軟質(zhì)泡沫體用于車輛、居室、服裝的襯墊，硬質(zhì)泡沫體用作隔熱、吸音、包裝、絕緣以及低發(fā)泡合成木材，涂料用于高級(jí)車輛、家具、木和金屬防護(hù)，水池水壩和建筑防滲漏材料，以及織物涂層等。膠粘劑對(duì)金屬、玻璃、陶瓷、皮革、纖維等都有良好的粘著力。此外聚氨酯還可制成乳液、磁性材料等。聚氨酯（簡(jiǎn)稱PU）是由多異氤酸酯和聚醚多元醇或多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴(kuò)鏈劑或交聯(lián)劑等原料制成的聚合物。通過改變?cè)戏N類及組成，可以大幅度地改變產(chǎn)品形態(tài)及其性能，得到從柔軟到堅(jiān)硬的最終產(chǎn)品。聚氨酯制品形態(tài)有軟質(zhì)、半硬質(zhì)及硬質(zhì)泡沫塑料、彈性體（聚氨酯彈性體主要又包含熱塑性TPU和熱固性一多以澆注工藝實(shí)現(xiàn)CPU）、油漆涂料、膠粘劑、密封膠、合成革涂層樹脂、彈性纖維等，廣泛應(yīng)用于汽車制造、冰箱制造、交通運(yùn)輸、土木建筑、鞋類、合成革、織物、機(jī)電、石油化工、礦山機(jī)械、航空、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。1937年德國(guó)OttoBayer教授首先發(fā)現(xiàn)多異氤酸酯與多元醇化合物進(jìn)行加聚反應(yīng)可制得聚氨酯，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，英美等國(guó)1945?1947年從德國(guó)獲得聚氨酯樹脂的制造技術(shù)于1950年相繼開始工業(yè)化。日本1955年從德國(guó)Bayer公司及美國(guó)DuPont公司引進(jìn)聚氨酯工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。20世紀(jì)50年代末我國(guó)聚氨酯工業(yè)開始起步，近十幾年發(fā)展較快。而聚氨酯泡沫制品，是近年新開發(fā)的一種高分子合成的新型節(jié)能材料，它具有施工方便、快捷、現(xiàn)場(chǎng)損耗小、使用安全、性能穩(wěn)定、阻燃性好，符合環(huán)保要求.分為軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫三大類別。其中硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料，廣泛用于家電保溫（冰箱、冷柜、熱水器、太陽能熱水器、熱泵熱水器、啤酒保鮮桶、保溫箱）、設(shè)備保溫（供熱管道、原油化工管道、罐體、冷藏運(yùn)輸）、建筑節(jié)能（外墻保溫、屋面防水保溫、冷庫(kù)、建筑板材、防盜門/車庫(kù)門、卷簾門）等隔熱保溫領(lǐng)域以及包裝、裝修裝飾（裝飾板、仿木家具、工藝品）領(lǐng)域。1實(shí)驗(yàn)部分1、1實(shí)驗(yàn)原理聚氨酯是反應(yīng)活性很高的化合物，它帶有的一NCO是一個(gè)高度不飽和的基團(tuán)，能與任何一種含有氫原子的化合物相互反應(yīng)。在聚氨酯發(fā)泡成型過程中，自始至終都伴隨著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)有以下幾種。(1“凝膠反應(yīng)”即多異氤酸酯基與多元醇的羥基反應(yīng)生成氨基甲酸酯基團(tuán):TOC\o"1-5"\h\z?R?NCO+HO?R'f?R?NHCOO?R’? (a)在有水存在的發(fā)泡體系中，多異氤酸酯與水反應(yīng)，經(jīng)過中間產(chǎn)物生成胺，并產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，即所謂的“發(fā)泡反應(yīng)”：?R?NCO+H-O-H—?R?NHCOOH—RHNH+CO-O (b)生成的胺很快和過剩的異氤酸酯反應(yīng)生成脲：?R?NCO+HNH?R—?R?NHCONH?R? (c)異氤酸酯與氨基甲酸酯氮原子上的氫反應(yīng)生成脲基甲酸酯，是生成的線性聚合物形成支化和交聯(lián)結(jié)構(gòu)：?R?NCO+?R?NHCOO?R’?->?R?N(CONHR)COO?R’?(d)1、2實(shí)驗(yàn)儀器TY8000型電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，HTY泡沫回彈系數(shù)測(cè)定儀，；QJZY236制試樣機(jī),電子天平、燒杯，攪拌器，發(fā)泡箱，聚氨酯發(fā)泡機(jī)(如下圖所示)，玻璃棒。

1、3實(shí)驗(yàn)藥品聚醚、聚酯和其他多元醇，異氤酸酯（粗DMA等），主要反應(yīng)原料；水（鏈增長(zhǎng)劑，化學(xué)發(fā)泡劑，產(chǎn)生二氧化碳）；，物理發(fā)泡劑（環(huán)戊烷），氣化后作為氣泡的來源，可移走反應(yīng)產(chǎn)生的熱;交聯(lián)劑，提高泡沫的機(jī)械性能；催化劑，催化發(fā)泡和凝膠反應(yīng)；發(fā)泡穩(wěn)定劑（硅油），使泡沫穩(wěn)定并控制泡沫的結(jié)構(gòu)和大小；阻燃劑，使泡沫具有阻燃性；抗氧劑，提高抗氧化，抗熱，抗?jié)窭匣阅?；顏料，提供各種色澤。1、4實(shí)驗(yàn)方法和主要步驟1）實(shí)驗(yàn)原料的制備：A組分的制備：黑料一一fiMDI的俗稱，也叫聚合MDI，化學(xué)名稱是“多亞甲基苯基多異氤酸酯”，顏色一般是黑色，故稱黑料，結(jié)構(gòu)式為OCN-Ar-CH2-Ar-NCO。粗MDI的制備：以苯為原料進(jìn)行硝化、加氫得到苯胺，苯胺與甲醛、鹽酸反應(yīng)合成二苯基甲烷二胺（MDA），通過控制反應(yīng)條件，并進(jìn)行異構(gòu)體分離，得到4、4-MDA。在進(jìn)行光氣化反應(yīng)，精制后得到MDI。白料一一聚醚多元醇的俗稱，也稱組合料。顏色為白色，故稱白料。在帶有攪拌的 反應(yīng)釜中投入按一定比例混合的聚醚多元醇，在60-100攝氏度，0、1~0、6kPa 下脫水1~2倔降至室溫，解除真空，加入丁。I,升溫至80~90攝氏度，反應(yīng)3?4h,降至室溫，取樣分析測(cè)--NCO含量，當(dāng)--NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%-12%,外觀為淺黃色粘稠液體時(shí)，裝入充滿氮?dú)獾陌b桶，密封備用B組分的制備：將交聯(lián)劑、擴(kuò)鏈劑、增塑劑、填料、顏料按一定比例投入反應(yīng)釜中混合均勻，經(jīng)三輥磨機(jī)研磨細(xì)膩后，放入配料槽，加入發(fā)泡劑去離子水，攪拌均勻。然后用包裝桶包裝，密封備用。泡沫彈性體的制備將A、B兩組分按質(zhì)量比為11的比例混合，充分?jǐn)嚢?，澆注于模具中，固化成型，得聚氨酯泡沫彈性體，熟化10?15d后進(jìn)行測(cè)試。2）實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟一、 預(yù)聚體法預(yù)聚體法發(fā)泡工藝是將（白料）和（黑料）先制成預(yù)聚體，然后在預(yù)聚體中加入水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等在高速攪拌下混合進(jìn)行發(fā)泡，固化后在一定溫度下熟化即可。二、 半預(yù)聚體法半預(yù)聚體法的發(fā)泡工藝是將部分聚醚多元醇（白料）和二異氤酸酯（黑料）先制成預(yù)聚體，然后將另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二異氤酸酯、水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等加入，在高速攪拌下混合進(jìn)行發(fā)泡。三、 一步發(fā)泡工藝將聚醚或聚酯多元醇（白料）和多異氤酸酯（黑料）、水、催化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑、其他添加劑等原料一步加入，在高速攪拌下混合后進(jìn)行發(fā)泡。一步發(fā)泡工藝是目前普遍采用的工藝。另外還有手工發(fā)泡法，那是最簡(jiǎn)便的方法，將所有原料準(zhǔn)確稱量后，置于一個(gè)容器中，然后立即將這些原料混合均勻，注入模具或需要充填泡沫塑料的空間中即可。注意：稱量時(shí)一定要將多異氤酸酯（黑料）最后稱入。聚氨酯硬泡一般為室溫發(fā)泡，成型工藝比較簡(jiǎn)單。按施工機(jī)械化程度可分為手工發(fā)泡及機(jī)械發(fā)泡；按發(fā)泡時(shí)的壓力可分為高壓發(fā)泡及低壓發(fā)泡；按成型方式可分為澆注發(fā)泡及噴涂發(fā)泡。（裝飾板、仿木家具、工藝品）領(lǐng)域。1、5實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題（1） 、如何控制“凝膠反應(yīng)”和“發(fā)泡反應(yīng)”的相對(duì)速度，以及控制初期反應(yīng)使粘度增長(zhǎng)不至過快，以充滿模具腔：在泡沫制備中，催化劑包括兩類：一類是叔胺類催化劑；一類是有機(jī)錫類催化劑。通常需要兩種催化劑復(fù)合使用，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)之間的平衡，得到均勻成孔的泡沫（2） 、聚醚多元醇，在沒有催化劑的條件下與異氰酸酯基反應(yīng)較慢，不能獲得穩(wěn)定的泡沫體系。（3） 、漏泡：由于是發(fā)泡劑的量偏大；物料的溫度過高；黑白料的配比偏?。荒＞叩拿芊庑阅懿缓?。（4） 、空泡：由于是排氣不好;黑白料的比例太高;管道堵塞;灌注過程中突然停止，灌注量不足，密度分布不均勻；模具的溫度太低。（5） 、漲泡；發(fā)泡量太多；發(fā)泡熟化時(shí)間短；黑料過多。（6） 、發(fā)泡劑的影響由于環(huán)戊烷是易燃易爆的物品，爆炸濃度范圍是1.4%至8%，比重小，容易產(chǎn)生積聚，所以發(fā)泡現(xiàn)場(chǎng)要通風(fēng)良好，作業(yè)時(shí)要穿棉質(zhì)衣服，防止靜電，禁止帶火種或者是手機(jī)未關(guān)閉的情況下進(jìn)行作業(yè)，廢棄的物料不可以隨處亂扔，白料扔進(jìn)白料回收桶里，黑料要回收到黑料桶里。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論發(fā)泡劑的選擇：根據(jù)環(huán)保要求，本實(shí)驗(yàn)選用去離子水為發(fā)泡劑，在同一配方體系下，考察了去離子水對(duì)泡沫回彈時(shí)間及泡沫手感的影響。通過實(shí)驗(yàn)可知，，水量在10%至15%之間時(shí)泡沫回彈時(shí)間較長(zhǎng),手感較細(xì)膩，取得較好的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，在聚氨酯泡沫制備中，加入催化劑不僅加快反應(yīng)速度，更重要的是可通過不同的催化劑的用量比實(shí)現(xiàn)凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)之間的平衡。這是因?yàn)樗磥淼眉巴耆磻?yīng)產(chǎn)生大量的CO2氣體時(shí)，凝膠反應(yīng)已經(jīng)開始，因此導(dǎo)致泡沫迅速固化成型;由于水與異氤酸酯反應(yīng)易形成脲，從而使泡沫舒適度下降，同時(shí)泡沫的慢回彈效果降低,手感變差，因此配方中水量不宜過大。如表1所示：表1去離子水的用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響-NCO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0050、100、150、20密度/(g/cm'3)0.600.470、310、26回彈率/%10182426拉伸強(qiáng)度/MPa2、92、72、31、9撕裂強(qiáng)度/(KN/m)10、19、68、88、1伸長(zhǎng)率/%150151145138硬度69666461由表1可見，隨著去離子水用量的增加，制品密度降低，回彈率增大，而拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度均略有降低。綜合考慮應(yīng)控制去離子水質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%到15%之間最佳。催化劑的用量：在聚氨酯泡沫制備中，加入催化劑不僅加快反應(yīng)速度，更重要的是可通過不同的催化劑的用量比實(shí)現(xiàn)凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)之間的平衡。在泡沫制備中，催化劑包括兩類：一類是叔胺類催化劑；一類是有機(jī)錫類催化劑。通常需要兩種催化劑復(fù)合使用，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)之間的平衡，得到均勻成孔的泡沫、-NCO含量對(duì)聚氨酯泡沫彈性體硬度的影響表2-NCO含量對(duì)聚氨酯泡沫彈性體硬度的影響NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%4680124度更53846506(551由表2可知，聚氨酯泡沫彈性體的硬度隨A組分NCO含量的增加而增大,這是由于當(dāng)NCO含量增大時(shí)，硬段含量相應(yīng)增加，分子中的極性基團(tuán)增多,氫鍵易于形成，大大增強(qiáng)了硬段的集聚，制品的硬度提高。、硅油對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的影響表3硅油的種類及數(shù)量對(duì)泡孔的影響硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0、150、1751、101、1251、182、10L2580體系塌泡閉孔孔粗閉孔孔細(xì)閉孔孔細(xì)閉孔孔細(xì)閉孔孔細(xì)B8002體系塌泡開孔孔粗開孔孔細(xì)開孔孔細(xì)開孔孔細(xì)閉孔孔細(xì)泡沫穩(wěn)定劑決定著泡沫的開孔性及泡孔結(jié)構(gòu)。由表3可知，在制備聚氨酯慢回彈泡沫時(shí)宜選用B28002硅油，其用量一般在1、10?1、18份之間。1、 在聚氨酯泡沫制備中，加入催化劑不僅加快反應(yīng)速度，更重要的是可通過不同的催化劑的用量比實(shí)現(xiàn)凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)之間的平衡。2、 隨著去離子水用量的增加，制品密度降低，回彈率增大，但隨著水的增加，凝膠反應(yīng)不完全，泡沫彈性小，所以水不宜太大，水量在10%至15%之間時(shí)泡沫回彈時(shí)間較長(zhǎng),手感較細(xì)膩，取得較好的效果。3、 發(fā)泡穩(wěn)定劑的選擇也很重要。泡沫穩(wěn)定劑決定著泡沫的開孔性及泡孔結(jié)構(gòu)。在制備聚氨酯慢回彈泡沫時(shí)宜選用B28002硅油，其用量一般在1、10?1、18份之間。使泡沫手感細(xì)膩。4結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計(jì)終于在今天劃上了句號(hào)，它對(duì)我的影響是巨大的，在這段時(shí)間里，我懂得了如何發(fā)現(xiàn)問題并能分析解決問題，如何進(jìn)行和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，以及多種測(cè)試手段的操作。但出于個(gè)人知識(shí)水平有限，加之本人非聚氨酯相關(guān)專業(yè)出身，沒能將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得盡善盡