低成本无CFC单组分聚氨酯泡沫填缝剂的研制.doc

2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集

低成本无CFC单组分聚氨酯泡沫填缝剂的研制

毛建军
（成都高端聚合物科技有限公司四川成都610041）

摘要：研制了适用于丙丁烷/二甲醚(HAP/DME)发泡的单组分聚氨酯泡沫填缝剂（OCF）组合聚醚。对影响OCF性能的因素进行了讨论。由此组合聚醚制备的OCF具有成本低、泡孔细密、发泡倍数大、填缝效果及尺寸稳定性好等特点。其性能达到或超过“单组分聚氨酯泡沫填缝剂”行业标准(2003送审稿)指标，具有广阔的市场前景。
关键词：单组分；聚氨酯泡沫塑料；填缝剂；烃类气溶胶抛射剂；二甲醚；发泡剂；组合聚醚

单组分聚氨酯泡沫填缝剂（简称OCF）系一种特殊湿固化硬质聚氨酯泡沫体系。由聚氨酯预聚物、催化剂、发泡剂等装填于耐压气雾罐中，当料从罐中喷射至孔洞或缝隙中时，迅速发泡膨胀并与空气中或基体上的水分反应而固化。固化的泡沫具有填缝、粘接、密封、隔热等多种效果。OCF因其优异的填缝效果而成为一种理想的填缝材料，应用范围及发展前途极其广阔[1]。
OCF中最早使用CFC-12作为发泡剂[2]，但在日益激烈的市场竞争和日益严格的环保法规双重压力下，选择CFC-12合适的替代物已成当务之急。用于OCF发泡剂(抛射剂)的CFC-12替代物，有以HCFC-22为代表的氢氯氟烃(HCFC)，以HFC-134a为代表的氢氟烃(HFC)，以丙丁烷/二甲醚(HAP/DME)混合物为代表的烷烃/醚混合物及以CO2为代表的压缩气体。在上述四种替代物中，HCFC-22因其ODP不为零而面临淘汰。HFC-134a为CFC-12较理想替代物（ODP＝0，不燃），其产品也有较好的综合性能，但其昂贵的价格阻止其广泛使用，仅在替代早期或阻燃B2级配方中使用[3]。CO2价廉，不燃，其ODP为零，但在OCF中作发泡剂其产品使用工艺性和泡沫物性欠佳而在目前技术条件下非优选（可能将是以后的发展方向）。在OCF产品市场上，B3级产品占有70%的份额[4]。因烃类气溶胶抛射剂(HAP，hydrocarbonaerosolpropellant，一般是丙烷和丁烷混合物)和DME的ODP为零，成本低并具有较好发泡效果而成为B3级OCF发泡剂的理想替代物。
但是，在OCF中，HAP/DME发泡体系与CFC-12体系相比，存在较多问题。如HAP/DME混合物与聚氨酯预聚物体系的相容性较差，泡沫形成过程中，发泡剂逸出快，所得泡沫孔粗、皮厚、尺寸稳定性差、填缝效果差等。本工作针对HAP/DME发泡体系的特点，合成了专用催化剂，并通过对聚醚多元醇、泡沫稳定剂、降粘剂等的优选，开发了适合于以HAP/DME为发泡剂的组合聚醚，以此制备的OCF具有成本低、泡沫孔细密、发泡倍数大、填缝效果及尺寸稳定性良好等特点。
1实验部分
1.1主要原料
聚醚：羟值(150±50)mgKOH/g，工业品（国产）；
催化剂：DMDEE，工业品（进口）；HS-9912，工业品（自制）；
硅油：CGY-1，L-6900，AK-8805，8002等，工业品（国产或进口）；
降粘剂：工业品（国产）；
多异氰酸酯（M20S）：工业品（进口）；
丙丁烷（HAP）：工业品（国产）；二甲醚（DME）：工业品（国产）。
1.2仪器及设备
旋转式粘度计；比重计；pH计；恒温水浴箱；气雾剂灌装机。
1.3制备
1.3.1组合聚醚配制
按下述配方：聚醚50～80，催化剂0.5～2，硅油1～6，降粘剂10～30准确称量，混匀即得组合聚醚。
1.3.2单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备
在750mL耐压马口铁罐中，用气雾剂灌装机准确灌入组合聚醚260g、异氰酸酯（M20S）350g、丙丁烷和二甲醚共135g，然后振摇10min，在室温下放置24h即得成品。
1.4测试
按“单组分聚氨酯泡沫填缝剂”行业标准（送审稿，预计编号JC××××-2003）制样，测试相关性能。
2结果与讨论
2.1聚醚的选择
聚醚的种类与羟值直接影响OCF的性能。一般地，聚醚官能度和羟值越大，则制得的聚氨酯预聚物粘度大，所得泡沫硬，密度大，粘接强度大，尺寸稳定性好；反之，若聚醚官能度和羟值小，则聚氨酯预聚物粘度小，所得泡沫软，密度小，粘接强度低，尺寸稳定性差。本工作采用了官能度小于5、羟值为(150±50)mgKOH/g的聚醚，由此所得泡沫具有适宜的综合性能。
2.2催化剂的选择
与一般双组分聚氨酯泡沫发泡体系不同，OCF是聚氨酯预聚物与催化剂、发泡剂等原料混合装填在一密闭罐中的特殊发泡体系。传统的催化剂如A-1、有机锡和N,N-二甲基环己胺等并不适合于OCF体系。OCF体系对催化剂有特殊要求。一是催化剂要有较强的催化活性，同时又要对聚氨酯预聚物体系的贮存稳定性（一般要求≥6个月，通常为