热水器用HCFC141b型聚氨酯硬泡组合料的研制.docx

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电热水器用HCFC-141b型聚氨酯硬泡组合料的研制

陈荣虎徐标吕槊贤
(江苏省化工研究所江苏南京210024)
摘要：研制了具有良好流动性的HCFC-141b作为发泡剂的聚氨酯硬泡组合料。对制备中影响发泡性能的有关因素进行了探讨。以此制备的硬质泡沫塑料具有良好的尺寸稳定性、较低的导热系数，达到了电热水器、门板等产品使用的要求。
关键词：聚氨酯；硬泡；HCFC-141b；流动性；发泡剂

电热水器使用硬质聚氨酯泡沫塑料来保温绝热已经有许多年了。使用硬泡做绝热层的热水器，其绝热层薄，使壳体和内衬材料用量减少，降低了生产成本，并且灌注硬泡后壳体和内衬连为一体，不存在“热桥”，确保了热水器整体的优异的保温效果。
根据修改后的《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，泡沫塑料行业将在2010年前完全停止使用CFC-11作为发泡剂。HCFC-141b作为一种过渡型替代发泡剂已普遍被聚氨酯泡沫塑料行业所承认，成为了主要的第二代发泡剂。从泡沫塑料的物理性能方面考虑，在所有的CFC替代候选物中，HCFC-141b的气相热导率相对较低，与泡沫两大主要原料多元醇和异氰酸酯相溶性好，泡沫性能与CFC-11的相近，在不增加设备的条件下可直接用HCFC-141b代替CFC-11。但是HCFC-141b与CFC-11相比仍存在一些缺点：具有较高的气相热导率，导致其相应泡沫导热系数变差；同时由于HCFC-141b的溶剂效应，还导致泡沫压缩强度降低及尺寸稳定性变差[1]。随着市场的需求，电热水器厂家生产的大体积热水器越来越多，而许多容积式电热水器其高度可达1.6m以上，箱体结构也趋于复杂，也有些壳体内还有电路板等阻碍流动的部件，并且本身其对容器内水的保温时间又有很高的要求，因此需要改进灌注原液，使之具有很好的流动性、泡沫尺寸稳定性及较低的导热系数。
本工作将对HCFC-141b发泡的原料体系进行改进，探讨研究适合其性能的聚醚多元醇、发泡剂的用量及催化剂品种等，制备出满足电热水器使用的具有较高流动性和较好尺寸稳定性的聚氨酯硬泡组合料。
1实验部分
1.1原料部分
聚醚多元醇ZS-4110，羟值430mgKOH/g，金陵石化公司化工二厂；聚醚多元醇ZS-635S,羟值500mgKOH/g，金陵石化公司化工二厂；聚酯多元醇，羟值370mgKOH/g，金陵石化塑料厂研究所，聚醚A，国产；N，N二甲基环己胺，溧阳蒋店化工厂；复合催化剂，自制；发泡剂HCFC-141b，常熟三爱富氟化工有限责任公司；泡沫稳定剂，进口；异氰酸酯，PAPI，牌号5005，Huntsman公司。
1.2基础配方
原料配比（质量份）聚醚多元醇90~95聚醚A5~10泡沫稳定剂1.0~2.2二甲基环己胺1.0~2.5复合催化剂0.2~1.0HCFC-141b24~38水1.0~1.5异氰酸酯指数1.10~1.151.3手工发泡工艺
将各种原料按基础配方比例配置成A组分，而后取A组分100克置于相应体积的塑料杯1中，再称取按比例量的异氰酸酯放于另一塑料杯2中，作为B组分，把杯2中物料迅速倒入杯1中，立刻将杯1中混合料用机械搅拌器（转速3000r/min）搅拌6～8s，快速地把已搅拌均匀的杯中物料倾注入25cm×25cm×25cm带温控（模温40℃）的敞口铝模内，依次记录发泡物料的乳白、拉丝和固化的时间，待固化后脱模置放室温下陈化24h后裁样测试（温度20～25℃）。
1.4机器发泡工艺
将配好的A、B组分分别置于料桶内，使用美国Gusmer公司生产的FF-1600设备进行浇注，灌注枪为AR-C枪，自动计时器TX-50型。打开主加热器及管道加热，稳定工艺条件后打自由泡测试发泡性能，在确定工艺条件及发泡性能无误后再注射箱体，待热水器内泡沫固化后脱模，破坏箱体，取出泡沫测试其性能。
1.5流动性测试方法
流动性测试方法很多，国外文献报道[2]中有采用L型模具法，我们在本工作中采用了软质塑料管法测试流动性。用一直径约10cm，长1.8m的PE管，一端夹住，上部撑开，将发泡原液倒入软管上部，封住上端口，把管子倒转，泡沫沿管上升。测定管中泡沫高度H（cm）和管中泡沫质量m(g)，其比值H/m即表示流动指数(cm/g)。
2结果与讨论
2.1多元醇的选择
多元醇包括聚醚多元醇及聚酯多元醇，其性能是决定组合料性能的一个关键因素。为了达到组合料的较好的流动性，通常官能度不能太高或太低，太高会导致泡沫密度增加、流动性下降，而太低又会影响其尺寸稳定性。容积式电热水器对组合聚醚流动性要求较高，聚醚是其中一个最关键的因素，所以我们分析了ZS-4110、ZS-635S、聚酯、聚醚A等几种