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聚氨酯:微调保温泡沫

隔热材料已经变得“生态友好”,但是现在的挑战是优化经济性,工艺和性能。

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强制转换为将近两年后“cleaner”在聚氨酯泡沫生产的主要领域中,发泡剂的过渡不断发展。在解决了眼前的转换问题之后,市场竞争促使许多泡沫塑料加工商重新制定配方,以降低成本和/或改善加工工艺。

这种持续的发展是最近在盐湖城举行的2006聚氨酯会议上发表的技术论文的主题,该会议由聚氨酯工业联盟(API)赞助。讨论的最新开发成果包括用于建筑和建筑中的硬质泡沫的下一代多元醇,以及用于家用电器和建筑中的用HFC-245fa吹塑的隔热用发泡剂增强剂。

PUR硬质泡沫的几个较小领域的另一种转换正在等待中,例如压力/泡沫和现浇型,先前根据EPA的授权从HCFC-141b转换为HCFC-22。后者只是临时替代品,因为它也已根据《清洁空气法》第612条定于2010年1月1日淘汰,但最​​终可能会更早淘汰。

在会议上还值得注意的是用于汽车内饰的新PUR技术。这包括用于隔音的新型喷涂工艺和用于美学表皮的柔软手感芳香族PUR蒙皮技术。

 

取代HCFC-22

即将淘汰的HCFC-22的新变化可能会将日期提前两年,到2008年1月1日。下个月,预计EPA将基于一项研究得出这样的建议,该研究得出的结论是,非ODP发泡剂很容易获得,可以在剩余的硬质泡沫塑料行业中提早进行转换,在过去三年中,HCFC-22得到了广泛的应用。其中包括商业制冷(例如,步入式冷冻机,大型冷藏柜和运输冷藏柜),入口和车库门以及建筑建筑板 –包括连续和不连续的金属面泡沫板。

面对这种转变的加工商将不得不在替代发泡剂的成本与对加工和泡沫性能的影响之间取得平衡。 HCFC-22的成本约为1.50美元/磅。在替代品中,有两种已经不可用于家用冰箱和热水器的现浇泡沫保温材料以及用于墙壁,屋顶,水箱和水疗中心的硬喷泡沫保温材料的气态,不可燃氢氟烃。一种是HFC-245fa(由北美唯一的生产商霍尼韦尔国际公司以Enovate 3000的价格出售),其价格在过去一年中从4美元/磅上涨至约4.50美元/磅。另一替代产品HFC-134a从2美元/磅上涨至近3美元/磅。

碳氢化合物也在运行中–异戊烷,正戊烷和环戊烷–costing 50¢ to 90¢/ lb以及Foam Supplies的液态,基于甲基甲酸酯的Ecomate,可用于喷涂泡沫隔热材料和自行车座椅,高尔夫轮胎和汽车头枕的一体式皮肤泡沫。 Ecomate可与其他发泡剂完全混溶,据说可在HFC-245fa和戊烷之间提供绝缘价值。此外,它的价格与碳氢化合物相当,并且像碳氢化合物一样易燃。其他选择是水发泡剂和发泡剂组合。

在会议上,至少有三个专题介绍了HCFC-22的替代问题。拜耳材料科技公司的研究人员评估了两种用于冷藏拖车和入口门的商用HCFC-22发泡泡沫系统中的替代发泡剂。对于拖车,拜耳发现HFC-134a,HFC-245fa和80/20环/异戊烷共混物各自可产生与HCFC-22相当的泡沫性能。长期的尺寸稳定性和泡沫对面材的附着力未得到彻底评估。但是,拜耳确实发现,在环境条件下一个月后,由戊烷共混物制成的未切割面板显示出收缩的迹象,而由HFC和HCFC-22制成的面板没有收缩。

入口门是用HFC-134a,HFC-245fa,环戊烷和水吹制的泡沫制成的。所有四种发泡剂产生的特性通常类似于HCFC-22发泡泡沫。喷水系统具有更高的最小填充密度和整体面板密度,而HFC-245fa泡沫的压缩和拉伸性能略低。没有比较长期效果和粘附性能。

同时,阿科玛(Arkema)向该公司报告了HFC-134a混合物的测试’用通用的现浇配方代替HCFC-22超越TDCE(反式1,2-二氯乙烯)。阿科玛先前已经证明了TDCE’在降低134a /多元醇预混料的蒸气压和粘度以及显着降低起泡程度和针孔数量方面有效(参见“Learn More” box).

研究人员用TDCE代替了部分HFC-134a和部分水,因此HFC-134a / TDCE / CO2的摩尔吹气比为50:25:25。由于较低的蒸气压和较快的向多元醇共混物中添加发泡剂,这种配方使操作更容易。而且,与134a对照相比,它提供了改善的流动性,优异的附着力和出色的尺寸稳定性,并且至少与HCFC-22对照相当。 TDCE的导热率也令人满意。

Foam Supplies报告说,其Ecomate发泡剂可生产出更经济的现浇泡沫,具有良好的尺寸稳定性和低密度下的出色阻燃性。该公司认为Ecomate在进入门和车库门中替代HCFC-22的潜力最大。公司’最近,Underwriters Laboratories授予Eco1倒泡沫塑料系统25 FS / 300烟雾等级为6 in。的烟雾等级,并且客户报告说该配方已通过Factory Mutual’全面的角墙燃烧测试。

 

新型硬质多元醇

Oxid LP讨论了用于HFC-245fa现浇电器绝缘和戊烷喷塑板以及喷涂泡沫的改良聚酯多元醇。该公司最初打算开发功能性比主力Terol 256更高的多元醇,以抵消软化作用。 HCFC-141b的效果。尽管HFC-245fa几乎不会弱化泡沫,但确实会导致防火性能下降,因此配方中需要更多的聚酯多元醇。将标称功能为2.45的新Terol 925与现有的Terol 250、305和256(分别具有2、2.15和2.30的功能)在面板配方中进行了比较。生胶强度(GS)测试从18分钟开始,直到30分钟为止收集数据。 (GS设备测量重量在面包中的渗透。)在20分钟时,用Terol 925制成的泡沫的GS为6.5 mm,而其他多元醇为9.9至15.8 mm。在30分钟时,其GS为9.2毫米,而其他则为14至20.8毫米。根据Oxid研究人员的说法,较高官能度的聚酯可以更快地使硬质泡沫更加迅速,这为面板制造商带来了更快的脱模时间或更少的聚酯来维持相同的脱模时间。

Oxid还讨论了两种新的候选物,它们对于戊烷吹制的连续和不连续面板以及喷涂泡沫的早期试验性能似乎很有希望。这些是使用氧化技术生产的,该技术克服了戊烷在聚酯多元醇中固有的低溶解度,并且还具有更高的功能性。 DS 1220(44 pphp)和DS 1240(40 pphp)要求的溶解度比现有产品(例如Terol 305和256(4至6 pphp))高得多。

此外,Oxid还报道了新的低羟基数聚酯多元醇,这些多元醇可减少异氰酸酯的消耗,而不会危害戊烷吹制的聚异氰脲酸酯(PIR)绝缘板的物理性能或防火性能。去年聚合MDI的短缺刺激了这一发展。多元醇生产商被要求开发200 OH(总羟基)范围内的聚酯,这将使异氰酸酯需求减少7%至10%。

氧化物产生了官能化的多元醇,后者的羟基已被反应性添加剂取代,而典型的非反应性添加剂会降低泡沫尺寸和热稳定性,而羟基氧化物已被还原。据报道,层压机试验表明,一种候选产品DS 1154(200 OH)在物理和防火性能以及流动性方面均超过了主力聚酯聚酯Terol 563(245 OH)。现在,研究人员正在研究可以进一步优化DS 1154泡沫的各种催化剂和表面活性剂,早期研究表明,不用表面活性剂就可以实现细小孔结构和良好的初始K因子。

 

喷雾泡沫增强剂

当首次用于商业PUR泡沫中时,发现HFC-245fa会增加粘度,这限制了此类系统的多功能性。空气化工产品公司开发了克服这种作用并具有其他好处的添加剂。 Dabco PM-200是在2003年的API会议上推出的。今年,Air 产品展示推出了Dabco PM-300,该添加剂可增强HFC-245fa吹制设备的隔热性能,并在硬质喷涂泡沫中具有潜力。

据报道,在家用电器中,该添加剂可降低多元醇共混物的粘度,并通过降低HFC-245fa的浓度或降低相同浓度下的密度来节省成本,同时保持热和机械性能。在最近使用HFC-245fa喷雾泡沫进行的试验中,Dabco PM-300再次实现了较低的密度,或者允许在不增加密度的情况下减少使用20%至30%的HFC-245fa。据报道,使用PM-300的喷涂泡沫还具有改善的抗压强度,这对于降低密度时的尺寸稳定性非常重要。据说该添加剂对K因子影响很小。通过降低混合物粘度,PM-300使喷涂泡沫制造商可以使用多种多元醇类型,并改善了混合和泡沫质量。此外,PM-300还可以产生更精细的泡孔结构,并改善基材和层间粘合力,这对于寒冷天气下的喷涂非常重要。

 

喷涂隔音

Cannon推出了一种用于制造汽车内饰件中的隔音材料的新颖技术。 SoliSpray是一种喷涂工艺,可沉积厚厚的PUR层,其中填充有重晶石和氧化铁等重质材料。坎农说,这项技术是替代传统的RRIM或热成型填充热塑性板材的实用方法。

SoliSpray’最大的优点是可以生产隔音组件–通常是低利润项目–无需使用昂贵的压力机和模具。该技术使您可以将重填充的PUR直接喷涂到敞口模具中,然后将其移入压力机中,通过注入柔性低密度聚氨酯在封闭模具中进行背面发泡。它提供了灵活的方式来改变喷涂层的局部厚度,优化原材料的使用并节省潜在成本。

SoliSpray结合了Cannon的最新发展–特别是用于填充物料的FPL 10混合头,它重量轻且易于操作。该装置经过改进,并配有喷嘴,可以施加高度均匀的反应性混合物的精确,均匀的线条,从而可以很好地控制厚度,并且极少发生过喷。喷头还实现了自动化,可以在大面积上均匀地施加泡沫。之所以使用六轴关节臂机器人,是因为它可以到达模具的所有点,并且可以使其手腕定向到任何垂直壁。

计量机可以是多种可用选项中的任何一种,只要它是高压机型,并且至少具有一个能够与装载有磨料矿物填料的高粘度多元醇一起使用的进料管线即可。

对于由单层填充聚氨酯制成的简单隔音材料,可以将材料直接喷涂到模具中。这样的零件具有一个光滑的表面和一个粗糙的表面,这是可以接受的,因为它们直接靠在车身上并且看不见。不需要压力机,只需要简单的支撑即可保持半模。

对于地毯垫层,一旦将其放置在模具中,便可以将隔音材料直接喷涂到地毯的背面。

要制成一层隔音层和一种吸音泡沫(最常见的组合)的三明治,可以将隔音层直接喷到下半模中。然后用打开或关闭的模具将传统的聚氨酯泡沫粘合到其上。仅需要压力机和标准模具。

为了补充SoliSpray,Cannon还开发了Foam&薄膜技术,该技术可使热塑性热塑性薄膜直接在模具表面上热成型,然后再加泡沫。

 

柔软的芳香族PUR

陶氏化学公司(Dow Chemical)讨论了一种用于汽车内饰材料的柔软手感泡沫蒙皮技术。大多数R&D工作在陶氏进行’在意大利科雷焦的聚氨酯系统业务。陶氏化学开发了一种新的基于芳族的,柔软手感的RIM PUR聚合物,可以注入或喷涂到模具中。该技术允许一次性生产具有不同柔软度的零件。通过RIM处理,对于0.8毫米的壁厚,最终密度在1.05至0.7 g / cc的范围内,或者轻至0.4 g / cc的厚度在15毫米以下。

陶氏说,与脂肪族PUR替代品相比,芳香族PUR系统是一种经济得多,性能更好的解决方案。与热成型的TPO,TPU或PVC薄膜相比,陶氏’据报道,这种材料可提供更好的颗粒保持力(采用喷雾和RIM),手感更柔软,成本更低。陶氏化学还列举了减少排放和起雾的方法。通过将PUR软蒙皮与刚性PUR基材(如Dow)结合使用,可以实现100%PUR系统(如仪表板)’的新一代Spectrim RL 700系列低密度RIM(LD-RRIM)树脂。