摘要
聚氨酯硬泡保温板具有优异的保温效果，且施工简单，被广泛应用。通过Ｆｏａｍａｔ曲线仪研究催化剂、发泡剂、聚醚等对连续板材用聚氨酯硬泡泡沫生长速率的影响，探讨了机理，优化了连续板材用聚氨酯硬泡的配方。
关键词
聚氨酯硬泡保温板；发泡曲线；工艺
引 言
聚氨酯硬泡是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅０．０２２ Ｗ／（ｍ·ｋ）～ ０．０３３ Ｗ／（ｍ·ｋ），它的闭孔结构使其具有优越的保温效果，是所有保温材料中导热系数最低的。硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温、屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等。我国目前建筑外墙的能源效率仅为欧美水平的１８％，单位建筑面积采暖能耗为欧美水平的３倍。聚氨酯硬泡板材作 为保温隔热材料拥有广阔的市场前景。
本文通过 Ｆｏａｍａｔ曲线仪优化了连续板材用聚氨酯硬泡的配方，实现了聚氨酯硬泡保温板的工业化生产。
1 实验部分
１．１ 主要原料
聚醚元醇 Ｒ２４７０Ｍ，万华化学（宁 波）容威聚氨酯有限公司；聚酯多元醇 ＰＳ３１５２、ＰＳ３４５，斯泰潘（南 京）化学有限公司；ＰＭ２００，万华化学股份有限公司。以上原料以及催化剂、匀泡剂、发泡剂、阻燃剂等均为工业品。
１．２ 主要仪器
热导率仪，ＨＣ－０７４－２００型，美国 ＬａｓｅｒＣｏｍｐ公 司；发泡 曲线仪，ＧｅｒｍａｎｙＧｍｂＨ ＣＭＴ；万能试验机，４２０４型，深圳市新三思计量技术有限公司；氧指数测定仪，ＪＦ－３型，南京江宁分析仪器厂。
１．３ 泡沫塑料的制备
将泡沫稳定剂 （１ 份 ～２ 份）、催化剂 （５ 份 ～ ９份）、多元醇 （８０ 份 ～１２０ 份）、阻燃剂 （３０ 份 ～ ５０份）和发泡剂（１０份～２５份）按比例调制成组合聚醚，与 ＰＭ２００（２４０份～３６０份）混合，立 即高速搅拌 （４０００ｒ／ｍｉｎ）２ｓ～６ｓ，将混合料快速注入４０ ℃的 ３０ｃｍ×３０ｃｍ×１０ｃｍ 钢模中，详细记录发泡数据。固化反应３０ｍｉｎ后脱模，室温下熟化４８ｈ后，测定产品性能。
2 结果与讨论
２．１ 催化剂对发泡曲线的影响
在硬泡板材的连续生产中，泡沫在腔体内匀细程度、闭孔率高低等因素，对板材的保温性能有很大影响，而这些因素与催化剂有很大关系。只有恰当地匹配催化剂，使发泡体系中各种反应速度达到平衡，才能有效提高体系流动性，改善泡沫性能。在基础配方基础上，分别加入１．２ｇＰＣ－８或１．２ｇＰＣ－４１ 进行实验，Ｆｏａｍａｔ曲线见图１。
可见，使用 ＰＣ－４１催化剂泡沫起发上升速率最快，达到２．５ｍｍ／ｓ，后期三聚速率达到３．５ｍｍ／ｓ；使用 ＰＣ－８催化剂泡沫起发更快，泡沫上升速率最快能达到５ ｍｍ／ｓ，后期三聚速率达到２．８ ｍｍ／ｓ，故 ＰＣ－４１对三聚反应作用更大些，而ＰＣ－８对前期发泡反应的作用更大。
２．２ 发泡剂对发泡曲线的影响
发泡剂不仅可以调整和控制泡沫制品的密度和性能，还能降低组合聚醚的黏 度，提高泡沫的流动性，有利于泡沫成型。发泡剂用ＨＣＦＣ－２２ 代替 ＨＣＦＣ－１４１Ｂ，其他条件不变，Ｆｏａｍａｔ曲线见图２。
从图 ２ 可 知，ＨＣＦＣ－２２ 发泡剂的发泡曲线更 长，乳白时间快，三聚峰出现晚。原因为，一方面， ＨＣＦＣ－２２沸点（－４０．５ ℃）比１４１Ｂ沸点（３２ ℃）低， 气化快，前期起发更快；另一方面，ＨＣＦＣ－２２三聚峰 拖后因为其气化吸收热量，导致温度下降，后期三聚时间延长，对板材的生产是不利，会导致板材熟化不好，容易产生变形。１４１Ｂ气化吸热比 ＨＣＦＣ－２２少， 发泡料升温快，能够更早达到三聚温度，故１４１Ｂ三聚峰出峰早。
２．３ 聚醚组分对发泡曲线的影响
发泡曲线仪能够描述泡沫增长速率以及增长高度随时间的变化、泡沫拉丝时的高度占泡沫整体高度的比例等数据。比较了５种组合聚醚的发泡曲线如图３所示。
从图３可知，物料高度随时间的变化曲线形状基本一致，但斜率不同。物料增长速度－时间曲线变化很大，１、２曲 线 是 一 个 峰，３、４与５曲 线 都 是两个峰。如果只有一个三角形峰，底边越大两腰越平缓， 则物料的增长速度变化越平缓，越容易调整工艺；如果是两个峰，那么面积与位置越接近，物料变化越平缓，越容易调整工艺，由图３可知，５和３聚醚表现较好。
用乳白时间到纤维时间的间隔长短可以衡量发泡流动性的优劣，间隔长意味着物料有足够时间充满模腔，泡沫均匀，密度变化小。通常以纤维时间到不粘时间的间隔长短来衡量固化速度的快慢，间隔短意味着固化反应快，脱模时间可相应缩短。依据间隔时间，２和３聚醚表现最好。综合评价，３聚醚效果最好。
２．４ 连续板材用聚氨酯硬泡配方的优化
除了上述催化剂、发泡剂、聚醚体系影响发泡效 果外，有机硅油助剂也是影响泡沫平整度、均匀度的重要因素。硅油可以控制泡孔的大小及均匀性，使泡孔 壁具有弹性，防止泡沫崩塌。本研究选择Ｌ６９５０有机硅匀泡剂。
综上所述，选择 ＰＣ－８、ＨＣＦＣ－１４１Ｂ、３聚醚体系，在此配方下制备的连续板材用聚氨酯硬泡导热系数０．０２１ Ｗ／ｍ．ｋ（２５ ℃）、密 度４５．２１ｋｇ／ｍ３、抗压强度２６９．７０ＫＰａ、氧指数３０．２％、尺寸稳定性［０． ３８％（７０ ℃，４８ｈ），０．３２％（－３０ ℃，４８ｈ）］。根据氧指数判断板材达到 Ｂ１等级（难燃级），板材综合性能优异。
3 结 论
利用 Ｆｏａｍａｔ曲线仪研究了催化剂、发泡剂、聚醚等对连续板材用聚氨酯硬泡发泡曲线的影响，结果表明，ＰＣ－８、ＨＣＦＣ－１４１Ｂ、３聚醚表现更佳。聚氨酯硬泡板材达到Ｂ１等级，综合性能优异，可以工业化大规模生产。
