聚氨酯硬质泡沫是以
异氰酸酯和
聚醚为主要原料,在
发泡剂、催化剂、
阻燃剂等多种助剂的作用下,通过
专用设备混合,经高压喷涂
现场发泡而成的
高分子聚合物。 聚氨酯泡有软泡和
硬泡两种。软泡为开
孔结构, 硬泡为闭孔结构;软泡又分为
结皮和不结皮两种。
产品类型
泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一,它的主要特征是多孔性,因而
相对密度小,
比强度高。根据所用的原料不同和配方变化,可制成软质、半硬质和
硬质聚氨酯泡沫塑料等几种;若按所用的多元醇品种分类又可分为聚酯型,聚醚型和
蓖麻油型
聚氨酯泡沫塑料等;若按发泡方法分类又有块状、模塑和
喷涂聚氨酯泡沫塑料等类型。
聚氨酯泡沫塑料
应用范围十分广泛,几乎渗透到
国民经济各部门,特别在家具、床具、运输、冷藏、建筑、绝热等部门使用得十分普遍,已成为不可缺少的材料之一。成为塑料中应用范围最广的品种之一。
聚氨酯软泡主要应用于家具、床具及其他家用品,如沙发和座椅、靠背垫,床垫和枕头;
聚氨酯硬泡主要用于绝热保温,冷藏冷冻设备及冷库,绝热
板材,墙体保温,
管道保温,储罐的绝热,
单组分泡沫
填缝材料等。
用途
1. 高效节能,填充后无缝隙,固化后粘结强固。
2. 防震抗压,固化后不开裂,不腐化,不脱落。
3. 具有超低温热传导率,耐热保温。
4. 高效绝缘,隔音,固化后防水防潮。
5. 本
填缝剂可粘附在混凝土,涂层,墙体,木材及塑料表面。
应用范围
1. 密封固定木质,
塑钢,
铝合金及其他金属门窗框。
3. 填充砖石建筑的空洞;填补船体的空隙。
5. 造景园艺:插花,园艺造景、布景,轻便美观。
8. 冷藏空调:冷库、空调机周边的填缝、密封保温。
使用说明
(a) 清除施工表面污物、油脂,并用少许水份湿润待填充部位。
(b) 在5℃-40℃温度范围内使用,若在寒冷季节施工,建议将罐体在30℃的环境中预热。
(c) 使用前用力摇动1分钟以上。
(d) 摘下护盖,旋上专用施工枪,倒置罐体,慢慢按动枪柄,出料正常即可施工。施工时罐体处于倒置状态。
(e) 施工完即用清洗剂除去枪嘴和阀门上的
残留物,以免固化堵塞。
(f) 20-30分钟表干,
24小时内形成弹性填充结构。
(g) 成型
填充物可切割、打磨、喷涂,本品不耐
紫外线,建议进一步涂装。
注意事项
(a) 将料罐放在儿童触及不到的地方。
(b) 禁止刺穿、燃烧料罐及空罐,施工时远离火源和热源。
(c) 运输、保管过程中严禁明火,避免撞击和日光曝晒,罐体温度不得超过45℃。
(d) 施工时需戴好防护
目镜和手套并保证通风良好。
(e) 如果泡沫触及眼睛或皮肤,请立即用大量水冲洗,必要时请就医。
(f) 不可倒置,
正常状态下罐体处于压力状态,处置不当会有爆裂危险。
(g) 本品含有
异氰酸酯成份,未
固化泡沫具有刺激性。
事故实例
上海“11·15”特别重大
火灾事故已经夺去了53条鲜活的生命。尽管事故是由无证
电焊工违章操作引起的,但已查明,真正的幕后杀手却是这些尼龙织网、
毛竹片、聚氨酯泡沫。
对于聚氨酯泡沫,国际上是否作为不可或缺的
建筑装饰材料,想必相关部门是清楚的。事实上,国内一些建筑装饰企业看重的是它的优势,比如与
同类产品相比,装饰效果比较好,粘结强、防震抗压、具有
超低温热传导率、隔音等,因而在建筑装饰中大量被使用。正因为有这样的优势,相比几次亡人的火灾,自然不会给整个建筑装饰市场太大的冲击。
对于聚氨酯泡沫的控制,依然停留在人口密集的公共场所。不少地方也出台了相关规定,深圳就出台了《关于禁止公众聚集场所使用聚氨酯泡沫材料装修、装饰的公告》,并对公共场所落实检查整改。而至于建筑的
外立面使用聚氨酯泡沫,似乎还未引起相关部门的警惕。从上海“11·15”火灾案来看,控制聚氨酯泡沫的使用,显然不能仅停留在人员密集的娱乐场所、商场、超市等公共场所,对于人口密集的企业用房、高层居民住宅的外立面包括
室内装修同样需要控制,并且有必要规定或采取强制的措施。
针对上海“11·15”
重大火灾,有关专家呼吁,应从更大层面上尽快出台规定,比如
建筑工地脚手架必须用难燃和不燃材料搭建,杜绝聚氨酯泡沫用于
外墙保温和室内装修,必须用难燃的物质代替。这关乎整个建筑
装饰材料行业的利益,况且在当前轰轰烈烈的城市化建设、旺盛的
市场需求情况下,必然会动一发牵全身,必定会有一番激烈的博弈。在这样的背景下,叫停聚氨酯泡沫,似乎难度相当大。
事实上,不仅是聚氨酯泡沫,国内的建筑装饰材料可谓琳琅满目,难免鱼目混珠。由此,在关乎人命,基于对生命的尊重下,确实需要相关部门对建筑装饰材料疏理一番,或权威发布,让公众明晰发生火灾时,哪些有毒甚至剧毒,哪些安全性比较高,让公众理性选择,这同样也是防患于未然。
火灾防范是一个
系统工程,完备的防火设施、人们的防火意识、快速的
应急救援机制,都能最大限度地减少火灾的发生或降低危害,但最大程度上控制或叫停使用诸如夺命的聚氨酯泡沫等剧毒材料,也须纳入防火系统工程范畴。同样,对于
房屋建筑如何防火,发生火灾时如何利于救援,都需要从科学的角度进行考量,也就是从源头上堵塞漏洞,减少悲剧的发生。
废旧产生回收
软质泡沫的回收利用技术可分为两大类,一是
物理法,二是
化学法。物理法回收技术是采用粘结加压成型、作填料、挤出成型等办法,对泡沫塑料进行回收再利用的一种方法,该方法简单易行,也比较成熟,但回收来的泡沫适合作
低档产品,而且老化淘汰的更快。化学法回收
技术工艺相对复杂,工业化成熟较晚,直到新的降解方法仍不断出现,但最终回收物制得的泡沫性能较好。
物理回收法
(1)粘结加压成型
这种方法是通过粉粹机把
聚氨酯软质泡沫粉粹成3—10毫米的碎料,放入带有
搅拌器的容器里,喷洒反应型、单组份湿固化型
多苯基多亚甲基多异氰酸酯类
粘合剂,粘合剂用量约为废旧料质量的5%-10%,混合均匀后,将喷上胶液的泡沫放入模具中
模塑,按适当的
压缩比,
室温固化12小时,或150℃下保持40分钟,即得成品。得到的回收泡沫可用作包装、汽车衬里、地毯被衬、支撑物等低档部件。
粘结加压成型回收聚氨酯泡沫,是所有回收方法中最简单也是最成熟的一种方法,它工艺简单、投资少,适合中小企业应用。据报道,仅美国每年就有20万吨以上的软质泡沫废料粉碎后粘结成再生泡沫。欧洲也多由块状
软质泡沫塑料生产中的
边角料及旧汽车、沙发、床、座椅的
软垫泡沫生产再粘结泡沫制品。
ICI聚氨酯公司用废旧
汽车坐垫生产地毯被衬。1997年日本
丰田汽车公司用回收的旧汽车椅垫泡沫再粉碎粘结后用作
隔音材料。
这种
粘接加压成型回收来的再生品
拉伸强度、抗撕裂性、
断裂伸长率下降较大,而硬度有所增加,此外由于得到的回收品
表面光洁度较差,因此只适用于拉伸性能和表面性能要求不高的领域。
(2)作填料
软质聚氨酯废旧泡沫经过筛选、清洗彻底清除可能含有的金属杂质后,将其粉碎成粒径为3mm左右的粒子,再在低温下或采用两辊研磨室温
粉碎机将粒子再粉碎成180-300?滋m的粉末,然后再把粉末作为填料加入到新的软质泡沫组合料中去。这样不但回收了废旧的
泡沫塑料,而且还降低了新制品的成本,在经济和技术上都具有可行性,很适合软泡生产厂在厂内的废料自我消化
对加入填料的
多元醇,首先需要考虑的问题是其流动性,粘度增加主要与回收物添加的比例以及微细研磨的粒子的特性、粒径有关。然后还要考虑它对制品性能的影响。
研究表明,当回收物加入量不超过10%时,制得的软泡的物性与常规的泡沫相比差别很小,与回收物粒径的关系也不大。但随回收物加入量以及粒径的增加会使多元醇的粘度急剧增加,可能导致
发泡机混合头混合困难、混合压力过高、组合料注射入模具时不流畅等问题,为此采用这种方法回收聚氨酯废旧泡必须对
发泡设备进行改进。
挤出成型是利用
热力学作用把软质聚氨酯泡沫内的分子链变成中等长度链,将泡沫材料转变成软
塑性材料。这种材料适合做强度高,硬度高,但对拉伸、断裂伸长率要求不高的塑料品,具体做法就是将泡沫粉碎成粉末,掺混到
热塑性聚氨酯中,在挤出成型机中造粒,采用
注射成型方法制造鞋底等制品,德国
Bayer公司曾做过这方面的研究。这种方法适合回收的废旧品很有限,不适合大规模的回收。
化学回收法
聚氨酯是由含
异氰酸酯基-
NCO的化合物如
TDI、
MDI等与含活泼氢的化合物如ROH、RNH2,通过
聚合反应得到的,
聚合物中含有
氨基甲酸酯键、脲键等,这个聚合反应的两个重要反应式如下
OCN-R-NCO+HO~~
OH ~~OOCNH-R-NHCOO~~(氨基甲酸酯基)2~~NCO+
H2O~~NHCONH~~(
脲基)+CO2
化学回收就是在一定条件下采用醇解、水解、
碱解、热解的方法把软质聚氨酯泡沫中的氨基甲酸酯基和脲基断裂,分解成多元醇及芳香族胺、
二氧化碳等,然后通过蒸馏等设备,将分解物进行分离,达到回收的目的。
在对软质聚氨酯废料化学回收的研究中,以醇解法最为活跃,并取得了较好的
经济效益和环保效益,是当前重点推广的回收方法。已被研究的醇解方法很多,其中又多以
小分子的
烷基二元醇为主要的醇解剂,在一定比例的醇解剂及助醇解剂如醇胺、
叔胺、
有机金属化合物的作用下,反应
温度控制在150-250℃进行
醇解反应1—5个小时,即可得再生多元醇及芳香族胺的混合物。反应分解历程主要有以下两类:
普通的
聚氨酯材料中主要含有的是氨基甲酸酯特性基团,它在一定条件下遇醇易发生
酯交换反应,从而键断裂生成聚醚醇。反应式如下:
R1—NHCOO~~OH+R2OH
b.脲键基团的分解
在制备软质聚氨酯泡沫体时,原料中多少都会含有水或特意加入水作为发
泡沫剂,水和
异氰酸酯反应,在泡沫体中产生脲键基团,脲键基团也能被醇分解,从而产生含有羟基的氨基甲酸酯和相应的胺。反应式如下:
~~NHCONH~~+HO~~OH■
~~NHCOO~~OH+NH2~~
从上面两种分解历程看,醇
分解剂与助醇解剂的种类和配比的选择是很重要的,它不仅决定了反应温度、时间等工艺条件,同时也决定了醇解产物的性质。使用不同分子量的二元醇作醇解剂;生产的多元醇的分子量也不同,一般来说,高分子的醇解剂生成的多元醇分子量也相应较高,根据对再生多元醇的需要可以选择使用的醇解剂有
乙二醇、丙二醇、
丁二醇、
戊二醇、
一缩二乙二醇、
一缩二丙二醇等。
对于助醇解剂可以选择醇胺、叔胺、
碱金属或
碱土金属的
醋酸盐、
钛酸酯等,助醇剂和醇解剂的有效配伍可以降低
反应速度和温度、缩短
反应时间、提高醇解
反应能力、减少醇解剂的用量、便于回收物的分离和回收
聚醚的精制。在有些工艺分类中,根据醇解剂和助醇解剂的配合又将醇解法分为二醇法、醇胺法、醇涂法(又叫醇碱金属氢氧化物法)、醇磷酸酯法。这几种工艺方法原理相同,功效略有差异,各
工艺特点见表格1。
醇解工艺条件的分类及各工艺特点工艺条件二醇法醇胺法醇涂法醇磷法醇解剂C2~C6的二元醇C2~C6的二元醇
(0~10%) 碱金属
氢氧化物卤代
磷酸酯分解泡沫倍数0.3~1.00.3~1.030~500.3~1.0
分解温度/℃150~200175~25060~160170~250分解时间/h4~83~151~53~5
回收物成分
多胺、多元醇多元醇多胺、多元醇多元醇、
磷酸胺再利用方法与工业掺合使用掺和20%~40%工业聚醚混合使用直接利用发泡直接利用发泡
几种醇解法工艺都比较简单,
设备投资较少,易于操作,相比较而言,醇解法有较大优势,回收产品可直接利用。国外已有多家公司投入工业化回收生产。如日本Soflan公司、
荷兰Terneuzen公司、英国ICI公司和DuVergier公司合资在
伦敦建立的回收能力达3000~5000t/a高质量多元醇的工厂。
(2)水解
水解法就是在碱金属氢氧化物的催化下,在250-340℃温度下,向废旧软泡中通入压力为50—150Kpa的
水蒸气,废旧软泡可分解成胺、多元醇、CO2。降解反应式如下:
R1-NH2+R2OH+CO2
所分解生成的胺和CO2随水蒸气带出,经冷凝后可回收胺类化合物,而醇类化合物则从
裂解器的下部收集。水解温度是回收物产率和质量的保证,有报道称最佳温度为288℃。
由于该方法通入的是高压水蒸气,所以有时也叫水蒸气
裂解法,这种方法的优点是直接得到回收物种类多,回收来的多元醇可以5%的比例制备软质泡沫,与常规相比,密度、拉伸强度和
伸长率均有所提高,只是
撕裂强度有所下降。缺点是水解温度相对较高,所得的胺不能直接用于异氰酸酯的生产,多元醇也很难醇化到需求标准,且费用较高,所以该方法尚未实现工业化。
(3)碱解法
碱解法是以碱金属氢氧化物如
NaOH、LiOH、
KOH、Ca(OH)2中的一种或多种混合物作分解剂,以季胺盐或
硫酸盐作
活化剂,加入盛有粉碎的软质泡沫体的
分解器中,在搅拌下加热至160℃,即开始
分解反应,连续搅拌保温4小时左右,即可获得碱解法产物多元醇、二元
芳香胺和
碳酸钠等。分解反应式如下:R1~~NHCOOR2■
R1~~NCO+R2OH
R1~~NHCONH~~R2■
R1~~NCO+R2OH
R1~~NCO+2NaOH■
R1-NH2+Na2CO3
整个过程包括泡沫体的分解、
甲苯二胺分离回收、
聚醚多元醇的精制回收三部分组成。回收的甲苯二胺纯度可超过98.5%,可直接作为
光气化反应的原料,用以生产异氰酸酯。回收的多元醇也可直接用于制备聚氨酯泡沫体,且性能与常规泡沫很接近。一般经清洗后的1000kg的软泡可以回收550kg左右的多元醇和230kg左右的甲苯二胺,
回收率较高,从环保和经济角度考虑,碱解法都不失为是一种较好的回收方法。但缺点是反应高温强碱的条件下进行,对设备要求高,初期投资较大,工业化较为困难。
软质聚氨酯泡沫塑料的热解有两种方法,一种方法是在
惰性气体氛围或
氧化气氛中及高温250-1200℃下进行裂解,产物为气态和液态混合物。采取这种方法裂解时,产物和温度有关,例如在250-300℃裂解软泡废料,产物为基本等量的异氰酸酯和多元醇,在700-800℃下进行裂解,产物为热解气,油和焦炭,得到的热解气用来作为热解反应的燃料,以节约热解费用