全水型组合聚醚在热水器中的应用
李心强 13774398705
摘 要：探讨影响应用于太阳能热水器发泡的全水型泡沫性能的相关因素，所研制的全水型聚氨酯硬泡组合聚醚产品具备良好流动性、良好的尺寸稳定性、优异的粘接性能和较低的导热系数，可以完全满足太阳能热水器发泡要求，市场前景广阔。
关键词：全水发泡；聚氨酯；硬质泡沫塑料；太阳能热水器
硬质聚氨酯泡沫以其优异的性能广泛应用于保温、制冷、建筑等行业，但随着其应用的广泛的拓展，其对环境的负面影响给人们敲响了警钟。其所使用的氟里昂（CFCs）等消耗大气臭氧层物质对大气臭氧层的破坏，导致紫外线照射增强并威胁到人类及其他地球生物的生存，是目前人类面临的最为严重的环境问题之一。从2006年开始，保护臭氧层行动进入履约关键期。按照《蒙特利尔协议修正案》及国家CFC替代计划，我们面临着主要消耗臭氧层物质到2005年削减50％、到2007年削减85％、到2010年削减到零这一目标的挑战，为此我们开发了应用于太阳能热水器发泡的全水型硬泡组合聚醚。
聚氨酯泡沫行业废除CFC-11，对不同的泡沫采取的不同的办法。主要的替代物有：HCFC(氢氯氟烃)、HFC(氢氟烃)、HC(烷烃)、液态CO2或水。在CFC替代过程中，现广泛采用ODP 值为零的发泡剂如环戊烷（或环/异戊烷）和过渡替代的发泡剂HCFC-141B，但综合物理性能、发泡工艺、价格和环保等因素，适合我国太阳能热水器发泡现状最环保产品应是水发泡。
水发泡为完全环保的产品，从水发泡体系泡沫物性、体系各组分的相容性、稳定性、发泡加工工艺特性等方面入手，对聚醚多元醇、匀泡剂、催化剂等原料体系进行适当的改善，使配方体系达到优化，可以完全满足太阳能发泡的产品的使用要求和工艺要求，工艺操作比较方便，无需对CFC-11发泡设备进行改造，并在太阳热水器生产中取得了一定的应用效果。
1.实验
1.1 主要原材料
聚醚多元醇A（山东东大）、聚醚多元醇B（山东东大）、聚醚多元醇C（进口）泡沫稳定剂(德国进口)、主催化剂（美国进口）、复合催化剂（自配）、去离子水、多异氰酸酯（德国）
1.2 .基本配方
A 组分
原料名称 质量份数
聚醚多元醇A 60
聚醚多元醇B 30
聚醚多元醇C 10
去离子水 3.5
匀泡剂 2.5－3
主催化剂 2.5－3.0
辅助催化剂 1.0
B组分
多异氰酸酯 指数1.05
1.3 主要设备与仪器
150L组合混拌釜；微量水份分析仪；秒表；旋转式粘度计；恒温水浴箱；烘箱、冷冻箱、电动搅拌器，高压发泡机。
1.4 手工发泡
将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水等混合均匀，为A组分；多异氰酸酯为B组分。发泡时，调节A料、B料及模具的温度至20±0.5℃，按配方称取A、B料，转速2000r/min，搅拌6s，立即倒入模具使其自由发泡，依次测定乳白、纤维、脱粘时间，待24小时泡沫完全熟化后测定相关性能。
1.5机器发泡
将A组分（全水型组合聚醚）加入发泡机的POL料液储罐，将B组分（多异氰酸酯）加入发泡机的ISO料液储罐；调整发泡机的物料温度 POL:30℃ISO25℃,调整流量与料比，计算好20支真空管太阳能的发泡注料量，浇注，发泡完毕后，10min脱模，将太阳能转移至熟化室（40-50℃），熟化12h。熟化后，取模塑泡，在-20℃环境中冷冻24h.观察到太阳能热水器表观平整。
2、结果与讨论
2.1 全水型组合聚醚物理性能、反应性能，如表1、表2。
表1组合聚醚物理性能
物理性能 指 标 |
外 观 羟值 mgKOH/g 动力粘度（mPas，25℃） 密 度 （g/m3，20℃） 贮藏温度 ℃ 贮存期 个月 | 淡黄色透明粘稠液体 310±50 950±50 1.04±0.05 15-25 ≥12 |
表2组合聚醚反应性能
反应性能 手工发泡 低压机发泡 高压发泡机 |
乳白时间（s） 10-15 8-12 7-10 纤维时间（s） 60-70 25-45 55-65 脱粘时间（s） 100-120 50-70 70-90 自由泡密度（kg/m3） 35－37 34-36 34-36 |
注:组合聚醚、异氰酸酯料温均为25℃
2．2 全水泡沫性能，如表3
表3 全水泡沫性能
检验项目 单 位 指 标 |
表观芯密度 kg/m3 45－50 压缩强度 kPa ≥150 导热系数 W/m.k ≤0.027 闭孔率 % ≥90 尺寸稳定性 （100℃ 24h） % ≤1.5 （-20℃ 24h） % ≤1.0 |
2.3全水型泡沫性能的影响因素
全水型泡沫要达到同HCFC-141B或环戊烷的使用效果，在原料的选择上需要谨慎。全水发泡由于其泡孔中的成分为CO2，其从泡孔内向外扩散的速度大于空气向内扩散的速度，因此在聚醚的选择上应选择骨架强度好的聚醚多元醇A和交联度好的聚醚多元醇B，以达到好的尺寸稳定性；全水发泡由于缺少发泡剂做稀释，因此为了保证好的泡沫混合效果，达到比较好的尺寸稳定性，应选择粘度较低的聚醚多元醇；还应选择降低泡沫脆性的聚醚多元醇C；另外为了达到好的流动性和降低泡沫的导热系数，应选择合适的催化剂和泡沫稳定剂，为此我们选择了德国进口的泡沫稳定剂，和美国进口的主催化剂，自配辅助催化剂。
2.4全水型太阳能热水器发泡工艺推荐
根据国内目前的现状，从组合聚醚的工艺性能和泡沫性能两方面考虑，我们认为太阳热水器的发泡工艺应具备以下条件：
2.4.1、温度控制
环境温度：以15-35℃为宜；
A、B料温度：高压发泡机30±2℃，低压机40±5℃。聚氨酯发泡时，A料和B料在发泡机混合室内停留的时间是很短的，一般只有几分之一至几秒，适当的调高温度是保证混合效果的一个很重要的因素。黑料和白料混合均匀，泡沫的泡孔细密、导热系数低、保温效果好；
模具温度应控制在40±5℃，加速泡沫熟化，降低泡沫收缩率；
2.4.2、模具控制
发泡过程中，如何保持水箱外桶不变形、内桶不偏心是个重点，模具是一个很重要的因素。聚氨酯在发泡过程中产生的压力为1.0-2.0Kg/cm2，水箱在承受发泡压力时，易发生变形，这需要有内外模具来承载压力，模具应具备足够的强度。根据太阳能热水器构造的实际情况，可向内桶充入压缩空气使内桶承载一定的压力。
2.4.3、模压填充
解决泡沫收缩问题的最佳方案应是采用模压泡填充，将目前普遍采用的多次浇注改为一次浇注过量填充，过填充率一般为10－15%，确保在泡沫凝胶之前填满，消除凝胶之后形成的不良泡沫。
2.4.4、开模时间
温度是影响太阳能热水器开模和管口好坏的重要因素。温度包括环境温度和模具温度。温度高，开模时间短。太阳能热水器发泡后一般10分钟左右脱模，在实际生产过程可根据温度、过填充量、保温层厚度适当延长或缩短开模时间。
2.4.5、熟化
仿效冰箱冰柜的做法，发泡料浇注后，将桶体移到40-60℃的加热烘道中，在较高的环境温度下快速完成熟化过程，促使泡沫结构稳定减少收缩发生的机会。或者建立太阳能熟化区，开模后的桶体在温度40℃左右的环境中进行熟化12小时以上。
3、结束语
通过合理的选取原材料调整配方，在多家太阳能厂家低压和高压发泡试验及批量生产证明，我公司生产的全水型组合聚醚具有优异的工艺性能，极佳的制品性能，完全可以在我国太阳热水器行业中推广使用。
参考文献
1 方俞声，朱吕民等. 聚氨酯泡沫塑料 ，249~278
2 李绍雄，刘益军.聚氨酯树脂及其应用,183~190
3 徐培林，张淑琴 聚氨酯材料手册93~120
