软质聚氨酯块泡配方主要用原料有聚醚多元醇( PPG 、三元羟值 56 )、异氰酸酯( TDI 80/20 )、水( H 2 O )、氟里昂( F 11 )、硅油( L 580 )、辛酸亚锡( T-9 )、和胺( A 33 ) 由于市场格不一样 ,所以只能参照其方法
软质聚氨酯块泡配方主要用原料有聚醚多元醇( PPG 、三元羟值 56 )、异氰酸酯( TDI 80/20 )、水( H 2 O )、氟里昂( F 11 )、硅油( L 580 )、辛酸亚锡( T-9 )、和胺( A 33 )。市场原材料单价为: PPG=8 元 /kg , TDI=12 元 /kg , F 11 =7 元 /kg , T-9=30 元 /kg , A 33 =30 元 /kg 。计算块泡原材料成本列表如下:
块泡密度(kg/M3) 12 16 20 24 30 36 | PPG(kg/t pu) 617 645 662 676 714 746 | H2O(kg/t pu) 32 30 28 28 24 20 | F11(kg/t pu) 185 97 40 - - - | L580(kg/t pu) 14 12 11 10 9.3 9 | T-9(kg/t pu) 2.1 2 1.6 1.5 1.4 1.5 | A33(kg/t pu) 2 2 2 2 2.4 2.6 | TDI 80/20(kg/t pu) 414 387 364 351 307 269 | 原料成本(元/t pu) 11812 11023 10437 10075 9836 9634 | 原料成本(元/M3 pu) 142 176 209 242 295 347 |
配方(重量份) 无填料 无机填料 有机填料 | PPG(OHV=56) 100 100 60(高活性) | POP 36/28 - - 40 | H2O 3.3 3.18 3.9 | L580 0.8 0.9 1.5 | T-9 0.25 0.25 - | A33 0.12 0.12 0.34 | 1,4丁二醇 - 0.25 - | 硅酸盐粉 - 15 - | TDI 80/20 44.7 42 49.5MDI 20% |
密度Kg/M3 30 30 31 | 拉伸强度KPa 109 98 108 | 伸长率% 219 214 268 | 压缩永久变形% - 1.3 2.6 | 回弹性% 45 50 65 | PU重 141 154 146 | 原材料成本 元/t pu 9755 8799 10186 | 原材料成本 元/M3 Pu 293 264 316 |
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上表数据说明加15份硅酸盐粉无机填料,不增加异氰酸酯指数,加入交联剂使同密度泡沫原材料成本下降10%。加入POP 36/28(总固含量24%),使混合醚总固含量9.6%,同密度泡沫原材料成本上升7.8%,泡沫的回弹性由45%升至65%,伸长率由219%增加至268%,压陷负荷(65%N)由120增加到136,使用性能大大的改善。
因此有一定限量的填料加入配方,调整配方的合理性可以达到改进性能降低成本的目的。接枝聚醚多元醇(POP)同聚醚混用,混醚中总固含量5-10%时,软泡聚氨酯原料成本变化不大,可产品的回弹性、承载性高,有较高的使用价值和经济效益。
鉴于前述三条降低软质块泡原料成本的途径,聚醚多元醇生产厂家将推出总固体含量5-12%,环氧乙烷7.8%,羟值56mg KOH/g,平均分子量3000的三官能度的低接枝量聚合物多元醇。软质块泡生产厂家将不断研制其他填料配比适用性强的聚氨酯产品,以优质低价占领市场。
配方(重量份) 1 2 3 4 | PPG(OHV=56) 100 100 100 100 | A33 0.2 0.2 0.25 0.38 | T-9 0.18 0.2 0.2 0.33 | L580 1 1.15 1.2 2.2 | H20 2.9 3.0 3.2 3.7 | Mc - - - 2 | TDI指数 110 113 118 125 | 填料(重晶石粉) 0 15 30 100 |
密度Kg/M3 31 31.1 29.8 35.3 | 乳白时间 S 10 11 14 12 | 脱泡时间 130 133 138 138 | 拉伸强度KPa 123.4 111.2 87.3 64.7 | 伸长率% 220 214 145 118.2 | 回弹率% 47 45 46 37.7 | 撕裂强度N/cm 3.9 3.4 2.7 1.8 | 压缩永久变形% 6 4 6 8 | 50%压陷负荷N/cm2 0.38 0.44 0.5 0.69 |
上述四组试验数据,用市场原材料价计算出块泡成本列表如下:
块泡密度Kg/M3 31 31.1 29.8 35.3 | PPG Kg/t pu 727 646 575 395 | H2O Kg/t pu 21 19.4 18.4 14.6 | Mc Kg/t pu - - - 7.9 | L580 Kg/t pu 7.27 7.43 6.9 8.7 | T-9 Kg/t pu 1.31 1.3 1.15 1.3 | A33 Kg/t pu 1.45 1.3 1.44 1.5 | TDI 80/20 Kg/t pu 404 426 468 556 | 重晶石粉 Kg/t pu 0 96.9 172.6 395 | 原料成本 元/t pu 11001 10667 10622 10450 | 原料成本 元/M3 pu 341 332 317 369 | 耗原料总量 Kg/t pu
1162 1198 1243 1380 |
通过表中成本比较,不难看出原料成本变化的趋势。各生产厂家不断谋求低成本适用性强的软质聚氨酯配方,一般通过三种途径:
1 、选用抗氧化温度高的聚醚多元醇。因聚醚多元醇配用的抗氧剂种类和浓度不同,其抗氧化温度一般在 150度至 190度之间变化,泡沫密度取决于发泡指数,在相同发泡指数时,发泡剂水和物理发泡剂不同的比例可以调节发泡温度。物理发泡剂在反应中全部汽化排入大气,所以在发泡温升允许的前提下,少用物理发泡剂。若我们选用抗氧化温度高的聚醚多元醇,发泡密度小于 20kg/M 3 情况下可酌情减少氟里昂,增加水,使发泡指数不变。每少加氟里昂 10kg ,就多加水 1kg ,多耗异氰酸酯 9.67kg, 多产出双代脲 8.22kg (在聚氨酯中)。 10kg 氟里计价 70 元 , 9.67kg 异氰 酸酯计价 116 元,产出聚氨酯 8.22kg 消耗原材料计价 46 元,计算聚氨酯成本为 5600 元 /t pu ,减氟增水使成本下降。水与异氰酸酯反应生成双代脲,若异氰酸酯指数大于 100 情况下,双代脲进一步反应生成缩二脲,明显提高聚氨酯硬度。
2 、调整异氰酸酯指数提高同密度下聚氨酯硬度。聚醚多元醇与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯(聚氨酯)、水与异氰酸酯反应生成双代脲,这两项完全反应消耗异氰酸酯为理论用量。生产中实际异氰酸酯用量与理论用量之比叫异氰酸酯指数,该指数调整范围从 100 到 120 之间。一般规律,发泡密度低,指数大,在同一密度下,提高指数泡沫硬度增加,后熟化中温升高,增加了烧芯的危险性。为了提高同密度泡沫的硬度,生产厂家仍采用较高的异氰酸酯指数的配方,这种做法对聚氨酯成本的影响分析如下:在用水作发泡剂的聚氨酯发泡中,异氰酸酯指数为 100 时, 1 份水消耗异氰酸酯 9.67 份,生成 1.44 份二氧化碳和投入的 1 份水,共损失 2.44 份重量,只能生成 8.22 份聚氨酯产品,每公斤异氰酸酯可生成 0.85 公斤聚氨酯,其效益平衡点为 Pu 单价 /TDI 单价 =9.67/8.22=1.176 。当 Pu 单价大于 1.176 倍的 TDI 单价时,提高异氰酸酯指数,增加硬度是经济的。当指数大于 100 以上,多加的异氰酸酯在较高温度下,与双代脲生成缩二脲,与氨基甲酸酯生成脲基甲酸酯,一般反应速度慢,块泡在后熟化过程中吸收空气中的水,水与余量的异氰酸酯生成双代脲反应速度快,只有长时间的熟化,并且有游离态的异氰酸酯存在,维持较高的温度方能进行缩二脲和脲基甲酸酯二级反应。在二级反应中消耗的异氰酸酯全部进入产品, 此时,效益平衡点为 pu 单价 /TDI 单价 =1 。综上述分析,我们认为 PU 单价大于 1.176 倍的 TDI 单价是提高异氰酸酯指数,增加硬度的经济性分析的要点。
软质全水发泡聚氨酯配方中异氰酸酯指数为 95 - 103 之间,具有较高的硬度。
下面列出发泡密度为 16kg/M 3 ,不同配方聚氨酯的硬度测试数据:
密度kg/M3 H2O F11 PPG牌号 TDI指数 压陷硬度 25%N 65%N | 16.3 3.8 18.1 5613 103 62.3 115.6 | 16.3 3.6 22 3010 105 32 86 | 16 3.8 20 3010 105 50 58 | 16 4.8 12 3010 108 80 125 | 16.8 5.4 3 5613 111 151 311 |
从表中数据说明在相同密度下的配方,随着水量的增加异氰酸酯指数的增加,聚氨酯制品的压陷硬度明显升高。就目前异氰酸酯市场价而论,近半年中,从18000元/t 降至11000元/t。而软质块泡市场价降幅小,所以生产厂家应提高聚醚多元醇的抗氧化温度,选用2,6二叔丁基四甲基苯酚、吩噻嗪、异丁基苯基二胺。4,4`二叔辛基二苯胺复合型抗氧剂,浓度1500-3000ppm。发泡配方中在不烧芯的前提下多用水,尽量少用或不用物理发泡剂,提高异氰酸酯指数获得低密度硬度好的聚氨酯块泡,降低原材料成本,提高经济效益。
3、在聚氨酯配方中加入填料,改善软泡压缩负荷性能,降低生产成本是国内软泡生产厂家已普遍采用的方法之一。据估计国内每年26万吨软泡产品中有20%的产品加有不同程度和不同种类的填料。据德国《聚氨酯手册》介绍,常用的无机填料有重晶石粉、碳酸盐、硅酸盐、玻璃纤维,水合氢氧化铝、硅胶、炭黑和矿渣粉,常用的有机填料有接枝聚醚多元醇、废聚氨酯碎料、天然纤维、玉米谷壳、木草果壳和煤粉。低价填料的采用不仅改善软泡的压陷硬度,降低产品成本,而且减少发泡体的收缩性。