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软泡聚氨酯配方和原材料价格成本分析及节约方法   (2019-1-4 15:28:09)  发表博文

  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 

1.6 
1.5 
1.4 
1.5
A33(kg/t pu) 




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


  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) 



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 

1.15 
1.2 
2.2
H20
2.9 
3.0 
3.2 
3.7
Mc 
- 
- 
- 
TDI指数 
110 
113 
118 
125
填料(重晶石粉) 

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% 



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 

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 

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。

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关键词:原材料 
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