硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種絕熱防腐高分子合成材料，用作防腐保溫保冷層，它導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、強(qiáng)度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學(xué)穩(wěn)定性能好，作為一種絕熱材料，廣泛應(yīng)用于石油、化工、運(yùn)輸、建筑、日常生活等領(lǐng)域，如輸油和輔熱水管道、油庫(kù)、貯罐、冷庫(kù)、空調(diào)、冰箱、集中供熱供汽管道等設(shè)施的保溫保冷。有數(shù)據(jù)顯示，用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫的管道比傳統(tǒng)的管道可減少熱損失35％，節(jié)約了大量能源，減少了維修費(fèi)用。另外，它還具有優(yōu)良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用壽命可達(dá)20～30年以上，使用溫度-190～120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯與聚醚型之分。通常聚酯在強(qiáng)度、耐溫性能等方面較聚醚型為好，但因聚酯原料成本高，所以在應(yīng)用上受到限制。
1．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰溫度下燃燒5 s后離火，在1～2s內(nèi)自熄。耐濃度小于10％的無(wú)機(jī)酸，不耐高濃度的無(wú)機(jī)酸；耐中等濃度的堿液；耐汽油、機(jī)油，耐酮、耐酯，不耐醇。
各種絕熱材料性能對(duì)比見(jiàn)表5—1。
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| 項(xiàng)目 | 聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料 | 聚苯乙烯 | 泡沫玻璃 | 聚氯乙然泡沫 | 軟木 |
| 密度/kg·m-3 | 50 | 50 | 160～190 | 60～70 | 240～250 |
| 導(dǎo)熱系數(shù)/W·(m·K)-1 | 0.023～0.026 | 0.043 | 0.055～0.060 | 0.043 | 0.058 |
| 耐熱度/℃ | +130 | +75 | +400 | +80 | +100 |
| 耐寒度/℃ | -110 | -80 | -270 | -35 | ? |
| 吸水率體積/％ | 0.2 | 0.4 | <0.2 | 0.3 | ? |
| 壓縮強(qiáng)度/MPa | ≥0.2 | 0.18 | >0.5 | 0.18 | ? |
| 自熄性 | 自熄 | 易燃 | 不燃 | 易燃 | 燃燒 |
2． 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料原料的性質(zhì)、規(guī)格與選擇
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是以多元羥基化合物和異氰酸酯為主要原料。在催化劑、發(fā)泡劑的作用下，經(jīng)加成聚合發(fā)泡而成。主要反應(yīng)力異氰酸酯與多元羥基化合物中的羥基反應(yīng)生成聚氨酯。催化劑主要有叔胺和有機(jī)錫等。發(fā)袍反應(yīng)為異氰酸酯與水反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w和脲。反應(yīng)產(chǎn)物脲及叔胺等物對(duì)此反應(yīng)有催化作用。反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被用來(lái)發(fā)泡。但水發(fā)泡的最大缺點(diǎn)是耗費(fèi)昂貴的異氰酸酯。也常用低沸點(diǎn)氟氯烷化合物(即F-113等)，利用聚合過(guò)程中的反應(yīng)熱汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，發(fā)泡劑用量可根據(jù)所需泡沫體密度來(lái)決定。
(1)聚酯。硬質(zhì)泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羥值通常控制在300～500之間。456聚酯指標(biāo)如下。
(2)Ⅲ型阻火聚醚：是三羥基含磷含氯阻火聚醚。由于分子結(jié)構(gòu)中引入了磷、氯，產(chǎn)品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表5—2。
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| 指標(biāo)名稱 | 一級(jí)品 | 二級(jí)品 |
| 外觀 | 黃色透明稠狀液體 | 黃色透明稠狀液體 |
| 羥值(KOH)/mg·g-1 | 500±20 | 485±35 |
| 酸值(KOH)/mg·g-1 | ≤5 | ≤5 |
| 含磷量/％ | ≥3.9 | ≥3.5 |
| 水分/％ | ≤0.2 | ≤0.4 |
(3)交聯(lián)劑N-403乙二胺聚醚。化學(xué)名爾四(聚乙—羥丙基)乙二胺。其質(zhì)量指標(biāo)如下。
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| 外觀 | 淡黃色至棕色透明黏稠液體 | 水分/％ | ≤0.2 |
| 羥值(KOH)/mg·g-1 | 770±35 | ? | ? |
此交聯(lián)劑可代替部分有機(jī)胺催化劑，又可代替其他羥基聚醚。它有增進(jìn)分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，改進(jìn)泡沫固化速度，減少泡沫塑料脆性的作用。
(4)阻火劑TCER。是β-三氯乙基磷酸酯，其質(zhì)量指標(biāo)如下；
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| 外觀 | 無(wú)色至黃色透明液體 | 酸值(KOH)/mg·g-1 | ≤1.0 |
| 相對(duì)密度(15～20) | 1.410～1.430 | 水分/％ | ≤0.3 |
此阻火劑溶于醇、酮，酯、芳烴、氯仿以及四氯化碳，不溶于脂肪族烴。由于分子中含磷、氯，阻燃作用較顯著。主要作為添加型阻燃劑，除增加塑料具有自熄性外，還有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工時(shí)還可降低黏度，便于施工。
(5)多異氰酸酯PAPIR-NCO。其質(zhì)量指標(biāo)如下。
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| 酸值/％ | <0.3 | -NCO含量/％ | >29 |
| 水解氯含量/％ | <0.5 | 黏度(25)/mPa·s | <1000 |
多異氰酸酯PAPIR—NCO可延緩塑料反應(yīng)膠凝時(shí)間和發(fā)泡時(shí)間，有利于一步法泡沫模制。對(duì)提高塑料的耐熱性、強(qiáng)皮、耐濕性有很大好處。
(6)硅油。是一種表面活性劑，也是一種發(fā)泡穩(wěn)定劑。它是一種有機(jī)硅大分子化合物，在組分中仗幾種物質(zhì)均勻互混，作為親水的聚酯和疏水的異氰酸酯、氟碳化合物的乳化劑；其次是穩(wěn)定發(fā)泡，在發(fā)泡過(guò)程中降低泡沫表面張力，控制泡孔大小，防止膠凝時(shí)微孔合并，起到控制微孔大小的作用。
(7)催化劑。三乙醇胺是一種控制聚氨酯分子交聯(lián)速度和氣體生成速度的化合物。
生產(chǎn)硬質(zhì)泡沫塑料通常選用錫鹽與叔胺類例如二月桂酸二丁基錫，它們的作用是促進(jìn)塑料迅速膠凝或泡沫固化。
(8)發(fā)泡劑。分為水或物理發(fā)泡劑、氟碳化臺(tái)物發(fā)泡劑。作為聚合物膨脹發(fā)泡，充入泡沫微孔以降低導(dǎo)熱系數(shù)。常用的氟碳化合物為F-11、F-113。
3．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料配方
(1)膠液配方表5—3～表5-7介紹了幾個(gè)單位用的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料配方。
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| 組分 | 原料名稱 | 質(zhì)量比 | 施工溫度 |
| A | Ⅲ型聚醚 乙二胺聚醚 三氯三氟乙烷P-113 β-三氯乙基磷酸酯TCEP 三乙醇胺 二月桂酸二丁基錫 204硅油 | 48～50 15～17 18～20 13～15 1～2.6 0.2～0.5 1.5～2 | 施工溫度 31～41℃ 表面溫度 45℃左右 |
| B | 聚苯基甲基多導(dǎo)氰酸酯PAPI | 106.5～117.1 | ? |
表5-4 大慶油田科研設(shè)計(jì)院膠液配方
| 組分 | 原料名稱 | 質(zhì)量比 | 生產(chǎn)廠家 |
| A | 甘油聚醚 硅油 二月桂酸二丁基錫 三乙烯二胺 多縮丙二醇 F-11 | 100 3.45 0.09 0.75 1.45 30 | 南京塑料廠 進(jìn)口 北京化工三廠 上海第五制藥廠 上海高橋化工廠 上海電化廠 |
| B | PAPI | 142 | 常州有機(jī)化工廠 |
表5-5 大連旅順龍頭塑料保溫廠膠液配方
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