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隔热穿胶铝材

隔热铝型材用聚氨酯隔热浇注胶的研究

隔热铝型材用聚氨酯隔热浇注胶的研究

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  346CPUIACONFERENCE2014隔热铝型材用聚氨酯隔热浇注胶的研究刘兆阳蒋东旭陈海良(山东一诺威聚氨酯股份有限公司)摘要:通过半预聚法制备了隔热铝型材用聚氨酯隔热浇注胶。讨论了聚醚多元醇的确定、异氰酸酯的确定、不同催化剂对凝胶时间及开模强度的影响和不同扩链剂所做制品性能的比较,通过讨论和比较得到了配方的优化并最终给出了所做制品的性能指标。关键词:隔热铝型材;双组份;半预聚体法;制品性能提高建筑型材的保温性能对建筑节能意义重大。近年来,对提高建筑用铝合金型材隔热性能的研究主要针对多腔或异型材及多种材料复合型材[1,2]。目前,我国的铝合金建筑隔热型材(又称断桥铝型材)主要有穿条式和浇注式两种[3]。穿条式隔热型材中间为空腔,其隔热性能仍有较大的改善余地,并且该型材是铝合金和隔热条经机械滚压组合而成,力学性能不好。聚氨酯隔热浇注胶隔热节能效果好,具有良好的抗拉伸、防断裂性以及较高的耐冲击、耐磨损、耐断裂的特性,此外,聚氨酯浇注胶还具有良好的抗震性能并可适应于多雨潮湿环境[4]。因此,聚氨酯浇注胶的诸多优点使其用于隔热铝型材具有非常大的优势。半预聚法常用于MDI型CPU弹性体的生产,这是因为MDI型预聚物的粘度较大,通过半预聚法可以克服这一缺点[5]。本文通过半预聚法制备双组份聚氨酯浇注胶,从环保及使用性能要求等方面优化了合成原料,最终制备出了可以满足使用要求的隔热型浇注胶。1实验部分1.1原料聚醚多元醇(DL-1000)数均相对分子质量2000,f=2,山东蓝星东大化工有限责任公司聚酯多元醇(EP-330NG)数均相对分子质量5000,f=3,山东蓝星东大化工有限责任公司聚醚多元醇(DV125),数均相对分子质量375,f=3,山东蓝星东大化工有限责任公司二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50、MDI-100),烟台万华聚氨酯有限公司多亚甲基多苯基异氰酸酯(PM-200),烟台万华聚氨酯有限公司3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷或二邻氯二苯胺甲烷(MOCA),苏州市湘园特种精细化工有限公司有机铋类催化剂、胺类催化剂1.2合成方法1.2.1A组份的制备将聚醚多元醇(DV125、EP-330NG)、MOCA及催化剂按一定比例称量,混匀,并加热至100℃~110℃真空脱水后,冷却,备用。 347中国聚氨酯工业协会第十七次年会论文集1.2.2B组份的合成将聚醚多元醇(DL-1000)加入三口瓶中,在100℃~110℃线℃左右加入称量的MDI-50、PM-200在80℃左右反应2小时,取样分析NCO含量,备用。1.2.3样品的制作将A、B组份按1/1的配比在25℃~35℃充分混合均匀,真空脱气后,倒入模具,室温固化成型、硫化完全,室温放置7天后,测试其样品性能。1.2.4性能测试邵D硬度按GB/T531.12008标准测定。2结果与讨论2.1多元醇种类的选择隔热铝型材用聚氨酯隔热浇注胶的使用环境为多雨潮湿的环境,这就要求其具有优良的耐水解性能。用于聚氨酯弹性体合成的多元醇主要有聚酯多元醇和聚醚多元醇,而聚酯多元醇由于含有酯基而易于水解,且聚酯多元醇易产生结晶、粘度较大,操作性能差,因此选择耐水解性能优良、粘度较小的聚醚多元醇用于制备隔热浇注胶。另外,聚氨酯隔热浇注胶还需具备优良的抗拉伸、耐断裂、耐高低温以及优良的抗震性能,为满足其使用要求,本实验A料中采用三官能度聚醚多元醇增加制品交联度,从而提高产品的高温硬度和开模强度。表1DV125用量对制品性能的影响DV125份数0101520硬度/邵D(24℃)82838384硬度/邵D(80℃)5565717315min开模硬度/邵D60657577韧性很好较好可以较差固定DV125和330NG总量为85份,改变DV125用量来研究其对制品性能的影响,结果见表1。随着DV125用量增加,制品的常温(24℃)硬度有所增加,高温硬度(80℃)和15min的开模硬度明显增加,但制品的韧性降低。经过综合对比,DV125的用量控制在15份,产品的综合性能较好。2.2异氰酸酯的选择异氰酸酯品种不少,但常用的有两种,即甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),TDI的蒸气压较高,易挥发,在生产过程中对人的身体有危害。MDI的蒸气压低,不易挥发,存在于半预聚物中不会对环境造成大的危害;其次MDI的两个NCO基团相距较远,且周围无取代基,因此这两个NCO的活性都较大,比TDI的活性要高[6]。本实验采用MOCA作为扩链剂,采用PM-200与二官能度MDI混合异氰酸酯,由于MDI-100具有很高的反应活性,操作时间太短,所以选用反应活性较低的MDI-50作为二官能度MDI组份。PM-200是一种多官能度MDI,PM-200用于该产品中有利于提高产品的高温硬度和开模强度,同时加入量过多会影响产品的强度,其混用结果见表2。表2PM-200用量对制品性能的影响PM-200份数(异氰酸酯总量)0306090硬度/邵D(24℃)79818385硬度/邵D(80℃)5060717915min开模硬度/邵D53597580韧性很好较好可以较差 348CPUIACONFERENCE2014预聚体NCO质量分数为23.6%,聚醚多元醇为DL-1000,选用相同的A组份经过综合对比,PM-200的用量控制在60份,产品的综合性能较好。2.3催化剂的选择表3不同催化剂对固化时间和开模强度的影响催化剂无锌类(B1)胺类(H1)有机铋类(B2)质量分数1×10-31×10-31×10-3凝胶时间/smin开模硬度/邵D20706572由表3可知,不用催化剂时制品凝胶时间偏长,强度增长也慢,脱模时间较长。这是因为在没加催化剂的情况下,OH基与NCO基的反应速度较慢,即使采用高活性聚醚也很难解决这个问题。加入催化剂后反应速度明显加快,开模强度与原来相比有了很大的提高。通过大量的试验证明,选用有机铋类催化剂和胺类催化剂配合使用效果最佳,这是由于有机铋类催化剂偏重于前期催化,胺类催化剂偏重于后期催化,将两者按一定比例配合使用,可以较好地调控前期凝胶时间和后期开模时间,从而实现在生产过程中既有较好的流动性,又有较高的生产效率,更加适合流水线异氰酸酯指数对制品的性能的影响异氰酸酯指数是指异氰酸酯基(NCO)与羟基(OH)的摩尔比(R值)。异氰酸酯指数对聚氨酯性能具有较大的影响。用同样的A、B组份,分别选取不同的异氰酸酯指数制做聚氨酯弹性体制品,测得制品的力学性能如表4所示。表4异氰酸酯指数对制品的影响异氰酸酯指数0.71.01.051.11.15硬度/邵D(24℃)8082838484硬度/邵D(80℃)5min开模硬度/邵D6871757677韧性很好较好可以脆较脆由表4可知,异氰酸酯指数由0.7增加至1.15时,制品硬度由邵80D增加至邵84D,没有发生较大的变化,在一定的异氰酸酯指数内,高温硬度和开模强度随着异氰酸酯指数增加而明显提高,这是因为在异氰酸酯指数低于1.0时,B料中的异氰酸酯基不足以和羟基反应,从而使羟基过量,未反应的末端带羟基的聚醚链节在制品体系中起内增塑的作用,使制品柔性增加,制品硬度降低,性能下降;而异氰酸酯指数提高到1.0以上时,A组份中羟基完全参与反应,B料中过量异氰酸酯基产生交联,从而使制品硬度增加,同时脆性增强。综合考虑,异氰酸酯指数选择1.05。2.5制品的性能指标将A、B组份按1/1的配比在25℃~35℃充分混合均匀,真空脱气后,倒入模具,室温固化成型、硫化完全,室温放置7天后,测试其样品性能。结果:硬度/邵D(24℃)83;硬度/邵D(80℃)71;凝胶时间/s45;15min开模硬度/邵D75。3结论①根据制品的使用环境要求确定了可以满足其性能要求的聚醚多元醇。②比较了不同扩链剂对制品力学性能的影响,MOCA制备的制品性能最好。③对不同催化剂进行了比较实验,从环保和操作要求上选用了有机铋类催化剂和胺类催化剂配合 349中国聚氨酯工业协会第十七次年会论文集使用效果最佳。④适量的过量异氰酸酯基产生交联,使制品耐温性和韧性增加。参考文献[1] 冯伟刚.铝塑复合型材结构设计探讨[J].门窗,2008(12):21~34.[2] 王喜斌,赵会娟.节能门窗的开发和应用研究[J].节能,2006(1):47~50.[3] GB52372004,铝合金建筑型材[S][4] GB236152012.铝合金建筑用辅助材料[S][5] 刘厚钧.聚氨酯弹性体手册[M].北京:化学工业出版社,2001.119[6] 刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2012.169The Study on Polyurethane Pouring Rubber Applied for the Thermal Barrier of Aluminum ProfileAbstract:The polyurethane pouring rubber were prepared through semi-prepolymerization. The kind of polyether, isocyanate and catalyst was discussed and compared. The influce of gel time and the strength of the polyurethane at the open time of the mold by different catalyst was also compared. The properties of the polyurethane prepared by different chain extender was given.The formula was at last optimized and the property target was listed.Key words:The thermal barrier of aluminum profile; two-component; semi-prepolymerization; products performance

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