芳香族聚酯多元醇的合成與應用
(南京紅寶麗股份有限公司 211300)
摘 要:本文介紹了芳香族聚酯多元醇的生產工藝及其現狀,并簡單介紹了它在聚氨酯硬質泡沫中的應用。
關鍵詞:芳香族聚酯多元醇;聚氨酯;硬質泡沫
前言
聚氨酯泡沫塑料因其性能優越、成型簡單、施工方便,因而被廣泛應用作各種絕熱、防震、隔音、輕質結構件、包裝等方面。近年來,隨著人們安全、消防意識的增強,對聚氨酯泡沫材料的阻燃性、絕熱性等要求日益提高,同時也希望制品的成本盡量少增加。
眾所周知,制備聚氨酯泡沫的多元醇可分為聚醚多元醇(以下簡稱聚醚)和聚酯多元醇(以下簡稱聚酯醇)。相對而言,芳香族聚酯醇由于分子結構中引入苯環結構,增加了聚氨酯鏈中的苯環含量,使用它所制得的泡沫具有強度高、韌性好、導熱系數低以及較高的阻燃性等優點,因此它的應用越來越受到重視。
目前,國內芳香族聚酯醇大多采用苯酐、二甘醇為原料而合成的,它與物理性發泡劑的相容性較差,需指出的是:戊烷在它們中的溶解度極差,很少見它應用于戊烷發泡技術中。特別是當今世界是以戊烷發泡技術為主的時代,其應用更受到限制。
在國外某些公司開發了芳香族聚酯醇并對其改性,應用于戊烷發泡技術中,但它的官能度幾乎都為2,制備的聚氨酯泡沫尺寸穩定性與脫模性能受到影響,這樣它在冰箱、冷柜等領域的應用也受到限制。
南京紅寶麗公司技術中心通過優化配方、改善工藝,成功開發了系列的芳香族聚酯醇產品。包括苯酐聚酯醇、對苯聚酯醇及其改性的聚酯醇。其中苯酐聚酯醇是以苯酐與二甘醇及其它輔助醇為原料,經催化反應而成的端羥基聚酯醇;對苯聚酯醇由對苯二甲酸或對苯二甲酸酯與二甘醇及其它醇經催化反應而成的端羥基聚酯醇;另外,通過引入其它種類的原料,制備的改性芳香族聚酯醇,提高了戊烷在其中的溶解度。
目前紅寶麗公司聚酯醇系列產品各項質量指標達到國外同類產品水平,遠銷國內外,并成功應用在冰箱、板材的生產中。
1芳香族聚酯醇的合成
1.1原料
苯酐、對苯二甲酸、二甘醇、丙三醇、催化劑、組分A等
1.2反應工藝介紹
芳香族聚酯醇的制造主要基于芳香酸(或酸酐)與二甘醇(或其他醇)的液相催化反應。酯化反應分兩步進行。步是常壓反應,反應速度較快;第二步是減壓反應,反應速率較慢。為提高反應速率,可加入一定量的催化劑,縮短反應周期。在較高的反應溫度及真空度下,端羥基聚酯進一步縮合生成水與更高分子量的聚酯醇。
2聚酯醇發泡試驗
2.1原料
苯酐聚酯醇HP3201、對苯聚酯醇HP2803、改性聚酯HP2204、聚酯PS3152、蔗糖聚醚H4521、勻泡劑、發泡劑環戊烷、胺類催化劑、阻燃劑等。
2.2基礎配方(以重量份計)
A組分:聚醚 60~80份 聚酯醇 20~30份 泡沫穩定劑 1.8~2.2 份 復合胺催化劑 1.5~3.0份 水 1.5~2.5 份 以上總計100份
B組分:MDI 134~136 份
環戊烷 : 12~12.5 份
2.3發泡試驗
按照不同配方,將聚酯醇與聚醚以不同比例配伍,加入勻泡劑、催化劑、發泡劑等攪拌均勻,再加入計量好的異氰酸酯(MDI)),快速攪拌混合均勻,隨后倒入事先準備好的模具中,待泡沫完全熟化后脫模,并檢測泡沫的各項性能。
2.4成型條件
溫度 21~23℃
攪拌速度 3000r/min
攪拌時間 10~15sec
模具溫度 35~50℃
脫模時間 6~8 min
3結果與討論
硬質聚氨酯泡沫的原料包括發泡劑、異氰酸酯MDI、組合聚醚。前面兩種原料相對固定,第三種原料(組合聚醚)對泡沫的性能影響大,可調配性也大,其主要原料為聚醚和聚酯醇,其中聚酯醇對配方的性能起著重要的作用,而聚酯醇的原料與合成工藝對產品的性能有直接的影響。下面進行簡單討論合成工藝對產品質量的影響及不同的原料對所制泡沫性能的影響。
3.1合成工藝對產品質量的影響
醇酸比是影響聚酯醇質量的重要因素,不同的醇酸比可以得到不同分子量的聚酯醇,一般來說,醇的用量必須適當過量,它可通過實際經驗來獲得。其次,反應溫度對聚酯醇的分子量、酸值特別是色澤影響甚大,溫度過高,會使聚酯醇降解,另外,如果溫度上升過快,醇損失過大,導致醇酸比改變,造成實際產品與設計產品質量相差較大。因此要嚴格控制升溫速率。此外,在常壓反應結束后,為了促進酯化反應進行完全,降低產品的酸值,必須在負壓下進行反應。同時注意:開始抽空時的真空度不宜過大,否則容易帶料。當反應進行至后期,真空度越高,抽出低分子物速率越快,對反應越有利,但其過程中必須對抽真空的時間要控制,真空度越高,所需控制的時間越短,否則,時間越長,產品的羥值就會越低。
3.2不同原料對所制泡沫性能的影響
目前,芳香族聚酯醇大多采用苯酐、二甘醇為原料直接合成而得的,戊烷在它們中的溶解度極差,本公司開發了芳香族聚酯醇并對其改性,提高了它與戊烷的相容性,使它在戊烷發泡技術中的應用得以實現,并通過適當提高它的官能度,改善了制備聚氨酯泡沫的脫模性能,同時也提高了泡沫的尺寸穩定性。下面是戊烷在不同聚酯中的溶解度。表1
4結束語
綜上所述,南京紅寶麗公司生產系列芳香聚酯醇,質量與性能能夠達到或接近進口同類產品水平,能夠廣泛應用在冰箱、板材等領域,產品遠銷國內外(主要產品見附表1)。它不但具有較低有成本,還可改善聚氨酯泡沫性能,主要體現在導熱系數低、耐燃性好、韌性好、泡孔比較細膩。
附表1 苯酐聚酯多元醇技術質量指標