聚氨酯硬泡配方計算方法
日期：2024-04-12 分類：有機(jī)鉍新聞
聚氨酯硬泡配方計算方法
一、 硬泡組合料里最需要計算的東西是黑白料比例（重量比）是不是合理，另一個正規(guī)的說法好像叫“異氰酸指數(shù)”是否合理，翻譯成土話就是“按重量比例混合的白料和黑料要完全反應(yīng)完”。因此，白料里所有參與跟-NCO反應(yīng)的東西都應(yīng)該考慮在內(nèi)。理論各組分消耗的-NCO摩爾量計算如下
㈠ 主料：聚醚、聚酯、硅油（普通硬泡硅油都有羥值，因為加了二甘醇之類的稀釋，部分泡沫穩(wěn)定劑型硅油還含有氨基）配方數(shù)乘以各自的羥值，然后相加得數(shù)Q，S1 = Q÷56100
㈡水：水的配方量W? S2 = W÷9
㈢參與消耗-NCO的小分子物：配方量為K，其分子量為M，官能度為N?S3 =K× N/M（用了兩種以上小分子的需要各自計算再相加） S = S1+S2+S3
基礎(chǔ)配方所需粗MDI份量[（S×42）÷0.30 ] ×1.05 (所謂異氰酸指數(shù)1.05）
其實以上計算只是一個最基本的消耗量，由于黑白料反應(yīng)過程復(fù)雜，實際-NCO消耗量肯定不止這個數(shù)，比如有三聚催化劑的情況，到底額外消耗了多少-NCO，這個沒人說得清楚。另外，聚醚里有水分，偏高0.1%就很嚴(yán)重；聚醚羥值也是看人家宣傳單的，我見過有聚醚羥值范圍跨度90mgKOH/g，那個計算數(shù)出來后只能參考，不能認(rèn)真!
[試驗設(shè)計]之“冰箱、冷柜”類
本組合料體系重要要求及說明
1、流動性要好，密度分布“盡量”均勻。首先要考慮粘度，只有體系粘度小了，初期流動性才會好（主份平均粘度6000mPa.S以下，組合料350mPa.S以下），其次體系中的鉀、鈉雜離子要控制在一個低限（20ppm以內(nèi)），從而可控制避免三聚反應(yīng)提前，即：體系粘度過早變大。如果流動性欠佳，發(fā)泡料行進(jìn)至注料口遠(yuǎn)端就會出現(xiàn)拉絲痕致使泡孔結(jié)構(gòu)橄欖球化，這個位置一定抗不住低溫收縮。
2、泡孔細(xì)密，導(dǎo)熱系數(shù)要低。不難理解泡孔細(xì)密是導(dǎo)熱系數(shù)低的第一前提，此時首先考慮加有403或某些芳香胺醚進(jìn)入體系（它們所起的作用是首先與-NCO反應(yīng)，其生成物與其它組份互溶、乳化穩(wěn)定性提升，并保證發(fā)泡體系初期成核穩(wěn)定，也就是避免迸泡，從而使泡孔細(xì)密）其次聚醚本身單獨發(fā)泡其泡孔結(jié)構(gòu)要好（例如以山梨醇為起始的635SA比蔗糖為起始的1050泡孔要細(xì)密均勻得多，還有含有甘油為起始劑的835比1050細(xì)密，即便是所謂的4110牌號的聚醚，含丙二醇起始的比二甘醇的好。聚醚生產(chǎn)的聚合催化劑不同，所生產(chǎn)出的聚醚性狀也有差異：氫氧化鉀催化的聚醚分子量分布比二甲胺催化的要窄。另外：聚醚生產(chǎn)時的工藝控制—–溫控、抽真空、PO–也就是環(huán)氧丙烷流量控制、PO原料質(zhì)量、后處理等等—–也都會直接影響聚醚發(fā)泡的泡孔結(jié)構(gòu)）第三，可以考慮加入一些可以改善泡孔細(xì)密度的聚酯成份。第四，適當(dāng)加入低粘度物調(diào)整總體粘度（如210聚醚）
3、耐低溫抗收縮性要好。這個無須贅言。一是官能度，總體平均要4以上。其次是發(fā)泡體成型后空間交聯(lián)點分布均勻（直觀解釋是：主聚醚反應(yīng)活性盡量相差不大，連續(xù)的近似的空間結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定得多。）
4、粘結(jié)性好。所謂粘結(jié)性表面上是指泡沫體與冰箱、冷柜外殼和內(nèi)膽之間的粘合，其實是指泡體柔韌性，以及抗收縮性，（水份用量、降低總體羥值，添加柔性結(jié)構(gòu)成分，如210、330N之類都可以改進(jìn)泡沫對殼體的粘附性）
5、成本較低。目前冰箱、冷柜行業(yè)競爭白熱化，性能極佳價格昂貴的組合料沒人用的起，所以我們必須為成本考慮（比如芳香聚酯價位要比聚醚的低，可以加一些。）
6、安全性。這是對環(huán)戊烷體系的特別要求（至少環(huán)戊烷不象F11那樣想加多少就加多少，不難理解加多環(huán)戊烷的更具有安全隱患）
7、保證發(fā)泡生產(chǎn)工藝的連續(xù)穩(wěn)定性?冰箱、冷柜連續(xù)生產(chǎn)線一般控制很穩(wěn)定，但不排除偶爾的工藝參數(shù)波動，比如料溫、環(huán)境溫度高個一兩度，黑白料比例在小范圍內(nèi)波動等等，所以要求組合料有一定的“寬容性”
8、黑料配伍。各款黑料自身性狀、活性不同，那么，白料體系調(diào)整一下有時就顯得異常必要。（配合5005的沒事，絕不代表與44v20可以任意切換）
主聚醚聚酯的選取方向
1、相溶性。指 “ 聚醚、聚酯/硅油/水/催化劑/物理發(fā)泡劑 ”所組成的體系要互溶性好，均相穩(wěn)定—–至少存放一段時間不能分層。
2、官能度構(gòu)成及骨架類型。原則上說官能度越高，所發(fā)泡體的物理性能數(shù)值（尺寸穩(wěn)定、抗壓強(qiáng)度等）就越“理想”，但往往官能度高的聚醚粘度偏大（多掛PO也能降低粘度，價格又下不來），所以，平均一下，4個官能度馬馬虎虎可以對付了；? 另外，如果聚醚體系中有芳香結(jié)構(gòu)（苯環(huán)）引入，無疑也會提升泡體的物理性能。
3、反應(yīng)活。含有伯羥基結(jié)構(gòu)的聚醚（和諸如三乙醇胺之類的小分子交聯(lián)劑)活性高，卻多多少少會影響發(fā)泡反應(yīng)的中后期流動性。所以，其加入量一定要控制在某環(huán)圍內(nèi)。
4、羥值搭配。根據(jù)水用量、黑白料比例預(yù)設(shè)，可以大體反算出主份平均羥值范圍，一般為380-410mgKOH/g
5、經(jīng)濟(jì)性。不僅是指聚醚、聚酯采購價格低，還應(yīng)綜合其他方面考慮黑白料比例，畢竟現(xiàn)在黑料價格高企。
6、市售采購之方便性。好不容易調(diào)整出一個配方，結(jié)果原料市面上只是你有用別人不會問津，除非財大氣粗每月用量驚人，否則配料供貨能不能保障就只得看“交情”淺薄。
勻泡劑（硅油）的選擇
1、與組合料其它成份的配伍性。這個不難理解，否則，生產(chǎn)硅油的廠家就不會編出那么多型號了——什么F11型、141B型、環(huán)戊烷型、全水型、聚酯型、蔗糖聚醚型等等。硅油型號選配得當(dāng)，可以明顯控制導(dǎo)熱系數(shù)低限化。
2、與黑料的配伍性、核化能力。這個關(guān)注的人不多。其實多數(shù)情況下“泡孔不好”就是硅油對“黑白料整個體系的乳化能力不夠”所致。
3、流動性。能使發(fā)泡體系泡孔細(xì)密的硅油可以明顯提升發(fā)泡流動性，同時另外一個佐證是：發(fā)泡速度略有加快。
4、穩(wěn)定性及用量。有些硅油遇見水、堿性催化劑、含氯發(fā)泡劑或含氯阻燃劑時會逐漸變質(zhì)；有些則必須加大用量（用量2.5%以上）才會顯示它是硅油。
5、價位。能用22元/kg搞定的就不必去用進(jìn)口的45元/kg，要知道每噸組合料中硅油14kg那差價就是過200元了。
水份額的確定
1、粘結(jié)性。水用量多，泡體表面偏脆，與殼面的粘結(jié)性就差，一般冰箱、冷柜料水用量1.7-2.3%（專指141B體系和環(huán)戊烷體系）
2、物理發(fā)泡劑體系的選取。現(xiàn)在到處喊著環(huán)保，141B早就說要限量使用了，可市面下居然還有F11型（或勾兌型F11）組合料交易。水用量只好隨行論價：F11型的—0.6/1.6，? 141B型的—1.7/2.2,? 環(huán)戊烷型的—2.0/2.4
3、經(jīng)濟(jì)性.水確實很便宜的,不過它用多了,黑料量就得加上去,于是還是不合算的機(jī)會大（自然，是使用組合料的客戶買單。
催化體系確定
1、前期要求。以前很多朋友認(rèn)為乳白起發(fā)慢一些,等料子稀哩嘩啦地流到各自“崗位”底下后再直發(fā)起來。其實不然，其一：液態(tài)料子極易從箱體縫隙中漏出去造成污物粘模；其二：影響泡孔細(xì)密度和整體結(jié)構(gòu)，從而拔高泡體導(dǎo)熱系數(shù)；其三：起發(fā)速度加快反而會加快發(fā)泡料行進(jìn)速度。? 一般說來，出槍乳白時間6-8秒最好。
2、中期流動。在發(fā)泡定型期間，中期流動時間段（拉絲減去乳白時間）越長越好，可以保證泡體填充箱體各個角落，又不至于泡孔變形嚴(yán)重。最理想的狀態(tài)是拉絲開始前3-5秒鐘，泡料已經(jīng)充填到位，最遠(yuǎn)端排氣孔有明顯逸料出現(xiàn)。
3、后期固化。這個要求不必太嚴(yán)，反正連續(xù)生產(chǎn)中模具不是冰冷的，如果生產(chǎn)線有保溫炕道，不怕到期收不了莊稼。
4、建議搭配。Am-1 + 環(huán)己胺 。
工藝確認(rèn)
1、發(fā)泡體系確定：141B的還是環(huán)戊烷的。水量/物理發(fā)泡劑量的范圍預(yù)定2、首先鬧清楚目標(biāo)生產(chǎn)線的工藝細(xì)節(jié)：發(fā)泡機(jī)類型、灌注流量、灌注前的溫控數(shù)值、炕道保溫溫控值及保溫時間、箱體灌注口在哪及發(fā)泡料流經(jīng)路線行程、灌注后合模封洞操作過程。3、目前（工作）環(huán)境溫度、濕度變化情況。4、向現(xiàn)場作業(yè)員、質(zhì)檢員求詢目前現(xiàn)行工藝、原料有什么缺陷和請他們提出什么其他具體要求
具體試驗
1、相溶性： ①100ml小燒杯加一短玻璃棒，歸零，依次倒入主聚醚（聚酯）攪勻看是否透明。②加入硅油、催化劑、水，攪勻，看是否透明。③加入物理發(fā)泡劑攪勻看是否透明（注意攪拌后揮發(fā)的物理發(fā)泡劑要補(bǔ)回）。④預(yù)配的組合料樣品要存放至少3天透明不分層才好。⑤組合料樣分別放在35、15℃下貯存24hr看是否透明⑥有條件時，需要測設(shè)計中的組合料粘度（25℃及正常生產(chǎn)狀態(tài)下的溫度）看是不是粘度隨溫度變化有大幅度的波動。
2、抗收縮：自由發(fā)泡樣1hr后切成規(guī)則方形體，量取定邊尺寸后放在-20℃冰柜中24hr看尺寸變化情況，2%以內(nèi)的線性收縮可以接受
3、自由發(fā)泡：按設(shè)計的黑白料比例、溫控執(zhí)行自由發(fā)泡，關(guān)注料速、芯密度和拉絲痕跡。
4、流動性：自由泡密度、速度確定后，一定要進(jìn)行流動性試驗。 簡易方法是：定量發(fā)泡料（一般為200g）攪勻后立即在發(fā)泡杯口套上稍大一點的長筒塑料袋，拉直垂直向上任由泡料向上生長直至定型（要兩個人操作）。杯口至頂高度L與料重G的比值將作為一個重要參數(shù)來評估組合料的流動性，L/G越大，流動性越好，此后還要分段測取芯密度作為輔助參考（自低向高密度差不能太大，否則流動性也不能視作良好，特別是最高點那一段）其實，如果試驗做多了，在正常自由泡發(fā)泡時，可以看杯中殘留泡的形狀來大致判斷流動性的優(yōu)劣：泡提出杯后越象蘑菇越好，越象直棍則越差。
5、工藝條件寬容性：①執(zhí)行預(yù)設(shè)溫控+3、-3℃的發(fā)泡，看是否還保持良好的流動性及泡孔結(jié)構(gòu)（“快料”與“慢料”的泡孔不能落差太大）②進(jìn)行白料恒定量，黑料量+10%、-10%的自由發(fā)泡試驗，常溫下30min時泡體沒有明顯收縮的就算過得去。
[試產(chǎn)] 之 “冰箱、冷柜”類
這個簡單了，整桶料子上機(jī)試產(chǎn)，按預(yù)定（或現(xiàn)實執(zhí)行）的工藝條件生產(chǎn)，成品裝機(jī)打冷，看箱體收縮情況和保溫情況。一般程序：試產(chǎn)箱中成品泡體要取樣測試導(dǎo)熱系數(shù)等綜合數(shù)據(jù)。現(xiàn)場需要微調(diào)的一般是：泡料溫控、黑白料比例、添加催化劑、熟化溫度調(diào)整
仿木產(chǎn)品 之 組合料/工藝控制（內(nèi)部討論版） [白料體系要求及制品要求]
1、白料粘度：涉及到出槍后的初始流動性（機(jī)發(fā)泡型）、攪拌混合效果（包括手工發(fā)泡型）以及出槍流量大小和黑白料比例，原則上不應(yīng)高于2000mPa.S（25℃，以下同），高密度的（自由泡密度130kg/m3以上者）例外。
2、相容性：除非現(xiàn)配現(xiàn)用或是白料整桶上機(jī)邊攪邊打，白料應(yīng)該均相透明不分層（如果選用濁點較低的硅油白料低溫狀態(tài)下也可能不透明，但不可以分層），手工料更是如此。
3、流動性：一般仿木料流動性要求不太高，這取決于其自身生產(chǎn)工藝的合理安排。對于特型尺寸閉模澆注產(chǎn)品還是要求料子發(fā)泡過程中要有不錯的流動性，至少它會影響產(chǎn)品密度分布。
4、適應(yīng)黑料品種與黑白料比例變化：白料體系最好能在稍作工藝參數(shù)（料溫、管壓等）調(diào)整的情況下切換黑料品種（M20S、44V20、5005等）或是在黑白料比例合理波動范圍內(nèi)保證制品合乎要求。
5、制品外表結(jié)皮厚度與硬度：仿木制品至少要保證表面“夠硬”，一般都要求表皮有一定的厚度以保證表面硬性。具體指標(biāo)由于涉及到產(chǎn)品密度要求和作業(yè)環(huán)境溫度、濕度變化等因素而難以量化。有些特型產(chǎn)品則要求里、外都要剛硬，甚至能打自攻螺絲而不滑絲。
6、制品表面光潔度與氣泡：制品表面應(yīng)光潔，不能有氣泡、針眼、暗泡（有些產(chǎn)品的背面可以降低要求，如畫框、壁掛）
7、白線：這是最容易出現(xiàn)的缺陷（制品表面出現(xiàn)不規(guī)則的偏白塊斑、長線斑，該處明顯偏軟），要盡量避免，至少白斑處要足夠硬。
8、泡孔細(xì)密度：制品內(nèi)部泡孔致密、勻稱，鶴立雞群的大泡眼（直徑0.2mm以上）越少越好。
9、上漆及貼金箔：制品噴漆或粘貼金箔后不剝落、鼓泡。
10、耐形變：制品穩(wěn)定，長尺寸毛胚品開模后不僅不能“見冷回縮”，終產(chǎn)品飄洋過海歷經(jīng)嚴(yán)寒酷暑也不能變形。
11、抗沖擊：有足夠的韌性（通常可耐1米高的平摔、拋摔）。
12、制品表面耐溶蝕：上漆貼箔前，制品往往需要用溶劑洗去脫模劑、粗糙化處理，過不了這關(guān)肯定不行
[原料選取簡述]
一、主聚醚（聚酯）:
①多數(shù)情況是“4110”為主（多數(shù)份額是60%以上）。作為一個最為廣泛應(yīng)用的硬泡聚醚品種，它具有較為理想的剛性骨架和柔性長鏈（蔗糖與二元醇為起始劑接枝環(huán)氧丙烷），價格也合適。市場上適用于仿木的并不多，至少要求質(zhì)量穩(wěn)定，那些摻雜的、羥值/粘度隨PO價格陰晴不定的、泡孔不夠細(xì)密的最好不要選用。 就4110的生產(chǎn)配方來說，最適合做仿木的是[蔗糖+甘油]起始型（可惜，截止目前我只用過兩次，現(xiàn)在好像沒得賣），其次是[蔗糖+丙二醇]起始型，剩下的是[蔗糖+乙二醇或二甘醇]起始型。其他勾兌型的真的不好用。4110的規(guī)格指標(biāo)也有講究，粘度：一般是2500-3500mPa.S，用作全水發(fā)泡體系的還要低一些。羥值：高于430mgKOH/g的做出來的產(chǎn)品只硬不韌，需要摻加其他低羥值的聚醚配合，最好是380-420mgKOH/g這個范圍內(nèi)的。 色度外觀：顏色太深的本身就說明聚醚生產(chǎn)過程中控制不好，再者由此做出來的產(chǎn)品外觀也會偏暗并使白線對比更刺眼，多數(shù)客戶對此不會滿意。
②403。 建議多少要加一些（3-12%）。有了它，泡孔會細(xì)密，產(chǎn)品表面的氣泡、針眼、暗泡就少得多，產(chǎn)品的整體硬度也會提升。毛病是太粘不利于白料粘度控制。目前市場上的403也是良莠不齊，真正的403應(yīng)該是乙二胺起始的，原料確實貴了一些（好像是超過20元/kg），就有人打歪主意，起始劑里加有尿素、甘油，或是把PO量加大來降低成本。加尿素的氨氣味很重，泡孔偏粗，加甘油的硬度受影響，多接PO的403粘度較低也是硬性不夠。
③山梨醇型。以635系列為代表（10-20%）。成本考慮可以不加，但是用后也可以明顯改進(jìn)產(chǎn)品整體硬度和表面效果（光潔、針眼等什么的）。麻煩：這類聚醚粘度不小價格也偏高。
④軟泡聚醚。220、210、330N、甚至接枝聚醚（36/28之類）。普通硬質(zhì)仿木料可以不加。做高檔品、花盆類的一定要加。這類聚醚羥值低，產(chǎn)品柔韌性好，產(chǎn)品的表面結(jié)皮厚度會改善。缺點：除了210外，其他的與主聚醚互溶性差，愛分層鬧獨立。
⑤聚酯類。芳香聚酯類（視原料的質(zhì)量、品性，5-20%）。原則上不鼓勵使用。添加最大的目的是成本“合算”，不過要是小料配合不當(dāng)麻煩也多多。酸值偏高會造成泡孔粗、針孔多甚至制品表面會出現(xiàn)“白霧”
⑥其他多元醇。（8%以內(nèi)）。有多種天然植物油或其改性衍生物可以用，能改進(jìn)產(chǎn)品柔韌性，還可以稍微降低成本。風(fēng)險同⑤，用不好后果自負(fù)。
⑦其他思路：如果產(chǎn)品屬于高附加值的產(chǎn)品，可以考慮用進(jìn)口的相似聚醚，特別是全水發(fā)泡體系的，國產(chǎn)聚醚原料很難達(dá)到Dow的水準(zhǔn)。
二、輔助小分子物：（0.5-3%）有甘油及其起始的小分子聚醚、N乙醇胺（N：一、二、三）、小分子二元醇類、甚至MOCA（這個致癌，最好別碰）功用是先期反應(yīng)、整體加硬、或是加表皮厚度硬度、縮短生產(chǎn)周期。也是要選取合適型號、用量合理。
三、硅油：（1.5-2.5%）
這個是跟著其他原料走的（原料搭配），一般的硬泡硅油都可以用，但要想改進(jìn)產(chǎn)品的一些品性（泡孔細(xì)密、白線、流動性）還是應(yīng)該費點。價格24元/kg以下的最好不要用。尤其注意聚醚（酯）主體變化后硅油型號可能要換。
四、催化劑：①前期型的：A-1、Am-1，功用是控制起發(fā)時間，帶動其他催化劑發(fā)揮功效、改善泡孔細(xì)密度、改善發(fā)泡過程的流動性。用量0.5%以內(nèi)，視“水”的用量而定，天氣狀況穩(wěn)定時最好是個“定數(shù)”②平穩(wěn)型的：環(huán)己胺，用量0.3-0.6%，目前性價比最高的硬泡催化劑，各期催化能力很平均。③主催化劑：A-33仿木料中必不可少的催化劑，直接影響結(jié)皮效果和產(chǎn)品硬度，用量至少0.4%。這里的A-33是指固胺（三乙烯二胺）加小分子二元醇溶解的，不是市售的海綿上用品（有很多假冒品）。④有機(jī)錫：進(jìn)口的T-12最好，用量極少（萬分之一）就可以明顯改進(jìn)結(jié)皮效果和縮短開模時間。需要注意的是：小心白料的儲存周期，因為普通有機(jī)錫都是不耐水解的，會慢慢失效，像T-12，用在組合料中一周以后失效跡象就很明顯了，建議動用耐水解型的T-120/T-6。⑤三聚類的：最好用PC-41 （0.3-0.5%） 加硬而不影響泡孔結(jié)構(gòu)。有一段時間用過DMP-3達(dá)0.5% 效果不太理想。有人用二甲基乙醇胺，據(jù)說蠻好用的，我試驗一下發(fā)現(xiàn)泡孔有變粗跡象就沒敢玩火（不過那時所用4110也太不像是人做出來的）。⑥其他類型的：二甲基芐胺 （0.5%）改進(jìn)制品品質(zhì)并不好，除非用于較低密度的、尺寸偏長的、閉模灌注的裝飾用線角板，可以改善料子的流動性。資料顯示：“N-甲基、二環(huán)己胺”可以加厚結(jié)皮，可惜找了好幾年我連樣品都沒弄到手！DBU試用過，可以加厚結(jié)皮，太貴了還不如加大A-33用量劃算。
五、發(fā)泡劑配合? 現(xiàn)在多數(shù)是 141B/水 發(fā)泡體系。水量0.2-0.7%，普通仿木料141B一般不要超過10份。141B的使用量會直接影響結(jié)皮厚度與硬度，用多了也會造成表面有暗泡
六、其他助劑降粘度、色料、抗黃變等? 可以加點不反應(yīng)的東西降低白料粘度，比如DBP之類的來個3% 。色料、抗氧化劑等直接加進(jìn)去就行了，無須多慮。
七、填料? 這里只針對手工發(fā)泡。 可以加惰性細(xì)粉類的東西加強(qiáng)剛硬性。注意：不能加含水量過高的東西 嘿嘿，學(xué)會設(shè)計配方了（如果懂得當(dāng)量，那更容易理解，可惜現(xiàn)在的高中大學(xué)教材都不教當(dāng)量，都叫摩爾比，暈死）
接下來向老師請教幾個問題：
１.硬泡聚醚的選擇 ４１１０ ， ４０３ 之類的如何配比
２.催化劑選擇：三乙醇胺，ＤＭＥＡ，ＤＭＣＨＡ，ＰＭＤＥＴＡ如何選，比例大概多少
３.硅油和發(fā)泡劑的選擇
４.ＮＣＯ指數(shù)可以在什么范圍，為什么有指數(shù)2.５的
5.42是指-NCO的分子量，0.30是指粗MDI的-NCO%含量
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