无氟利昂发泡体系用泡沫稳定剂研究-中国泡沫行业淘汰ODS行动网.doc

无氟利昂发泡体系用泡沫稳定剂研究 金一 （南京德美世创化工有限公司 江苏南京 210046） 摘 要：通过对无氟发泡体系特点的分析，设计合成了一种适用于无CFC发泡体系的泡沫稳定剂AK-8805，介绍了AK-8805的性能，并与L6900等进口泡沫稳定剂进行了比较。AK-8805用于环戊烷等无CFC发泡体系，具有乳化能力强、贮存稳定和泡沫性能良好等优点，发泡性能与L6900相似，是一种综合性能良好的泡沫稳定剂。 关键词：泡沫稳定剂；有机硅表面活性剂；聚氨酯泡沫塑料；CFC替代 氯氟烷烃类化合物（如CFC-11）对大气臭氧层有明显的破坏作用，造成地球大气环境的恶化，危害人类生存。全面禁止使用CFC-11等氯氟烷烃类化合物已是全人类的共识。氯氟烷烃的重要应用领域之一是聚氨酯泡沫塑料。我国自1991年签署蒙特利尔协议后，逐步加快了聚氨酯泡沫塑料生产的无氟利昂化进程，已经取得了很大的进展。在聚氨酯工业中禁止使用氯氟烷烃不应视为仅仅是CFC-11等的简单替换，而是一项涉及到许多基础原料的研制和开发的系统工程。在发泡过程中使用CFC-11替代物如HCFC-141b、戊烷系列化合物、水等发泡剂，必然会引起泡沫材料许多物理化学性质的改变以及加工工艺过程的变化，要使泡沫制品达到比较理想的性能，就必须对基本原料如聚醚（或聚酯）多元醇、催化剂、匀泡剂等进行必要的改进，研究开发出适用于新发泡体系的品种。目前国内对无氟利昂体系的泡沫稳定剂研究并不多见，也未见比较理想的产品。为了满足国内对无氟发泡体系泡沫稳定剂的需求，我们研制了适合戊烷体系（环戊烷、正/异戊烷）、HCFC-134a、HCFC-141b等发泡体系使用的新型泡沫稳定剂。 1 泡沫稳定剂分子结构设计 由于戊烷等无氟利昂发泡剂与CFC-11相比性能差异较大，因此用于戊烷体系的泡沫稳定剂其性能也明显有别于过去的泡沫稳定剂。戊烷是非极性物质，它与聚醚多元醇的相溶性极差，要使两者良好的乳化，就要求泡沫稳定剂具有很强的乳化能力，以保证组合聚醚的贮存稳定性。不仅如此，戊烷在发泡过程中，从正在发生反应的物料体系中逃逸的倾向比CFC-11更为严重，因此还要求泡沫稳定剂对戊烷和正在反应的物料体系有良好的乳化能力，以阻止戊烷从正在反应的物料体系中逃逸，保证泡沫制品的性能。其次戊烷的导热系数较CFC-11更大，导致泡沫塑料的导热系数随之增大。为了降低导热系数，要求泡沫稳定剂具有更为优异的成核能力，以使泡孔更为细小均匀，基于上述几个基本要求我们设计了以下的分子结构。 CH3 CH3 CH3 CH3 | | | | CH3—Si—O—[ Si—O—]m—[Si—O—]n—Si—CH3 | | | | CH3 CH3 CH2 CH3 | CH2 CH2-O(CH2 CH2O)x[CH(CH3) CH2O]yR 式中m、n分别代表分子中二甲基硅氧烷和甲基聚醚烷基硅氧烷链节的平均数目。R为C1、C4的烷烃或H。x、y分别代表聚醚分子中环氧乙烷和环氧丙烷链节的平均数目。 在上述结构中m、n、x、y选取恰当的数值对决定泡沫稳定剂的性能有极重要的价值。我们经过大量的试验工作，确定了m、n、x、y的最优值。 泡沫稳定剂的合成仍采用常用的含氢硅油与烯丙醇为起始剂的聚醚通过硅氢化反应制备。 2 泡沫稳定剂的性能 2.1 物理常数 上述结构的泡沫稳定剂的物理性能如表1所示。 表1 泡沫稳定剂的物理性能 项 目 单位符号 指 标 外观 － 透明粘性液体 粘度(25℃) mPa·s 800±200 密度(25℃) g/cm3 1.05±0.02 凝固点 ≤ ℃ 0 pH值(4%水溶液) － 6.5±1.5 2.2 乳化能力 我们在进行泡沫稳定剂的分子结构设计时，充分考虑了亲水亲油链的作用及其平衡，因此研制的产品对环戊烷-聚醚体系具有极佳之乳化能力。实验中使用离心法观察了环戊烷在组合聚醚中的分离情况。此法是将聚醚、泡沫稳定剂、催化剂、环戊烷、水等配成组合聚醚，然后将组合聚醚放置在离心机中，进行离心运动。在离心运动中我们可以制造出较重力场大许多倍的加速度，加快环戊烷从体系中的分离速度。众所周知，一个分散在粘性介质中的不溶液体小圆珠，它会在重力场的作用下，从粘性介质中分离出来，沉降（或上浮）的速度可由下式表达： U1=[2g r2(ρ1－ρ2)]/qη