XPS生產(chǎn)用發(fā)泡劑的選擇201512

1XPS板材生產(chǎn)用發(fā)泡劑的選擇信春玲010-6445292013910724559xincl@北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

XPS生產(chǎn)用發(fā)泡劑的選用原則發(fā)泡劑對(duì)PS的塑化作用發(fā)泡劑在PS中的溶解與擴(kuò)散發(fā)泡劑的理化性能

引言主要內(nèi)容1引言3XPS板材生產(chǎn)工藝1引言4發(fā)泡劑是XPS生產(chǎn)的主要關(guān)鍵原料板材的密度板材的導(dǎo)熱系數(shù)尺寸穩(wěn)定性擠出工藝設(shè)備要求生產(chǎn)成本---對(duì)制品綜合性能及生產(chǎn)穩(wěn)定性有重要影響1引言5發(fā)泡劑是XPS生產(chǎn)的主要關(guān)鍵原料什么樣的發(fā)泡劑？添加多少？HCFC-142a,HCFC-22？丁烷、戊烷？CO2？乙醇、甲醇？二甲醚？HFC-152a，HFC-134a?HFO-1234ze?？1引言6物理發(fā)泡劑的發(fā)展歷史

分子量(g/mol)沸點(diǎn)(°C)25℃下的蒸汽壓(kpa)

ODPGWP可燃性CFC-11137.423.7105.614750NoCFC-12120.9-29.8651.6110890NoCFC-113187.447.744.5416130NoCFC-114170.93.5213.46110040NoHCFC-2286.5-40.71043.80.0551810NoHCFC-142b100.5-9.1338.950.0652310YesPropane44.1-42.1950.700Yesn-Butane58.1-0.5243.100YesIso-butane72.2-11.7348.900YesHFC-152a66-24.7598.50140YesHFC-134a102-26.3665.4801300NoCO244-78.5N/A01NoN228-195.8N/A00NoBefore1990safter2010Later1990sPotential1引言7環(huán)境友好性是推動(dòng)發(fā)泡劑替代的主要?jiǎng)恿Α?/p>

也是發(fā)泡劑選用的首要和基本要求。發(fā)泡劑的理化性能發(fā)泡劑在PS中的溶解與擴(kuò)散發(fā)泡劑對(duì)PS的增塑作用2發(fā)泡劑的理化特性8沸點(diǎn)（boilingpoint)蒸汽壓(vaporpressure)分子量（molecularweight)導(dǎo)熱系數(shù)(thermalconductivity)物理性能化學(xué)性能反應(yīng)性（惰性）可燃性對(duì)人身健康危害性2發(fā)泡劑的理化特性92.1發(fā)泡劑的物理性能沸點(diǎn)（boilingpoint)液態(tài)氣態(tài)

水乙醇甲醇二甲醚正丁烷正戊烷142b152a134a沸點(diǎn)（℃）10078.364.7-24.9-0.536.1-9.2-24.7-26.5與環(huán)境壓力有關(guān)常溫下為液體環(huán)境溫度(泡孔內(nèi)溫度）低于發(fā)泡劑沸點(diǎn)，發(fā)泡劑液化，不能促進(jìn)泡孔生長(zhǎng)，且易造成制品收縮變形發(fā)泡劑的沸點(diǎn)低于37.8℃2發(fā)泡劑的理化特性10蒸汽壓（vaporpressure)

水乙醇甲醇二甲醚正丁烷正戊烷142b152a134a沸點(diǎn)（℃）10078.364.7-24.9-0.536.1-9.2-24.7-26.5蒸汽壓(kPa)3.175.9513.0510243.268.3338.9598.5665.525℃時(shí)的飽和蒸汽壓沸點(diǎn)越低，蒸汽壓越高，發(fā)泡時(shí)需要更高的機(jī)頭壓力以防止以預(yù)發(fā)泡可發(fā)泡性強(qiáng)，能促進(jìn)泡孔進(jìn)一步生長(zhǎng)2發(fā)泡劑的理化特性11分子量（molecularweight)100g的142b，氣體體積

V46g的二甲醚，氣體體積V溫度T和壓力P相同情況下142b二甲醚丁烷152a分子量（g/mol)100465866想得到發(fā)泡倍率相同的XPS板材，

用二甲醚取代142b，添加量為原用量的46/100

丁烷58/100

152a66/100不考慮發(fā)泡劑擴(kuò)散逃逸，用較低分子量的發(fā)泡劑替代高分子量的發(fā)泡劑時(shí)，盡管發(fā)泡倍率相同，其用量會(huì)相應(yīng)減小。2發(fā)泡劑的理化特性12導(dǎo)熱系數(shù)（λg）λ=λs+λg+λr

λ:XPS板材的導(dǎo)熱系數(shù)λs：PS固體部分的導(dǎo)熱系數(shù)λg：發(fā)泡劑的導(dǎo)熱系數(shù)λr

：輻射傳熱系數(shù)CFC-11142b152a134a丁烷CO2N2λ（W/mK）0.00820.01080.01360.01270.01590.01650.0258擴(kuò)散系數(shù)（*10-13m2/s)2.42.616002.9--10001400發(fā)泡劑導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)XPS板材的隔熱性能貢獻(xiàn)有多大？2發(fā)泡劑的理化特性13XPS中發(fā)泡劑含量隨時(shí)間衰減ZhenjinZhu,JinHoZong,C.B.Park,Manoj

Choudhar,EffectoflossofblowingagentsonthermalinsulationpropertiesofPSfoams,JournalofHeattransfer,2009,vol131XPS導(dǎo)熱系數(shù)隨時(shí)間變化

發(fā)泡劑含量衰減對(duì)XPS導(dǎo)熱系數(shù)的影響2發(fā)泡劑的理化特性14發(fā)泡劑含量衰減對(duì)XPS導(dǎo)熱系數(shù)的影響Dow化學(xué)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果142b134a152aCO25cm,32kg/m32發(fā)泡劑的理化特性15泡孔尺寸對(duì)輻射傳熱的影響減小泡孔尺寸，輻射傳熱降低，XPS導(dǎo)熱系數(shù)降低；泡孔密度提高，XPS的導(dǎo)熱系數(shù)減小。石墨微觀結(jié)構(gòu)引入紅外吸收劑降低25%保溫厚度可降低25%密度降低30%原料節(jié)省30%25303540452530354045density[kg/m3][mW/mxK]XPS/CO2紅外吸收33,8OhioStateUniversity2發(fā)泡劑的理化特性172.2發(fā)泡劑的化學(xué)性能反應(yīng)性（惰性）可燃性對(duì)人身健康危害性安全性易燃易爆危險(xiǎn)品火災(zāi)危險(xiǎn)性分級(jí)及試驗(yàn)方法：易燃易爆危險(xiǎn)品火災(zāi)危險(xiǎn)性分級(jí)》，按照爆炸極限將易燃?xì)怏w分為兩級(jí)：Ⅰ級(jí)

爆炸下限＜10%；或不論爆炸下限，爆炸范圍≥12%Ⅱ級(jí)10%≤爆炸下限＜13%，且爆炸極限范圍＜12%可燃性2發(fā)泡劑的理化特性18152a乙醇

二甲醚甲醇異丁烷甲酸甲酯134a可燃性易燃易燃易燃易燃易燃易燃不燃爆炸極限3.7-18.0%3.3-19.0%3-17%6-36.5%1.8-8.5%4.5-32.0%---根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016）將易燃液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性分為二類：甲類：爆炸下限＜10%的氣體；乙類：爆炸下限≥10%的氣體。2發(fā)泡劑的理化特性19

根據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）要求，進(jìn)行廠區(qū)規(guī)劃和建筑防火設(shè)計(jì)。單獨(dú)設(shè)置高壓泵房，并安裝通風(fēng)系統(tǒng)，與XPS生產(chǎn)車間有安全距離；XPS生產(chǎn)車間安裝通風(fēng)排氣系統(tǒng)、可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)；電氣安全；建立安全生產(chǎn)規(guī)章制度；編制應(yīng)急預(yù)案。

《二氧化碳技術(shù)制備擠塑聚苯乙烯泡沫板安全生產(chǎn)白皮書》2發(fā)泡劑的理化特性20對(duì)人身健康危害性二氟乙烷（152a）有窒息作用。過量接觸引起眩暈、定向障礙、易激動(dòng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制等。二甲醚對(duì)呼吸道和眼睛有輕微的刺激作用,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有影響。甲醇對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、視力減退、消化障礙。我國(guó)有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為50mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場(chǎng)工作須戴防毒面具。213發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散3.1發(fā)泡劑在PS中的溶解氣體/聚合物均相溶液發(fā)泡過程：泡孔成核及生長(zhǎng)固化定型223發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散CO2注氣量5wt%,

一階擠出機(jī)壓力大于15MPa

機(jī)頭壓力大于8MPa隨壓力增大，S增大隨溫度升高，S降低3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散23不同發(fā)泡劑在PS中的溶解度190℃100℃CO2的溶解度遠(yuǎn)低于HCFC,HFC,醇類二氧化碳發(fā)泡工藝的話，要求更高的擠出壓力3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散24加工設(shè)備對(duì)發(fā)泡劑溶解的影響CO2在PS中的溶解度（215℃）雙螺桿擠出機(jī)中CO2在PS中的溶解雙螺桿擠出機(jī)更強(qiáng)的分散混合能力使氣體團(tuán)聚體細(xì)化，擴(kuò)散入聚合物中的路徑縮短，從而溶解量增加停留時(shí)間3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散25共發(fā)泡劑提高二氧化碳的溶解度S.H.Mahmood,C.Xin,

P.Gong,

J.H.Lee,G.Li,andC.B.Park

*3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散26共發(fā)泡劑飽和壓力主要由CO2含量決定，CO2的溶解度沒有變化在一定的壓力下，總的發(fā)泡劑的溶解度可以提高RichardGendron，MichelF.Champagne,FoamingpolystyrenewithamixtureofCO2andethanol,Journalofcellularplastics,volume42,20063發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散27提高加工壓力；降低加工溫度；改善混合效率；延長(zhǎng)混合時(shí)間選用共發(fā)泡劑提高發(fā)泡劑溶解的措施：3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散283.2發(fā)泡劑在PS中的擴(kuò)散成核生長(zhǎng)定型溶解發(fā)泡工藝過程：√√√擴(kuò)散系數(shù)D↑，均相溶液形成時(shí)間縮短溶解總時(shí)間分散混合時(shí)間=物理擴(kuò)散時(shí)間+3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散293.2發(fā)泡劑在PS中的擴(kuò)散氣泡生長(zhǎng)：生長(zhǎng)的動(dòng)力：氣泡內(nèi)外的壓差擴(kuò)散系數(shù)D影響泡孔生長(zhǎng)速率3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散303.2發(fā)泡劑在PS中的擴(kuò)散氣泡定型：如果DBA＞Dair，T沒有冷卻到Tg或Tm以下，發(fā)泡材料起皺、收縮3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散31影響發(fā)泡劑在PS中擴(kuò)散的因素Fick定律P壓力升高，擴(kuò)散系數(shù)增大；溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)增大；T工藝條件對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響3發(fā)泡劑在PS中的溶解和擴(kuò)散32發(fā)泡劑種類不同，擴(kuò)散系數(shù)不同CO2擴(kuò)散系數(shù)比142b大104泡孔生長(zhǎng)速率大大提高，機(jī)頭內(nèi)泡孔生長(zhǎng)，制品有褶皺口模結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)4發(fā)泡劑對(duì)PS的增塑作用334.1降低熔體粘度壓力降低電流/扭矩降低擠出工藝參數(shù)：在線流變儀注氣量溫度

4發(fā)泡劑對(duì)PS的增塑作用344.2玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）降低發(fā)泡劑注氣量增加，Tg降低注氣量相同情況下，分子量小的發(fā)泡劑Tg降低更多4發(fā)泡劑對(duì)PS的增塑作用35復(fù)合發(fā)泡劑乙醇加入提高了總發(fā)泡劑的溶解度，相應(yīng)增塑作用增加板面質(zhì)量達(dá)到改善容重降低設(shè)備載荷降低5XPS生產(chǎn)用發(fā)泡劑的選用原則36環(huán)境友好性是發(fā)泡劑選用的首要和基本要求

CO2是目前XPS生產(chǎn)的主要替代發(fā)泡劑安全性是重要考慮因素選用沸點(diǎn)較低的發(fā)泡劑，提高制品尺寸穩(wěn)定性發(fā)泡劑注入量的主要依據(jù)---溶解度加工工藝調(diào)節(jié)主要考慮及參考依據(jù)---發(fā)泡劑的增塑作用5XPS生產(chǎn)用發(fā)泡劑