ภาพรวม
โฟมโพลียูรีเทน (PU) เป็นหนึ่งในวัสดุโพลิเมอร์ที่มีความหลากหลายในการใช้งานมากที่สุด โดยปริมาณการผลิตทั่วโลกเกิน 15 ล้านตันต่อปี การใช้งานครอบคลุมโฟมแข็งสำหรับฉนวน (การก่อสร้าง, ระบบทำความเย็น), โฟมยืดหยุ่น (เฟอร์นิเจอร์, เครื่องนอน, ที่นั่งในรถยนต์) และโฟมพิเศษ (การดูดซับเสียง, การบรรจุภัณฑ์, การกรอง) แม้ว่าโฟม PU จะถูกสร้างขึ้นหลักๆ ผ่านปฏิกิริยาระหว่างไอโซไซยาเนตและโพลีโอล แต่เพอร์ออกไซด์อินทรีย์และสารเติมแต่งพิเศษก็มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์โพลีโอลที่ปรับแต่ง การผลิตโพลีโอลแบบกราฟต์ และแอปพลิเคชันการเชื่อมโยงข้ามแบบพิเศษ
ความท้าทายหลักของอุตสาหกรรม ได้แก่: การลดค่า GWP (ศักยภาพการก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน) ของสารช่วยขยายตัว, การปรับปรุงประสิทธิภาพการต้านไฟ (ตามมาตรฐานอาคาร), การลดความหนาแน่นโดยไม่ลดความแข็งแรง, และการพัฒนาโพลีออลจากวัตถุดิบชีวภาพที่มาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน
การประยุกต์ใช้ทางเคมี
สารเคมีพิเศษถูกใช้ในหลายขั้นตอนของการผลิตโฟม PU:
- การสังเคราะห์โพลีโอลแบบกราฟต์: โพลีเมอร์โพลีโอล (โพลีโอลแบบกราฟต์) ผลิตขึ้นโดยการโพลีเมอไรเซชันของโคพอลิเมอร์สไตรีน/อะคริโลไนไตรล์ (SAN) หรือสไตรีน/บิวทาไดอีน ในโพลีโอลพื้นฐานโดยใช้ตัวเริ่มต้น AZO (AIBN) กระบวนการนี้สร้างการกระจายตัวที่เสถียร ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักและความยืดหยุ่นของโฟม
- สารเสริมการเชื่อมโยงข้าม: เพอร์ออกไซด์ที่มีฟังก์ชันต่ำสามารถให้การเชื่อมโยงข้ามเพิ่มเติมในสูตร PU พิเศษ ซึ่งช่วยปรับปรุงความเสถียรทางมิติและความทนต่อความร้อน
- สารปรับความหนืด: การโพลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์วินิลในโพลีออลที่เริ่มต้นด้วยเรดิคัล จะสร้างโพลีออลโพลิเมอร์ที่มีความหนืดควบคุมได้ สำหรับเกรดโฟมเฉพาะ
- การเสถียรภาพของสารลดแรงตึงผิวซิลิโคน: ระบบสารลดแรงตึงผิวพิเศษบางชนิดใช้การโพลิเมอไรเซชันที่เริ่มต้นด้วยเปอร์ออกไซด์สำหรับการสังเคราะห์โครงสร้างหลัก
คำแนะนำผลิตภัณฑ์
| ผลิตภัณฑ์ | ชื่อทางเคมี | หมายเลข CAS | การประยุกต์ใช้ PU |
|---|---|---|---|
| AIBN | Azobis(isobutyronitrile) | 78-67-1 | การสังเคราะห์โพลีออลแบบ SAN graft |
| เพอร์ออกซิด DCP | ไดคูมิลเปอร์ออกไซด์ | 80-43-3 | การเชื่อมโยงข้ามแบบพิเศษ, PU ที่ดัดแปลง |
| โพลีเอเทอร์ โพลีออล | โพลีออลที่มีพื้นฐานจาก PPG | 25322-69-4 | โพลีออลพื้นฐานสำหรับโฟมยืดหยุ่น/แข็ง |
| MDI แบบโพลิเมอร์ | ไดอิโซไซยาเนตไดฟีนิลเมทาน | 101-68-8 | ส่วนประกอบไอโซไซยาเนต (แข็ง) |
| เพอร์ออกซิด BIPB | Bis(t-BuPiP)benzene | 2212-81-9 | การปรับแต่ง PU ที่มีกลิ่นน้อย |
การเปรียบเทียบ: ประเภทโพลีออลแบบกราฟต์สำหรับโฟมยืดหยุ่น
| พารามิเตอร์ | SAN Graft (St/AN 70:30) | สไตรีน-บิวทาไดอีนแบบกราฟต์ | โพลีออลที่ไม่ผ่านการดัดแปลง |
|---|---|---|---|
| สารเริ่มต้น | AIBN (0.3-0.5%) | AIBN + ส่วนผสมเปอร์ออกไซด์ | ไม่ระบุ |
| ปริมาณสารแข็ง | 20-40% | 15-30% | 0% |
| ความหนืด (mPa·s) | 2000-5000 | 3000-8000 | 500-1500 |
| ความทนทานต่อแรงกดของชั้นฟิล์ม (ILD 65%) | สูง (120-180 N) | สูงมาก (180-250 N) | ต่ำ (60-100 N) |
| ความยืดหยุ่น (การเด้งของลูกบอล) | 40-50% | 35-45% | 50-60% |
| ช่วงความหนาแน่นของโฟม | 25-80 กก./ม.³ | 40-100 กก./ม.³ | 15-50 กก./ม.³ |
| สี | ขาวทึบ | ขาวทึบ | ใสถึงสีเหลืองอ่อน |
กรณีศึกษา: โฟมเบาะรถยนต์ที่มีความยืดหยุ่นสูง
ผู้ผลิตโฟมที่นั่งรถยนต์จำเป็นต้องปรับปรุงความแข็งของที่นั่ง (ILD 65% จาก 110N เป็น 160N) พร้อมทั้งรักษาอัตราการเด้งของลูกบอลให้มากกว่า 45% เพื่อความสบาย สูตรเดิมของพวกเขาใช้โพลีออลที่ยังไม่ผ่านกระบวนการดัดแปลง และไม่สามารถบรรลุความแข็งตามเป้าหมายได้โดยไม่ทำให้ดัชนีไอโซไซยาเนตสูงเกินไป (ซึ่งทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นและวัสดุเปราะ)
วิธีแก้ปัญหา: Do Sender Chem แนะนำให้ผสมโพลีโอลแบบกราฟต์ SAN 30% (สังเคราะห์ด้วย AIBN ที่ 0.4 wt%, เนื้อหาสารแข็ง 40%) เข้าไปในส่วนผสมโพลีโอล สูตรพื้นฐานได้รับการปรับเปลี่ยนเป็น: โพลีออลแบบกราฟต์ 30 / โพลีออลพื้นฐาน 70 / น้ำ 3.5 / สารลดแรงตึงผิวซิลิโคน 1.0 / ตัวเร่งปฏิกิริยาเอมีน 0.3 / TDI 105 ดัชนี
ผลลัพธ์:
- ILD 65%: 165N (จาก 110N — เพิ่มขึ้น 50%)
- การเด้งของลูกบอล: 47% (รักษาเป้าหมายความสบาย >45%)
- ความแข็งแรงในการดึง: 180 kPa (จาก 120 kPa)
- การยืดตัว: 130% (จาก 110%)
- ดัชนีไอโซไซยาเนตลดลงจาก 115 เป็น 105 (ประหยัดค่าใช้จ่าย)
แนวโน้มอุตสาหกรรม: โฟมจากวัตถุดิบชีวภาพและโฟมที่ปลอดภัยจากไฟ
อุตสาหกรรมโฟม PU กำลังเปลี่ยนแปลง: (1) โพลีออลจากวัตถุดิบชีวภาพ เช่น น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันละหุ่ง และ PET ที่รีไซเคิล จำเป็นต้องใช้ระบบตัวเริ่มต้นที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการโพลีเมอไรเซชันแบบกราฟต์; (2) สารขยายตัวที่มีค่า GWP ต่ำ (HFOs, น้ำ) ต้องการชุดสารลดแรงตึงผิวและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปรับแต่งแล้ว; (3) โฟมแข็งทนไฟสำหรับฉนวนอาคารกำลังใช้สารหน่วงไฟแบบปฏิกิริยาที่ผสานเข้ากับโครงสร้างหลักของโพลีออลมากขึ้น; (4) โพลีออลที่มีส่วนประกอบจากวัสดุรีไซเคิล ซึ่งได้จากการรีไซเคิลทางเคมีของขยะ PU ต้องการระบบตัวเริ่มต้นที่ทนต่อความบริสุทธิ์ได้ ทีมสารเติมแต่ง PU ของเราสนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพสูตรสำหรับโฟมทุกประเภท