1. Hydroxylzahl: 1 Gramm Polymerpolyol enthält eine Hydroxylmenge (-OH), die der Anzahl Milligramm KOH entspricht; Einheit: mgKOH/g.
2. Äquivalent: das durchschnittliche Molekulargewicht einer funktionellen Gruppe.
3. Isocyanatgehalt: der Gehalt an Isocyanat im Molekül
4. Isocyanatindex: gibt den Grad des Isocyanatüberschusses in der Polyurethanformulierung an und wird üblicherweise mit dem Buchstaben R bezeichnet.
5. Kettenverlängerer: Darunter versteht man niedermolekulare Alkohole und Amine, die Molekülketten verlängern, erweitern oder räumliche Netzwerkvernetzungen bilden können.
6. Hartsegment: Das Kettensegment, das durch die Reaktion von Isocyanat, Kettenverlängerer und Vernetzer an der Hauptkette von Polyurethanmolekülen gebildet wird, und diese Gruppen weisen eine größere Kohäsionsenergie, ein größeres Raumvolumen und eine größere Steifigkeit auf.
7. Weiches Segment: Polyol aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Hauptkette, gute Flexibilität, in der Polyurethan-Hauptkette für das flexible Kettensegment.
8. Ein-Schritt-Verfahren: bezeichnet das Verfahren, bei dem Oligomerpolyol, Diisocyanat, Kettenverlängerer und Katalysator gleichzeitig nach der direkten Einspritzung in die Form vermischt und bei einer bestimmten Temperatur ausgehärtet werden.
9. Präpolymerverfahren: Zunächst erfolgt eine Präpolymerisationsreaktion von Oligomerpolyol und Diisocyanat, um ein endständiges NCO-basiertes Polyurethan-Präpolymer zu erzeugen. Dieses Präpolymer wird anschließend mit einem Kettenverlängerer umgesetzt. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Elastomers wird als Präpolymerverfahren bezeichnet.
10. Semi-Präpolymer-Verfahren: Der Unterschied zwischen dem Semi-Präpolymer-Verfahren und dem Präpolymer-Verfahren besteht darin, dass ein Teil des Polyesterpolyols oder Polyetherpolyols dem Präpolymer in Form einer Mischung mit Kettenverlängerer, Katalysator usw. zugesetzt wird.
11. Reaktionsspritzgießen: Auch bekannt als Reaktionsspritzgießen (RIM), werden dabei Oligomere mit niedrigem Molekulargewicht in flüssiger Form sofort vermischt und gleichzeitig in die Form eingespritzt. Durch die schnelle Reaktion im Formhohlraum steigt das Molekulargewicht des Materials rapide an. Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung völlig neuer Polymere mit neuen charakteristischen Gruppenstrukturen bei extrem hohen Geschwindigkeiten.
12. Schaumindex: Das heißt, die Anzahl der Teile Wasser, die in 100 Teilen Polyether verwendet werden, wird als Schaumindex (IF) definiert.
13. Schaumbildungsreaktion: bezeichnet allgemein die Reaktion von Wasser und Isocyanat, bei der substituierter Harnstoff entsteht und CO2 freigesetzt wird.
14. Gelreaktion: bezieht sich im Allgemeinen auf die Bildung von Carbamaten.
15. Gelierzeit: Unter bestimmten Bedingungen benötigt das flüssige Material Zeit, um ein Gel zu bilden.
16. Milchige Phase: Am Ende von Zone I tritt in der flüssigen Phase der Polyurethanmischung ein milchiges Phänomen auf. Dieser Zeitpunkt wird bei der Polyurethanschaumbildung als Aufschäumzeit bezeichnet.
17. Kettenexpansionskoeffizient: bezeichnet das Verhältnis der Menge an Amino- und Hydroxylgruppen (Einheit: mo1) in den Kettenverlängererkomponenten (einschließlich des gemischten Kettenverlängerers) zur Menge an NCO im Präpolymer, d. h. das Molverhältnis (Äquivalentzahl) der aktiven Wasserstoffgruppe zu NCO.
18. Polyether mit niedriger Ungesättigtheit: hauptsächlich für die PTMG-Entwicklung, PPG-Preis, Reduzierung der Ungesättigtheit auf 0,05 mol/kg, nahe an der Leistung von PTMG, Verwendung eines DMC-Katalysators, Hauptsorte der Bayer Acclaim-Serie.
19. Ammoniakester-Lösungsmittel: Bei der Herstellung von Polyurethan-Lösungsmitteln sind die Löslichkeit und die Verdunstungsrate zu berücksichtigen. Bei der Herstellung des im Lösungsmittel verwendeten Polyurethans ist jedoch der hohe Anteil an NCO-Gruppen im Polyurethan zu beachten. Lösungsmittel wie Alkohole und Etheralkohole, die mit NCO-Gruppen reagieren, sind ungeeignet. Das Lösungsmittel darf keine Verunreinigungen wie Wasser oder Alkohol sowie keine alkalischen Substanzen enthalten, da diese das Polyurethan schädigen.
Das Esterlösungsmittel darf kein Wasser, keine freien Säuren und keine Alkohole enthalten, da diese mit NCO-Gruppen reagieren. Das in Polyurethan verwendete Esterlösungsmittel sollte ein hochreines Ammoniakester-Lösungsmittel sein. Dazu wird das Lösungsmittel mit überschüssigem Isocyanat umgesetzt, und anschließend wird die Menge an nicht umgesetztem Isocyanat mit Dibutylamin bestimmt, um die Eignung zu prüfen. Der Isocyanatverbrauch ist nicht aussagekräftig, da er angibt, dass das im Ester, Alkohol und der Säure enthaltene Wasser die gesamte Isocyanatmenge verbraucht. Wird stattdessen die Grammzahl des Lösungsmittels, die zum Verbrauch der NCO-Gruppen benötigt wird, angegeben, ergibt sich ein Wert für gute Stabilität.
Ein Isocyanatäquivalent von weniger als 2500 wird nicht als Polyurethanlösungsmittel verwendet.
Die Polarität des Lösungsmittels hat einen großen Einfluss auf die Harzbildungsreaktion. Je höher die Polarität, desto langsamer die Reaktion. Beispielsweise beträgt der Polaritätsunterschied zwischen Toluol und Methylethylketon 24-fach. Das Lösungsmittelmolekül ist sehr polar und kann Wasserstoffbrückenbindungen mit der Hydroxylgruppe des Alkohols ausbilden, was die Reaktion verlangsamt.
Polychlorierte Esterlösungsmittel sind aromatischen Lösungsmitteln vorzuziehen, da sie schneller reagieren als Ester oder Ketone wie Xylol. Der Einsatz von Ester- und Ketonlösungsmitteln kann die Lebensdauer von doppelverzweigtem Polyurethan im Bauwesen verlängern. Bei der Herstellung von Beschichtungen ist die Verwendung des bereits erwähnten „Ammoniak-Lösungsmittels“ vorteilhaft für die enthaltenen Stabilisatoren.
Esterlösungsmittel zeichnen sich durch eine hohe Löslichkeit, eine moderate Verflüchtigungsrate und eine geringe Toxizität aus und werden daher häufiger verwendet. Cyclohexanon findet ebenfalls häufiger Verwendung. Kohlenwasserstofflösungsmittel hingegen weisen eine geringe Feststofflöslichkeit auf, werden seltener allein, sondern häufiger in Kombination mit anderen Lösungsmitteln eingesetzt.
20. Physikalisches Treibmittel: Bei einem physikalischen Treibmittel entstehen die Schaumporen durch die Veränderung der physikalischen Form eines Stoffes, d. h. durch die Ausdehnung eines komprimierten Gases, die Verflüchtigung einer Flüssigkeit oder die Auflösung eines Feststoffs.
21. Chemische Treibmittel: Chemische Treibmittel sind solche, die nach der Zersetzung durch Erhitzen Gase wie Kohlendioxid und Stickstoff freisetzen und feine Poren in der Polymerzusammensetzung der Verbindung bilden können.
22. Physikalische Vernetzung: In der Polymerkette befinden sich einige harte Ketten, die nach chemischer Vernetzung bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungs- oder Schmelzpunkts die gleichen physikalischen Eigenschaften wie der vulkanisierte Kautschuk aufweisen.
23. Chemische Vernetzung: bezeichnet den Prozess der Verknüpfung großer Molekülketten durch chemische Bindungen unter der Einwirkung von Licht, Wärme, hochenergetischer Strahlung, mechanischer Kraft, Ultraschall und Vernetzungsmitteln zur Bildung eines Netzwerks oder einer Formstruktur des Polymers.
24. Schaumindex: Die Anzahl der Teile Wasser, die 100 Teilen Polyether entsprechen, wird als Schaumindex (IF) definiert.
25. Welche Isocyanattypen werden hinsichtlich ihrer Struktur üblicherweise verwendet?
A: Aliphatisch: HDI, alicyclisch: IPDI, HTDI, HMDI, Aromatisch: TDI, MDI, PAPI, PPDI, NDI.
26. Welche Isocyanate werden häufig verwendet? Geben Sie die Strukturformel an.
A: Toluoldiisocyanat (TDI), Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI), Polyphenylmethanpolyisocyanat (PAPI), verflüssigtes MDI, Hexamethylendiisocyanat (HDI).
27. Was bedeuten TDI-100 und TDI-80?
A: TDI-100 besteht aus Toluoldiisocyanat mit 2,4-Struktur; TDI-80 bezeichnet ein Gemisch aus 80 % Toluoldiisocyanat mit 2,4-Struktur und 20 % mit 2,6-Struktur.
28. Welche Eigenschaften weisen TDI und MDI bei der Synthese von Polyurethanmaterialien auf?
A: Reaktivität von 2,4-TDI und 2,6-TDI. Die Reaktivität von 2,4-TDI ist um ein Vielfaches höher als die von 2,6-TDI, da die NCO-Gruppe in 4-Position bei 2,4-TDI weit von der NCO-Gruppe in 2-Position und der Methylgruppe entfernt ist und nahezu keine sterische Hinderung besteht, während die NCO-Gruppe von 2,6-TDI durch den sterischen Effekt der ortho-Methylgruppe beeinträchtigt wird.
Die beiden NCO-Gruppen des MDI sind weit voneinander entfernt und weisen keine Substituenten in ihrer Umgebung auf, wodurch die Aktivität beider NCO-Gruppen relativ hoch ist. Selbst wenn nur eine NCO-Gruppe an der Reaktion teilnimmt, verringert sich die Aktivität der verbleibenden NCO-Gruppe, bleibt aber insgesamt dennoch relativ hoch. Daher ist die Reaktivität des MDI-Polyurethan-Präpolymers höher als die des TDI-Präpolymers.
29.HDI, IPDI, MDI, TDI, NDI – welche der drei Vergilbungsbeständigkeiten bietet die beste?
A: HDI (gehört zu den invarianten gelben aliphatischen Diisocyanaten), IPDI (hergestellt aus Polyurethanharz mit guter optischer Stabilität und chemischer Beständigkeit, wird im Allgemeinen zur Herstellung von hochwertigem, nicht verfärbendem Polyurethanharz verwendet).
30. Zweck der MDI-Modifikation und gängige Modifizierungsmethoden
A: Verflüssigtes MDI: Modifizierter Zweck: Verflüssigtes reines MDI ist ein verflüssigtes modifiziertes MDI, das einige Nachteile von reinem MDI überwindet (fest bei Raumtemperatur, Schmelzen bei der Verwendung, mehrmaliges Erhitzen beeinträchtigt die Leistung) und auch die Grundlage für eine breite Palette von Modifikationen zur Verbesserung und Steigerung der Leistung von MDI-basierten Polyurethanmaterialien bietet.
Methoden:
① Urethanmodifiziertes verflüssigtes MDI.
② Carbodiimid- und Uretonimin-modifiziertes verflüssigtes MDI.
31. Welche Arten von Polymerpolyolen werden üblicherweise verwendet?
A: Polyesterpolyol, Polyetherpolyol
32. Wie viele industrielle Herstellungsverfahren gibt es für Polyesterpolyole?
A: Vakuumschmelzverfahren B: Trägergasschmelzverfahren C: azeotropes Destillationsverfahren
33. Welche besonderen Strukturen weist das Molekülgerüst von Polyester- und Polyetherpolyolen auf?
A: Polyesterpolyol: Eine makromolekulare Alkoholverbindung mit einer Estergruppe im Molekülgerüst und einer Hydroxylgruppe (-OH) am Ende. Polyetherpolyole: Polymere oder Oligomere mit Etherbindungen (-O-) und Endgruppen (-OH) oder Aminogruppen (-NH₂) im Molekülgerüst.
34. Welche Arten von Polyetherpolyolen gibt es nach ihren Eigenschaften?
A: Hochaktive Polyetherpolyole, gepfropfte Polyetherpolyole, flammhemmende Polyetherpolyole, heterocyclisch modifizierte Polyetherpolyole, Polytetrahydrofuranpolyole.
35. Wie viele Arten von gewöhnlichen Polyethern gibt es je nach Ausgangsstoff?
A: Polyoxid-Propylenglykol, Polyoxid-Propylentriol, Hartblasen-Polyetherpolyol, niedrig ungesättigtes Polyetherpolyol.
36. Worin besteht der Unterschied zwischen Hydroxy-terminierten Polyethern und Amin-terminierten Polyethern?
Aminoterminierte Polyether sind Polyoxidallylether, bei denen das Hydroxylende durch eine Aminogruppe ersetzt ist.
37. Welche Arten von Polyurethan-Katalysatoren werden üblicherweise verwendet? Welche gängigen Sorten sind darunter?
A: Tertiäre Aminkatalysatoren, häufig verwendete Sorten sind: Triethylendiamin, Dimethylethanolamin, N-Methylmorpholin, N,N-Dimethylcyclohexamin
Metallische Alkylverbindungen, häufig verwendete Sorten sind: Organozinnkatalysatoren, die in Zinn(II)-octoat, Zinn(II)-oleat und Dibutylzinndilaurat unterteilt werden können.
38. Welche Polyurethan-Kettenverlängerer bzw. -Vernetzungsmittel werden üblicherweise verwendet?
A: Polyole (1,4-Butandiol), alicyclische Alkohole, aromatische Alkohole, Diaminen, Alkoholamine (Ethanolamin, Diethanolamin)
39. Reaktionsmechanismus von Isocyanaten
A: Die Reaktion von Isocyanaten mit aktiven Wasserstoffverbindungen wird durch den Angriff des nukleophilen Zentrums des Moleküls der aktiven Wasserstoffverbindung auf das NCO-basierte Kohlenstoffatom verursacht. Der Reaktionsmechanismus ist wie folgt:
40. Wie beeinflusst die Struktur von Isocyanaten die Reaktivität von NCO-Gruppen?
A: Die Elektronegativität der AR-Gruppe: Ist die R-Gruppe elektronenziehend, ist die Elektronendichte des C-Atoms in der -NCO-Gruppe geringer und somit anfälliger für nukleophile Angriffe. Das heißt, nukleophile Reaktionen mit Alkoholen, Aminen und anderen Verbindungen werden erleichtert. Ist R hingegen elektronenschiebend und wird die Elektronendichte über die Elektronenwolke übertragen, erhöht sich die Elektronendichte des C-Atoms in der -NCO-Gruppe. Dadurch wird die Anfälligkeit für nukleophile Angriffe verringert, und die Reaktionsfähigkeit mit reaktiven Wasserstoffverbindungen nimmt ab. B: Induktionseffekt: Da das aromatische Diisocyanat zwei NCO-Gruppen enthält, wirkt die nicht reagierende -NCO-Gruppe aufgrund des konjugierten Effekts des aromatischen Rings als Elektronenanziehungsgruppe, wenn die erste -NCO-Gruppe an der Reaktion teilnimmt. Dies erhöht die Reaktivität der ersten NCO-Gruppe – der sogenannte Induktionseffekt. C. Sterische Wirkung: In aromatischen Diisocyanatmolekülen ist der Einfluss einer NCO-Gruppe auf die Reaktivität der anderen oft stärker, wenn sich zwei -NCO-Gruppen gleichzeitig in einem aromatischen Ring befinden. Sind die beiden NCO-Gruppen jedoch in verschiedenen aromatischen Ringen desselben Moleküls lokalisiert oder durch Kohlenwasserstoffketten oder andere aromatische Ringe getrennt, ist die Wechselwirkung zwischen ihnen gering und nimmt mit zunehmender Kettenlänge der Kohlenwasserstoffkette bzw. mit steigender Anzahl aromatischer Ringe ab.
41. Arten von aktiven Wasserstoffverbindungen und NCO-Reaktivität
A: Aliphatische NH2-Gruppe > Aromatische Gruppe > Wasser > Sekundäre OH-Gruppe > Phenol-OH-Gruppe > Carboxylgruppe > Substituierter Harnstoff > Amidogruppe > Carbamat. (Je höher die Elektronendichte des nukleophilen Zentrums ist, desto stärker ist die Elektronegativität, desto höher die Reaktionsaktivität mit Isocyanat und desto schneller verläuft die Reaktion; andernfalls ist die Aktivität gering.)
42. Einfluss von Hydroxylverbindungen auf deren Reaktivität mit Isocyanaten
A: Die Reaktivität aktiver Wasserstoffverbindungen (ROH oder RNH2) hängt von den Eigenschaften von R ab. Wenn R eine elektronenziehende Gruppe (niedrige Elektronegativität) ist, ist die Übertragung von Wasserstoffatomen erschwert, und die Reaktion zwischen aktiven Wasserstoffverbindungen und NCO ist schwieriger. Wenn R ein elektronenschiebender Substituent ist, kann die Reaktivität aktiver Wasserstoffverbindungen mit NCO verbessert werden.
43. Wozu dient die Reaktion von Isocyanat mit Wasser?
A: Es handelt sich um eine der grundlegenden Reaktionen bei der Herstellung von Polyurethanschaum. Bei der Reaktion zwischen den beiden Komponenten entsteht zunächst eine instabile Carbaminsäure, die dann in CO2 und Amine zerfällt. Ist das Isocyanat im Überschuss vorhanden, reagiert das entstehende Amin mit dem Isocyanat zu Harnstoff.
44. Bei der Herstellung von Polyurethan-Elastomeren muss der Wassergehalt der Polymerpolyole streng kontrolliert werden.
A: Bei Elastomeren, Beschichtungen und Fasern sind keine Blasen erwünscht, daher muss der Wassergehalt in den Rohstoffen streng kontrolliert werden und liegt üblicherweise unter 0,05 %.
45. Unterschiede in der katalytischen Wirkung von Amin- und Zinnkatalysatoren auf Isocyanatreaktionen
A: Tertiäre Aminkatalysatoren weisen eine hohe katalytische Effizienz für die Reaktion von Isocyanat mit Wasser auf, während Zinnkatalysatoren eine hohe katalytische Effizienz für die Reaktion von Isocyanat mit Hydroxylgruppen aufweisen.
46. Warum kann Polyurethanharz als Blockpolymer betrachtet werden, und welche Eigenschaften weist die Kettenstruktur auf?
Antwort: Da die Kettensegmente von Polyurethanharz aus harten und weichen Segmenten bestehen, bezeichnet das harte Segment jenes Kettensegment, das durch die Reaktion von Isocyanat, Kettenverlängerer und Vernetzer an der Hauptkette der Polyurethanmoleküle entsteht. Diese Gruppen weisen eine höhere Kohäsionsenergie, ein größeres Raumvolumen und eine höhere Steifigkeit auf. Das weiche Segment hingegen bezeichnet das Polyol, ein Kohlenstoff-Kohlenstoff-Polymer der Hauptkette, das eine gute Flexibilität aufweist und ein flexibles Segment innerhalb der Polyurethan-Hauptkette darstellt.
47. Welche Faktoren beeinflussen die Eigenschaften von Polyurethanwerkstoffen?
A: Gruppenkohäsionsenergie, Wasserstoffbrückenbindung, Kristallinität, Vernetzungsgrad, Molekulargewicht, Hartsegment, Weichsegment.
48. Aus welchen Rohstoffen bestehen die weichen und harten Segmente in der Hauptkette von Polyurethanmaterialien?
A: Das Weichsegment besteht aus Oligomerpolyolen (Polyester, Polyetherdiole usw.), und das Hartsegment besteht aus Polyisocyanaten oder deren Kombination mit niedermolekularen Kettenverlängerern.
49. Wie beeinflussen weiche und harte Segmente die Eigenschaften von Polyurethanmaterialien?
A: Weichsegment: (1) Molekulargewicht des Weichsegments: Bei gleichem Molekulargewicht des Polyurethans steigt die Festigkeit des Polyurethans mit zunehmendem Molekulargewicht des Polyesterdiols, wenn das Weichsegment aus Polyester besteht. Besteht das Weichsegment hingegen aus Polyether, sinkt die Festigkeit mit steigendem Molekulargewicht des Polyetherdiols, die Dehnung nimmt jedoch zu. (2) Kristallinität des Weichsegments: Sie hat einen größeren Einfluss auf die Kristallinität der linearen Polyurethanketten. Kristallisation verbessert im Allgemeinen die Eigenschaften von Polyurethanprodukten, kann aber die Tieftemperaturflexibilität des Materials verringern, und kristalline Polymere sind oft undurchsichtig.
Hartsegment: Das Hartsegment beeinflusst üblicherweise die Erweichungs- und Schmelztemperatur sowie die Hochtemperatureigenschaften des Polymers. Polyurethane, hergestellt aus aromatischen Isocyanaten, enthalten starre aromatische Ringe, wodurch die Festigkeit des Polymers im Hartsegment erhöht ist. Die Materialfestigkeit ist im Allgemeinen höher als die von Polyurethanen auf Basis aliphatischer Isocyanate, jedoch ist die Beständigkeit gegenüber UV-Abbau gering und die Vergilbungsneigung ausgeprägt. Aliphatische Polyurethane vergilben nicht.
50. Klassifizierung von Polyurethanschaum
A: (1) Hartschaum und Weichschaum, (2) Schaum mit hoher und niedriger Dichte, (3) Polyester- und Polyetherschaum, (4) TDI- und MDI-Schaum, (5) Polyurethanschaum und Polyisocyanuratschaum, (6) Herstellungsverfahren: Ein-Schritt-Verfahren, Vorpolymerisationsverfahren, kontinuierliches Verfahren und intermittierende Produktion, (8) Blockschaum und Formschaum.
51. Grundlegende Reaktionen bei der Schaumherstellung
A: Es bezieht sich auf die Reaktion von -NCO mit -OH, -NH₂ und H₂O. Bei der Reaktion mit Polyolen bezeichnet die „Gelreaktion“ im Schäumprozess im Allgemeinen die Bildung von Carbamaten. Da das Schaumrohmaterial multifunktionale Rohstoffe verwendet, entsteht ein vernetztes Netzwerk, das ein schnelles Gelieren des Schäumsystems ermöglicht.
Die Schäumungsreaktion findet im Schäumungssystem in Gegenwart von Wasser statt. Die sogenannte „Schäumungsreaktion“ bezeichnet allgemein die Reaktion von Wasser und Isocyanat zu substituiertem Harnstoff unter Freisetzung von CO₂.
52. Keimbildungsmechanismus von Blasen
Der Rohstoff reagiert in einer Flüssigkeit oder, abhängig von der Reaktionstemperatur, unter Bildung eines gasförmigen Stoffes und dessen Verflüchtigung. Mit fortschreitender Reaktion und der dabei entstehenden großen Menge an Reaktionswärme nehmen die Menge des gasförmigen Stoffes und die Verflüchtigung kontinuierlich zu. Sobald die Gaskonzentration die Sättigungskonzentration überschreitet, bildet sich in der Lösung eine aufsteigende Blase.
53. Die Rolle von Schaumstabilisatoren bei der Herstellung von Polyurethanschaum
A: Es hat eine emulgierende Wirkung, wodurch die gegenseitige Löslichkeit zwischen den Komponenten des Schaummaterials verbessert wird; Nach der Zugabe von Silikontensid wird die Oberflächenspannung γ der Flüssigkeit stark reduziert, wodurch die für die Gasdispersion benötigte freie Energie verringert wird, sodass die im Rohmaterial dispergierte Luft während des Mischvorgangs eher zur Keimbildung neigt, was zur Bildung kleiner Bläschen beiträgt und die Stabilität des Schaums verbessert.
54. Stabilitätsmechanismus von Schaum
A: Die Zugabe geeigneter Tenside begünstigt die Bildung einer feinen Blasendispersion.
55. Bildungsmechanismus von offenzelligem und geschlossenzelligem Schaum
A: Der Entstehungsmechanismus von offenzelligem Schaum: In den meisten Fällen ist bei hohem Druck in der Blase die Festigkeit der durch die Gelreaktion gebildeten Blasenwand nicht hoch genug, und der Wandfilm kann der durch den steigenden Gasdruck verursachten Dehnung nicht standhalten. Der Blasenwandfilm wird auseinandergezogen, und das Gas entweicht durch den Riss, wodurch offenzelliger Schaum entsteht.
Mechanismus der Bildung von geschlossenzelligem Schaum: Bei dem Hartblasensystem ist die Gelierungsgeschwindigkeit aufgrund der Reaktion von multifunktionellen Polyetherpolyolen mit niedrigem Molekulargewicht mit Polyisocyanat relativ hoch, und das Gas in der Blase kann die Blasenwand nicht durchbrechen, wodurch sich der geschlossenzellige Schaum bildet.
56. Schäumungsmechanismus von physikalischen und chemischen Schäummitteln
A: Physikalisches Treibmittel: Das physikalische Treibmittel ist dasjenige, bei dem die Schaumporen durch die Veränderung der physikalischen Form einer bestimmten Substanz entstehen, d. h. durch die Expansion von komprimiertem Gas, die Verflüchtigung von Flüssigkeit oder die Auflösung von Feststoff.
Chemische Treibmittel: Chemische Treibmittel sind Verbindungen, die bei der Zersetzung durch Hitze Gase wie Kohlendioxid und Stickstoff freisetzen und feine Poren in der Polymerzusammensetzung bilden.
57. Herstellungsverfahren für weichen Polyurethanschaum
A: Ein-Schritt-Verfahren und Präpolymerverfahren
Präpolymerverfahren: Dabei wird Polyetherpolyol mit überschüssigem TDI zu einem Präpolymer mit freien NCO-Gruppen umgesetzt und anschließend mit Wasser, Katalysator, Stabilisator usw. vermischt, um Schaum zu erzeugen. Einstufenverfahren: Verschiedene Rohstoffe werden nach genau berechneter Dosierung direkt in den Mischkopf gegeben, wodurch in einem Schritt Schaum entsteht. Dieses Verfahren kann in kontinuierlich und intermittierend unterteilt werden.
58. Merkmale der horizontalen und vertikalen Schaumbildung
Verfahren mit ausgeglichener Druckplatte: gekennzeichnet durch die Verwendung von Deckpapier und Abdeckplatte. Überlaufrillenverfahren: gekennzeichnet durch die Verwendung einer Überlaufrille und einer Förderband-Landeplatte.
Merkmale des vertikalen Schäumverfahrens: Mit geringem Materialdurchsatz lassen sich Schaumblöcke mit großem Querschnitt herstellen. Üblicherweise wird für Blöcke mit gleichem Querschnitt eine horizontale Schäummaschine verwendet. Der Materialdurchsatz ist dabei 3- bis 5-mal höher als beim vertikalen Schäumen. Durch den großen Querschnitt des Schaumblocks entstehen keine Ober- und Unterseite, und die Randhaut ist dünn, wodurch der Schnittverlust deutlich reduziert wird. Die Anlage benötigt wenig Platz, die Anlagenhöhe beträgt ca. 12–13 m, und die Investitionskosten für Anlage und Ausrüstung sind niedriger als beim horizontalen Schäumverfahren. Trichter und Form lassen sich leicht austauschen, um zylindrische oder rechteckige Schaumkörper herzustellen, insbesondere runde Schaumblöcke für das Rotationsschneiden.
59. Grundlegende Aspekte der Rohstoffauswahl für die Herstellung von Weichschäumen
A: Polyol: Polyetherpolyole für gewöhnlichen Blockschaum, Molekulargewicht im Allgemeinen 3000–4000, hauptsächlich Polyethertriol. Polyethertriol mit einem Molekulargewicht von 4500–6000 wird für hochelastischen Schaum verwendet. Mit steigendem Molekulargewicht nehmen Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizität des Schaums zu. Die Reaktivität ähnlicher Polyether nimmt ab. Mit zunehmendem Funktionalisierungsgrad des Polyethers wird die Reaktion beschleunigt, der Vernetzungsgrad des Polyurethans erhöht sich, die Schaumhärte steigt und die Dehnung nimmt ab. Isocyanat: Der Isocyanat-Rohstoff für Polyurethan-Weichblockschaum ist hauptsächlich Toluoldiisocyanat (TDI-80). Das relativ wenig reaktive TDI-65 wird nur für Polyester-Polyurethanschaum oder speziellen Polyetherschaum verwendet. Katalysator: Die katalytischen Vorteile der Massenschaumbildung lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Organometallverbindungen, wobei Zinncaprylat am häufigsten verwendet wird; Eine weitere Gruppe bilden tertiäre Amine, die häufig als Dimethylaminoethylether eingesetzt werden. Schaumstabilisator: In Polyester-Polyurethan-Schaumstoffen werden hauptsächlich silikonfreie Tenside verwendet, in Polyether-Schaumstoffen hingegen vorwiegend Organosiliciumdioxid-oxidiertes Olefin-Copolymer. Treibmittel: Im Allgemeinen wird bei einer Dichte von Polyurethan-Schaumstoffen über 21 kg/m³ nur Wasser als Treibmittel verwendet. Niedrigsiedende Verbindungen wie Methylenchlorid (MC) kommen nur bei Formulierungen mit niedriger Dichte als Hilfstreibmittel zum Einsatz.
60. Einfluss der Umgebungsbedingungen auf die physikalischen Eigenschaften von Blockschäumen
A: Temperatureinfluss: Die Schäumungsreaktion von Polyurethan beschleunigt sich mit steigender Materialtemperatur, was bei empfindlichen Formulierungen die Gefahr von Kernbrand und Feuer birgt. Einfluss der Luftfeuchtigkeit: Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt die Härte des Schaums aufgrund der Reaktion der Isocyanatgruppen im Schaum mit dem Wasser in der Luft ab, während die Dehnung zunimmt. Die Zugfestigkeit des Schaums steigt mit zunehmendem Harnstoffgruppenanteil. Einfluss des Luftdrucks: Bei gleicher Rezeptur verringert sich die Dichte beim Schäumen in größerer Höhe deutlich.
61. Der Hauptunterschied zwischen dem Rohmaterialsystem für kaltgeformten Weichschaum und dem für warmgeformten Schaumstoff
A: Die beim Kaltformverfahren verwendeten Rohstoffe weisen eine hohe Reaktivität auf. Da die Aushärtung durch die vom System erzeugte Wärme erfolgt, ist keine externe Erwärmung erforderlich. Die Aushärtungsreaktion ist somit innerhalb kurzer Zeit nahezu abgeschlossen, und die Form kann bereits wenige Minuten nach dem Einspritzen der Rohstoffe entformt werden. Im Gegensatz dazu ist die Reaktivität der Rohstoffe beim Heißformverfahren gering. Die Reaktionsmischung muss nach dem Aufschäumen in der Form zusammen mit dieser erwärmt werden. Das Schaumprodukt kann erst nach vollständiger Aushärtung im Brennkanal entnommen werden.
62. Welche Eigenschaften weist kaltgeformter Weichschaum im Vergleich zu heißgeformtem Schaumstoff auf?
A: ① Der Produktionsprozess benötigt keine externe Wärmezufuhr und spart somit viel Wärme; ② Hoher Durchhangkoeffizient (Zusammenfaltungsverhältnis), guter Komfort; ③ Hohe Rückstellkraft; ④ Auch Schaumstoff ohne Flammschutzmittel weist gewisse flammhemmende Eigenschaften auf; ⑤ Kurzer Produktionszyklus, spart Formen und Kosten.
63. Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von weichen und harten Blasen
A: Eigenschaften von Weichschaum: Die Zellstruktur von Polyurethan-Weichschaum ist überwiegend offen. Er zeichnet sich im Allgemeinen durch geringe Dichte, gute Elastizität, Schallabsorption, Luftdurchlässigkeit und Wärmedämmung aus. Verwendung: Hauptsächlich wird er für Möbel, Polstermaterialien, Fahrzeugsitzpolster, verschiedene weiche Polsterstoffe und Verbundwerkstoffe verwendet. Industrieller und privater Weichschaum dient außerdem als Filtermaterial, Schalldämmmaterial, Stoßdämpfungsmaterial, Dekorationsmaterial, Verpackungsmaterial und Wärmedämmstoff.
Eigenschaften von Polyurethan-Hartschaum: Polyurethanschaum zeichnet sich durch geringes Gewicht, hohe spezifische Festigkeit und gute Dimensionsstabilität aus. Die Wärmedämmleistung von Polyurethan-Hartschaum ist hervorragend. Starke Haftkraft, gute Alterungsbeständigkeit und lange Lebensdauer zeichnen ihn aus. Die Reaktionsmischung ist gut fließfähig und füllt Hohlräume und Zwischenräume komplexer Formen gleichmäßig aus. Das Rohmaterial für die Polyurethan-Hartschaumproduktion ist hochreaktiv, ermöglicht eine schnelle Aushärtung und somit eine effiziente Massenproduktion im Werk.
Verwendung: Wird als Isoliermaterial für Kühlschränke, Gefrierschränke, Kühlcontainer, Kühlhäuser, Öl- und Warmwasserleitungen, Gebäudewände und Dächer, Isolierplatten usw. verwendet.
64. Wichtige Punkte bei der Entwicklung von Formeln für harte Schaumblasen
A: Polyole: Polyetherpolyole für Hartschaumformulierungen sind im Allgemeinen hochenergetische Polypropylenoxidpolyole mit hohem Hydroxylwert (niedriges Molekulargewicht); Isocyanat: Derzeit wird für Hartschaum hauptsächlich Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat (PAPI) verwendet, d. h. Roh-MDI und polymerisiertes MDI; Treibmittel: (1) FCKW-Treibmittel (2) HFCKW- und HFKW-Treibmittel (3) Pentan-Treibmittel (4) Wasser; Schaumstabilisator: Der für Polyurethan-Hartschaumformulierungen verwendete Schaumstabilisator ist im Allgemeinen ein Blockpolymer aus Polydimethylsiloxan und Polyoxolefin. Derzeit sind die meisten Schaumstabilisatoren vom Si-C-Typ; Katalysator: Als Katalysator für Hartschaumformulierungen wird hauptsächlich ein tertiäres Amin verwendet, in speziellen Fällen kann auch ein Organozinnkatalysator eingesetzt werden; Weitere Zusatzstoffe: Je nach den Anforderungen und Bedürfnissen der verschiedenen Verwendungszwecke von Polyurethan-Hartschaumprodukten können Flammschutzmittel, Öffnungsmittel, Rauchinhibitoren, Alterungsschutzmittel, Anti-Schimmel-Mittel, Härtungsmittel und andere Zusatzstoffe der Rezeptur hinzugefügt werden.
65. Prinzip der Herstellung von Ganzhaut-Formschaum
A: Integralschaum (ISF), auch bekannt als selbsthautbildender Schaum, ist ein Kunststoffschaum, der zum Zeitpunkt der Herstellung seine eigene dichte Haut bildet.
66. Eigenschaften und Verwendung von mikroporösen Polyurethan-Elastomeren
A: Eigenschaften: Polyurethan-Elastomer ist ein Blockpolymer, das im Allgemeinen aus Oligomer-Polyolen (flexiblen, langkettigen Weichsegmenten), Diisocyanaten und Kettenverlängerern (Hartsegmenten) besteht. Hart- und Weichsegmente sind alternierend angeordnet und bilden so eine sich wiederholende Struktureinheit. Neben Ammoniakestergruppen kann Polyurethan Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb und zwischen den Molekülen ausbilden. Die Weich- und Hartsegmente können Mikrophasenbereiche bilden und eine Mikrophasentrennung bewirken.
67. Was sind die wichtigsten Leistungsmerkmale von Polyurethan-Elastomeren?
A: Leistungsmerkmale: 1. Hohe Festigkeit und Elastizität; hohe Elastizität über einen weiten Härtebereich (Shaw A10 bis Shaw D75); die erforderliche niedrige Härte kann in der Regel ohne Weichmacher erreicht werden, wodurch Probleme durch Weichmachermigration vermieden werden; 2. Höhere Tragfähigkeit als andere Elastomere bei gleicher Härte; 3. Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, 2- bis 10-mal höher als die von Naturkautschuk; 4. Ausgezeichnete Öl- und Chemikalienbeständigkeit; strahlungsbeständiges Polyurethan; ausgezeichnete Sauerstoff- und Ozonbeständigkeit; 5. Hohe Schlagfestigkeit, gute Dauerfestigkeit und Stoßfestigkeit, geeignet für Anwendungen mit hoher Biegefrequenz; 6. Gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen; 7. Herkömmliches Polyurethan ist nicht über 100 °C einsetzbar, mit einer speziellen Rezeptur jedoch bis 140 °C haltbar; 8. Relativ niedrige Formgebungs- und Verarbeitungskosten.
68. Polyurethan-Elastomere werden nach Polyolen, Isocyanaten, Herstellungsverfahren usw. klassifiziert.
A: 1. Polyurethan-Elastomere lassen sich je nach Oligomerpolyol-Rohmaterial in Polyester-, Polyether-, Polyolefin- und Polycarbonat-Typen unterteilen. Polyether-Elastomere können je nach Sorte in Polytetrahydrofuran- und Polypropylenoxid-Typen unterteilt werden. 2. Je nach Diisocyanat-Typ werden sie in aliphatische und aromatische Elastomere unterteilt und weiter in TDI-, MDI-, IPDI- und NDI-Typen. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens werden Polyurethan-Elastomere traditionell in drei Kategorien eingeteilt: Gießverfahren (CPU), thermoplastische Verfahren (TPU) und Mischverfahren (MPU).
69. Welche Faktoren beeinflussen die Eigenschaften von Polyurethan-Elastomeren aus der Sicht der Molekularstruktur?
A: Polyurethan-Elastomere sind aus molekularstruktureller Sicht Blockpolymere, die im Allgemeinen aus Oligomerpolyolen mit flexiblen, langkettigen Weichsegmenten, Diisocyanaten und Kettenverlängerern zu Hartsegmenten bestehen. Hart- und Weichsegmente sind alternierend angeordnet und bilden so eine sich wiederholende Struktureinheit. Neben Ammoniakestergruppen können Polyurethane Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb und zwischen den Molekülen ausbilden. Die Weich- und Hartsegmente können Mikrophasenbereiche bilden und eine Mikrophasentrennung bewirken. Diese Strukturmerkmale verleihen Polyurethan-Elastomeren eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Zähigkeit, weshalb sie auch als „verschleißfester Gummi“ bekannt sind.
70. Leistungsunterschiede zwischen gewöhnlichen Polyester- und Polytetrahydrofuranether-Elastomeren
A: Polyestermoleküle enthalten mehr polare Estergruppen (-COO-), die starke intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen bilden können, daher weist Polyester-Polyurethan eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Ölbeständigkeit auf.
Das aus Polyetherpolyolen hergestellte Elastomer weist eine gute Hydrolysestabilität, Witterungsbeständigkeit, Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und Schimmelresistenz auf. (Artikelquelle: Polymer Learning Research)
Veröffentlichungsdatum: 17. Januar 2024