聚氨酯發泡是很多個化學反應的集合,參與反應的各個原料之間存在配比關係,就需要按一定的配比來設計配方。各個發泡師會有自己配比的方式,各有各的特點。這個介紹一個比較簡單的方法,就是當量法。
當量,就是各個原料之間的配比關係。例如TDI的當量是87,水的當量是9,意思就是9克的水完全反應掉需要87克的TDI。那如果配方裡的水是2.5克,需要多少TDI呢?那就是
2.5 X 87/9 = 24.2克。
簡單理解,當量就是對衝關係,多少的A料可以對衝掉多少的B料,就是這樣。
當然,配方裡面還會有很多其他的原料,例如聚醚多元醇(俗稱黃油),聚合物多元醇(俗稱白油),以及各種助劑。在那麼獲得或者計算它們的當量呢?
對於聚醚多元醇和聚合物多元醇,甚至是聚酯多元醇,不管是多少分子量和幾個羥基的,生產廠家都會提供一個重要參數,就是羥值。這裡要注意,羥值不是羥基含量。羥基含量是另外一個概念,以後有機會再介紹怎麼由羥基含量換算當量。
有了羥值,事情就好辦了。記住個簡單的公式,
56100/羥值 = 當量
例如一般用的3000分子量的黃油,羥值是56,那麼它的當量 = 56100/56 = 1002。再例如慢回彈2000的羥值是240,當量= 56100/240 = 234。不需要問56100是哪裡來的,記住就好了。
TDI用量=黃油用量X87 /黃油當量
例如,100克黃油需要消耗的TDI量= 100X87 / (56100/56) = 8.68克。
異氰酸酯,大部分用的也就是TDI、MDI,它們的當量是多少呢?上面說了,TDI的是87。TDI的分子量是174,它有兩個異氰酸酯基團(NCO基團)參與反應,所以當量是174/2=87。MDI的複雜一點。純的MDI是晶體,用不了。市面上的都是改性的/聚合的/液化的,每個產品的NCO含量都不一樣。
怎麼計算MDI的當量呢?涉及到一些的化學知識,不展開講了。這裡提供一個公式,大家記下來就好。每個MDI產品都會有一個重要參數,就是NCO基團的重量百分比,NCO%。
有了NCO%值,對應的
MDI當量= 4200/NCO%
例如亨斯曼2412的NCO%是26.1,那麼當量= 4200/26.1 = 161。
有了當量值,就很好計算配方中的異氰酸酯的用量。例如下面的一個配方(示例配方,並非實際生產的配方)
黃油 60 羥值 56
白油 10 羥值 33
慢2000 30 羥值 240
水 2
丁二醇 1
其他助劑
上述配方中,理論上需要的TDI用量= 60X87 /(56100/56) + 10X87 /(56100/33) + 30X87 /(56100/240) +2X87/9 + 1X87/45 = 38.2。這是一個慢回彈海綿的配方,通常發泡指數(也叫TDI指數)設計為0.9,所以實際TDI用量為38.2X0.9=34.3。
回顧一下,本文其實只講了四個公式,
1. 黃油當量=51600/羥值
2. MDI當量=4200/NCO%
3. TDI用量= 黃油用量 X 87 / 黃油當量
4. MDI用量=黃油用量 X MDI的當量 / 黃油當量
上面講的黃油,包括了所有要消耗TDI或者MDI反應的原料,例如聚醚多元醇,聚合物多元醇,聚酯多元醇,水,以及其他助劑例如丁二醇,二乙醇胺,三乙醇胺,以及各式各樣的拉力劑曾硬劑等等。