【技術(shù)】泡沫穩(wěn)定劑(硅油)講義
1. 硅油是什么東西
硅油是一種有機(jī)硅的表面活性劑,在中國早叫發(fā)泡靈,外國人叫Silicone surfactant。臺(tái)灣人、香港人叫Silicone。后來中國人通常叫做叫勻泡劑、泡沫穩(wěn)定劑。這類表面活性劑可分為Si- O- C 型和Si- C 型。Si- C鍵不發(fā)生水解, 而Si- O- C鍵在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下易水解,采用這種連接方式制得的泡沫穩(wěn)定劑不宜用于配制組合料,因?yàn)樗c叔胺催化劑和水的混合物貯存一段時(shí)間后,則會(huì)因Si- O- C 鍵的水解而使產(chǎn)品失去穩(wěn)定泡沫的作用。故用于硬泡、半硬泡、高回彈的勻泡劑一般為Si- C型。其結(jié)構(gòu)一般為:
總而言之我們說:硅油是一種在發(fā)泡過程中能使泡沫穩(wěn)定起發(fā),在泡沫上升過程中使泡沫體平穩(wěn)上升不塌泡,并使泡孔結(jié)構(gòu)均勻細(xì)密,不破泡的一種有機(jī)硅油助劑。十年前硅油的國內(nèi)產(chǎn)量比較低,并且沒進(jìn)入高端市場(chǎng),市場(chǎng)主要由歐美國家控制。經(jīng)過國人這些年的努力,硬泡硅油目前的市場(chǎng)主要由國內(nèi)的公司來做,并且從低端到高端,從保溫到冰箱有一系列的產(chǎn)品供應(yīng)。像我們東峻化工每年生產(chǎn)2000多噸硅油,其中有500多噸的出口,并且出口量還在上升,許多產(chǎn)品出口到歐美市場(chǎng)。
2.硅油的作用
硅油的作用簡(jiǎn)單來說就是使發(fā)泡體系能發(fā)得起泡、能穩(wěn)的住泡、使所發(fā)泡沫的泡孔細(xì)密均勻、閉孔率高。不加硅油會(huì)塌泡,是發(fā)不出泡沫的。
有一組圖片大家可直觀看一下加與不加硅油在發(fā)泡過程中的區(qū)別(右圖加過硅油)。那么硅油是如何起到控制泡孔作用的,主要有以下幾個(gè)方面:
2.1 乳化作用
硅油是一種乳化劑,一端親油,一端親水,能使白料中的各組份(特別是聚醚、聚酯、發(fā)泡劑)在攪拌過程中能形成均一、穩(wěn)定的溶液,使組合料不分層。如下圖所示:
另外在黑白料混合過程中也能起到一定的使黑白料混合均勻的作用。我們都知道,黑白料混合的越均勻,反應(yīng)就越充分,所得的泡沫的泡孔就越均勻,流動(dòng)性就越好,密度分布梯度就越小。
2.2 成核作用
在反應(yīng)剛一發(fā)生,硅油有降低體系的表面張力,從而使體系在攪拌時(shí)使混入的空氣形成一定數(shù)量的起泡核,在泡沫起發(fā)的過程中,成核的氣泡泡核起到類似“ 晶種”的作用,使泡沫能順利形成,慢慢變大,如果泡沫形不成泡核,那么也就形不成均一的泡沫體。就像我們吹肥皂泡一樣,不加點(diǎn)洗衣粉或洗潔精,誰也不可以吹出一串串泡泡,只有加一點(diǎn)點(diǎn)洗衣粉才可吹出五彩的氣泡。
2.3 穩(wěn)定泡沫的作用
泡沫剛形成時(shí)很小很小,隨著發(fā)泡反應(yīng)的進(jìn)行,泡沫也在不斷長(zhǎng)大,不斷有氣體進(jìn)入氣泡中。在泡沫固化前的這一過程中,泡沫體也還很脆弱,一不小心就會(huì)破,硅油是一種表面活性劑,有硅油的存在,它可以定向排列在泡沫的表面,保護(hù)泡沫,避免了泡與泡的合并,從而使泡沫穩(wěn)定,不至于是泡沫破裂,合并,無止境的擴(kuò)大,從而保證形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的泡沫;
另一方面硅油能溶解黑料(MDI)與水反應(yīng)形成的脲,從而使泡壁的張力均一,沒有應(yīng)力點(diǎn),保證泡沫不破,直到泡沫體固化,形成均一高閉孔率結(jié)構(gòu)的泡沫。
2.4 改善泡沫體的流動(dòng)性、密度分布
我們說硅油是一種表面活性劑,可以降低體系的表面張力,如下圖所示
降低表面張力有利于提高泡沫體對(duì)基材模具的潤(rùn)濕性,從而提高流動(dòng)性和密度分布,減少暗泡。下面是兩組加表面活性劑和未為加表面活性劑液體流動(dòng)的對(duì)比。
3. 硅油的分類
硅油的分類還是基于它的特性來進(jìn)行分類,一般分三類:一、成核能力強(qiáng)的硅油;二、乳化能力強(qiáng)的硅油;三、流動(dòng)性好的硅油。其他應(yīng)用方面的分類有很多,如根據(jù)發(fā)泡劑來分類:F-11體系、141B體系、環(huán)戊烷體系、全水體系;根據(jù)用途分類:家電、板材、噴涂等。這樣分類很多,但本質(zhì)也是基于硅油自身結(jié)構(gòu)所賦與它特性,我們平時(shí)所說的不同的發(fā)泡劑選用不同的硅油,不同的用途選用不同的硅油,歸根到底還是基于以上三方面的要求和不同。
硅油基本性能分類
例如:1、我們都說環(huán)戊烷體系選用的硅油不同與141B體系的,為什么呢?一個(gè)很重要的原因就是環(huán)戊烷與常規(guī)聚醚體系的相溶性差。那么,要使組合料體系穩(wěn)定你要不選用特殊的聚醚,要不就選用乳化能力強(qiáng)的硅油。
2、有人說我們的組合料沒有人家的出方率高,那是由于你的組合料的流動(dòng)性,起發(fā)速度不夠好,你選用的硅油又是流動(dòng)性很差的硅油,出方率怎么可能高呢?
4. 硅油的選擇
那么我們大家在實(shí)際應(yīng)用中,如何選擇合適的硅油呢?依據(jù)還是上面那幅三角圖,看你需要的是什么,要求的是什么,你想要什么樣的結(jié)果:
例如1、如果你要求泡孔特別細(xì),閉孔率要特別高,那你選擇偏向成核能力方面作用強(qiáng)的硅油,比如我們公司的H-3625,H-350,H-3625A;
2、如果你用發(fā)泡劑量特別大,還加了相當(dāng)?shù)木埘?,那你要選擇乳化能力強(qiáng)的硅油,比如我們公司的H-3609,H-3618,H-3606,H-693等;
3、如果你要求要發(fā)出方率高或大塊模具泡沫的硅油,那你就選流動(dòng)性好的硅油,比如我公司的H-3612,H-3625B。
4、假如你想要綜合性能比較好的:做冰箱料,用環(huán)戊烷做發(fā)泡劑,不僅要求泡孔還要求乳化能力,流動(dòng)性也不能太差,那你就選擇我公司的H-3610,H-3633,H-360等。
不同的硅油有不同的特性,不同的硅油側(cè)重點(diǎn)不同。你要根據(jù)你的原料情況,不同的用途選擇適合你體系的硅油。硅油主要功用的方向確定后,再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求,挑選適當(dāng)性能的產(chǎn)品,每個(gè)主要方向的的硅油都有一系列微調(diào)的產(chǎn)品供用戶選擇以滿足不同的需求。硅油的選擇我認(rèn)為和找對(duì)象一樣,沒有好,只有適合。你不能要求一種硅油,乳化性好,流動(dòng)性好,泡孔細(xì)。說實(shí)話,這樣的硅油還是很難找得到。你要明確你的需求才可以找到合適的產(chǎn)品。
5. 硅油的檢驗(yàn)(每一個(gè)樣至少發(fā)兩個(gè)泡),我說說實(shí)用的方法:
硅油檢驗(yàn)主要檢驗(yàn)兩個(gè)方面的性能:
5.1基本發(fā)泡應(yīng)用
檢硅油實(shí)用的方法就是發(fā)泡,其他的方法都沒有太大的代表意義:選用單一聚醚(只用4110),硅油加0.5~1%,發(fā)泡密度在20kg左右,發(fā)泡的速度控制在起發(fā)速度在15~20S左右,催化劑也不要選太復(fù)雜,只用A-33即可。比較泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)及流動(dòng)的長(zhǎng)度,從而就可看出不同的硅油效果差異。每個(gè)品種要做兩個(gè)樣重復(fù)比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)才有意義。
5.2穩(wěn)定性能
檢驗(yàn)硅油及組合料的貯存穩(wěn)定性:配好的組合料,用干凈的瓶子密封起來,放入60~70℃的烘箱中存放48小時(shí)、96小時(shí)、120小時(shí)分別發(fā)泡,和未高溫貯存組合料所發(fā)的泡沫進(jìn)行比較,如泡孔變化不大,那么你的組合料常溫放置3~5個(gè)月肯定不會(huì)出問題。如果泡沫明顯變大,甚至出現(xiàn)塌泡,那說明你配的組合料肯定有問題。
當(dāng)然如果你對(duì)同一廠家的同一牌號(hào)的硅油用過五批以上,那你也可以按硅油廠家提供的物性指標(biāo)檢驗(yàn)即可,硅油廠家還不至于中間隨便敢以次充好,除非你要求大幅度降價(jià)那也難說。
不過我在此聲明,我們東峻化工肯定不會(huì)有這樣的情況,如果你要求降價(jià),我們核算后如有降價(jià)的空間,我們可以降,如果沒有那沒辦法。如果您確實(shí)能買到同等質(zhì)量,價(jià)格也很便宜的硅油,只能說明我們東峻要更加努力,為大家提供更加質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品。
6. 硅油的用量
一般請(qǐng)況下我們建議硅油的用量在聚醚+聚酯總量1.5~3.0%。據(jù)不同的季節(jié),不同的用途要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。你使用真正百分之百的硅油加0.5份也不會(huì)塌泡,但組合料一般不會(huì)配好后立即就使用。特別是夏天高溫天氣,在存放的過程中總會(huì)有一些副反應(yīng)發(fā)生使組合料質(zhì)量下降,溫度越高反應(yīng)速度就越快。所以一般建議硅油要加到聚醚+聚酯的2%。硅油比例超過聚醚+聚酯的5%時(shí),我們認(rèn)為是沒有任何意義的(除非你使用的硅油的有效含量只有30~50%)硅油量太大,對(duì)組合料性能的改善已經(jīng)沒有太大作用,雖然泡孔稍有那么一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)微的變化,但會(huì)影響粘結(jié)力等其他性能,真正的好的硅油不用加太多!有人曾做過組合料中硅油用量對(duì)泡孔細(xì)密度的實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下圖:
硅油用量對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)影響
硅油用量據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,不同地域,不同的氣候,不同的季節(jié),不同的用途都有不同的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比如冬天氣溫較低,發(fā)泡速度慢,泡孔容易變粗,我們建議硅油要多加,夏天較熱可以適當(dāng)少加;發(fā)阻燃泡沫,由于阻燃劑容易造成破泡,硅油也要適當(dāng)多加;低密度泡沫,硅油應(yīng)多加,高密度可以少加;大塊泡,硅油多加,小塊就少加一點(diǎn);冰箱料硅油量大適當(dāng)一點(diǎn),保溫管道少加一點(diǎn);冷庫噴涂硅油含量要高一些,如果屋頂噴涂稍微少一點(diǎn);用質(zhì)量好的聚醚(比如高橋的)、聚酯硅油少加一點(diǎn)也問題不大,如果用比市場(chǎng)價(jià)格便宜20%的聚醚、聚酯,還用了地下工廠的F-11,硅油即使是再多加也不能保證不出問題,更不用說少加了。我們一般認(rèn)為:硅油多不超過聚醚(加聚酯)量5%,不少于1%。不同的發(fā)泡工程師都有一套自己的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),這需要在工作中歸納和總結(jié)。
7. 硅油在使用中易出現(xiàn)的問題
7.1 變渾濁:在天氣特別冷,特別熱時(shí),有的硅油會(huì)變渾濁,這不一定是硅油的質(zhì)量出了問題,你可以詢問廠家什么原因,一般在硅油特定的溫度范圍它不會(huì)變渾。在常溫下,硅油變清且搖勻后不分層,說明硅油沒問題,如果不能變透明很可能硅油已經(jīng)變質(zhì);
7.2 硅油失效:目前硅油的結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定,在保質(zhì)期內(nèi)一般不會(huì)失效。如失效,不一定是硅油本身出了狀況,有可能是外部環(huán)境出了問題,從而破壞了硅油,使硅油失效,常見的問題有以下幾方面:
① 聚醚、聚酯中的環(huán)丙值高。聚醚、聚酯的后一道工序要脫環(huán)丙,如環(huán)丙脫不干凈,環(huán)丙會(huì)使硅油斷鏈,從而使硅油失效。
② F11、141b酸性太強(qiáng)。由于F11、141b酸性強(qiáng),并有小分子的東西存在,可能會(huì)破壞硅油,
③ 機(jī)油。如果你的設(shè)備漏油,使機(jī)油進(jìn)入組合料體系,也會(huì)使硅油破壞,從而造成大孔,甚至塌泡
④ 聚酯、有機(jī)錫。用了有機(jī)錫做催化劑的聚酯或用有機(jī)錫做發(fā)泡催化劑也能使硅油失效,從而造成大孔,甚至塌泡
7.3 分層,變臭。在不當(dāng)?shù)沫h(huán)境中存放很久或有其他雜質(zhì)污染的硅油會(huì)分解,分層變臭,這樣的硅油有破泡作用,不能使用。
8. 硅油的儲(chǔ)運(yùn)、使用
8.1硅油好保存在干燥,陰涼的環(huán)境中;
8.2如果長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,使用前好在地上滾動(dòng)一兩分鐘;
8.3開桶后,如果一次使用不完,取料后一定要擰緊桶蓋;
8.4硅油是一種無毒、無腐蝕性的有機(jī)硅表面活性劑,不屬于危險(xiǎn)品。大部分品種硅油易溶于水,有些特殊品種可能不易溶于水,會(huì)溶于醇類;如果粘到皮膚上不用過于緊張,用水洗即可,濺到眼睛里,用水沖洗后看醫(yī)生;硅油不能當(dāng)食品充饑,誤食還是要洗胃;
8.5冬天太冷,有的硅油品種會(huì)渾濁,甚至結(jié)塊,好烘熱到室溫,滾動(dòng)均勻后使用;
8.6硅油的保質(zhì)期:合理保存不少于一年。長(zhǎng)期儲(chǔ)存后的硅油,如果物性指標(biāo)正常,檢驗(yàn)合格也可以使用,我公司五年多的硅油經(jīng)檢驗(yàn)不影響使用。
8.7取用少量硅油一定要用干凈的專用器具。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或有機(jī)錫等對(duì)硅油有破壞作用,如果混用有這類物質(zhì)的器具,很可能使整桶的硅油變質(zhì)。
9、硅油市場(chǎng)目前狀況
生產(chǎn)硅油的廠家雖然不超過十家,但目前的市場(chǎng)也是相當(dāng)混亂。質(zhì)量沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。聚醚、發(fā)泡劑這類原料起碼有一些基本的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法,但硅油只有各個(gè)廠家自己的標(biāo)準(zhǔn)。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量也就層次不齊,價(jià)格變動(dòng)也很大。便宜的可能和聚醚4110價(jià)格差不多,貴的七八十塊一公斤也有。
我這里可以給大家說一下,硬泡硅油的價(jià)格在25~50塊人民幣/公斤是比較合理的,因?yàn)槌杀驹谀抢铮阈挪恍潘荚谀抢?真正的硅油作為一種助劑怎么可能和4110的價(jià)格差不多?基本的有機(jī)硅原料都在30多塊了,再加上運(yùn)輸,加工,做硅油的多少還要賺點(diǎn)錢吧!催化劑有過4110的價(jià)格嗎?有的人說我們用的硅油就很便宜,很便宜的硅油我勸大家還是好好想想硅油為什么能這么便宜,為什么呢?
大家都是做工廠的,當(dāng)你的客戶說我用別家的組合料比你們公司的便宜2000塊時(shí),你會(huì)怎么想?你肯定會(huì)想這組合料里面是不是都是甘油啊還是蓖麻油啊或者……...加聚酯都便宜不了!!!有人說我用人家的便宜的東西,反正也沒問題。但我還是希望你用便宜的硅油時(shí),加0.5份硅油在60℃烘5天后發(fā)泡和貴一點(diǎn)的硅油比較一下泡孔的變化,再確定這兩種硅油是否有區(qū)別。正常的情況下加2份硅油可能是不會(huì)有什么問題,但我們一定要防止意外的情況。好一點(diǎn)的硅油,用量可以降一點(diǎn),對(duì)于組合料廠來說效益是一樣的。有的人說,我不敢少加,少加怕出問題,那你多加了便宜的硅油你就肯定是多加了硅油嗎,未必!!少加不敢,但你敢加便宜的硅油!!
便宜的菜,十有八九是地溝油炒的;便宜的米很可能是加了塑料顆粒的;便宜的面有可能是加了滑石粉的。不知你信不信,我是信了!!
綜合上述:
1.硅油在組合料中或發(fā)泡過程中是一種關(guān)鍵的助劑,用的不多,作用不小,沒有硅油是要塌泡的,硅油失效了也是要塌泡的。
2.硅油的質(zhì)量和價(jià)格是相關(guān)的,一分價(jià)錢一分貨,你用豆腐的價(jià)格想買到肉,可能性是很小的,你聰明,別人也不傻。
3.硅油的作用:乳化、成核、穩(wěn)泡、流動(dòng)。
4.硅油的選擇,在采購硅油時(shí)一定要表明你的目的,硅油廠家可以據(jù)你的要求和他們公司產(chǎn)品的特性幫你選擇合適的產(chǎn)品。
5.硅油的檢驗(yàn):硅油檢驗(yàn)好用減量法做應(yīng)用實(shí)驗(yàn),這樣比較有代表性,表觀的物性指標(biāo)不能代表硅油實(shí)際的作用。
6.硅油的用量:聚醚+聚酯的1.5-3.5%,我公司的硅油我們一般建議用量在1.5~2.5%;
7.組合料如出現(xiàn)問題不要急于下結(jié)論,不要說一定是硅油出問題了。要認(rèn)真分析,我建議每個(gè)工程師養(yǎng)成良好的習(xí)慣,每次來了原料都要用干凈的器具封樣。這樣即使出現(xiàn)問題后,可以把封樣取出來一一分析,否則發(fā)現(xiàn)問題卻找不到根本原因,這不急死人!你在發(fā)貨前,自己的產(chǎn)品也要做留樣以觀測(cè)穩(wěn)定性,客戶有投訴時(shí)也可分析原因。