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聚氨酯复合材料在卫生洁具的应用

来源:职称阁分类:电子论文 时间:2019-09-23 11:24热度:

  卫生洁具行业中的节能节水问题关键在于洁具材料的选择,聚氨酯由于其较低的导热系数和吸水率,具有极佳的节能保温效果,是较理想的洁具材料。但聚氨酯作为有机物具有高温易燃、易开裂,以及光泽度低的特性,是行业关注的关键技术难题。本文从聚氨酯的本质改性、纤维增强基复配、喷射发泡技术等方面的研究,与读者一起探讨聚氨酯新材料复合性能单一的或协同的变化机理,初步建立复合材料性能改变的理论体系。

聚氨酯复合材料在卫生洁具的应用

  关键词:纤维增强基;改性聚氨酯;喷射发泡

  1前言

  节能环保是我国目前的基本国策,也是贯彻可持续发展战略的重要举措。中国能源资源相对缺乏,节约能源已是刻不容缓。在能源消费结构中,建筑能耗占有重要比重,在我国“十一五”整体规划中已明确提出要求住宅建筑和公共建筑严格执行节能50%的标准。其中建筑家居是节能环保工作的重要组成部分之一,全面推进建筑家居的节能环保,有利于保证国民经济持续稳定快速发展,改善人民生活和健康环境,而卫生洁具行业中的节能节水问题关键在于洁具材料的选择。目前市场上洁具材质有八种:搪瓷、玻璃纤维增强水泥(GRC)、水磨石、陶瓷、玻璃钢、人造大理石(人造玛瑙)、聚丙烯酸酯复合材料、热塑性塑料。而节能环保型聚氨酯作为卫生洁具的一种材料只是近几年出现:德国Keramag公司推出新款F1浴缸,采用了拜耳材料科技公司的聚氨酯材料,由喷射发泡和微孔硬质整体蒙皮成型的泡沫塑料制成。

  我国浙江格鲁斯集团旗下所生产的洁具产品材料主要是由意大利进口的目前世界上最低碳环保最优质的聚氨酯复合材料,无毒无害,经久耐用不会裂并。聚氨酯材料是目前所有的有机材料中节能性能最好的保温产品之一(几种保温材料性能对比见下表1)。聚氨酯具有最佳的节能保温效果,其导热系数仅为0.017~0.025W/m·K,是所有保温材料的最小值。聚氨酯高分子材料具有较完美的泡孔结构,具有较佳的结构稳定性和理化性能。聚氨酯材料是双组份液体交联发泡,泡体呈热固性网状结构,闭孔率高,抗压、抗拉强度大,韧性强,且耐热稳定性好,安全使用温度达120℃。聚氨酯聚合物材料因保温板形变造成的开裂隐患小,同时聚氨酯泡沫防水却不疏水,其分子链存有一定量的-OH基团,与其它有机或无机材料相容性好,极易粘贴复合。另外,由于聚氨酯高分子材料属热固性材料,遇火燃烧后即易形成积炭层,随着积炭层的增厚,热量和氧气传递被隔绝,最后形成一个难燃或不燃层,可阻止火焰的进一步蔓延,因此聚氨酯材质洁具消防安全性相对较好。

  2国内外同类产品技术和现状

  目前我国卫生洁具发展的主要趋势是:改变行业传统的高投入、高消耗、高排放、低效益的发展方式,积极推动卫生洁具产业节能减排和技术进步,是全行业今后几年的重要任务之一;实现“节能、节材、节水、节地、环保和清洁安全”的发展目标,将是中国卫生洁具行业今后可持续健康发展的长期和重要任务。洁具行业的技术创新除了产品的外观设计外,更重要的是开发适合产品技术发展趋势的新材料。近几年来,节能环保型聚氨酯高分子复合材料开始在卫生洁具产品中得到运用。聚氨酯软体浴缸在欧美、日本等发达国家备受青睐,德国Keramag公司推出新款F1浴缸采用的主体材料是拜耳材料科技公司制作的聚氨酯材料。聚氨酯典型配方由异氰酸酯、多元醇以及可选择的泡沫添加剂组成,制作工艺采用聚氨酯喷射系统和微孔硬质整体蒙皮成型的泡沫塑料相结合。

  浴缸的底座是用Baydur硬质聚氨酯整体蒙皮泡沫制造的,固化后,可以承受相当大的载荷。该材料可用几种方法上漆,其高质量的表面能满足现代卫浴设计的所有美学要求。Baydur的另一特点是极低的吸水性,这意味着浴缸不太会出现“脚部返潮”的情况。底座是在铝质闭模中一次成型的,在设计中考虑了基座与浴缸上部的连接,保证装配完好。在我国采用聚氨酯主体材料制成的洁具产品并不多见,据市场统计浙江格鲁斯集团生产的洁具系列用品其材料主要是采用低碳环保优质的聚氨酯复合材料,且该材料是由意大利进口的。其主要方法在亚克力或者凝胶涂料成型后直接利用聚氨酯喷涂得到。该类洁具产品因材料节能环保、成本低,附加值高、健康舒适等优点,可取代传统的材质打造时尚行业产品,必将成为家具洁具未来发展的趋势。经过相关文献和专利的检索分析,现有的聚氨酯材料技术主要是对软体聚氨酯发泡材料的制备,并未发现应用于浴缸产品的聚氨酯材料的研究报道。涉及使用聚氨酯材料生产制备软体浴缸的研究报道只有专利权人秦松林的201110048038.2复合软体浴缸、淋浴盆、洗面盆及其制作工艺和宣城市银河洁具有限责任公司的200710135572.0一种复合浴缸和200720042559.6一种复合浴缸。专利权人秦松林的201110048038.2专利涉及到了浴缸、淋浴盆、洗面盆、小便器、拖布池、马桶、洁身器等产品的制造:复合软体浴缸主要由浴缸外壳、软性聚氨酯发泡材料、及浴缸内层聚氨酯弹性涂层组成。

  其中浴缸外壳由PMMA等塑制板材制作,作为浴缸的结构支撑。宣城市银河洁具有限责任公司的200710135572.0和200720042559.6两个专利内容相似:公开了一种复合浴缸及其制作工艺,涉及浴缸的制造。200710135572.0专利说明该复合浴缸主要由软材料壳体、外壳及两者间的聚氨酯材料填充层、纤维粘接层组成,壳体粘接在聚氨酯材料层上,并通过聚氨酯材料层及纤维粘接层与外壳结合为一体。该复合浴缸制作工艺的主要特征是:浴缸内壳模具为制作软材料壳体的模具,它可吸附软材料壳体材料的上模具和下模具;在浴缸的成型流程中,先将聚氨酯液体注入到浴缸外壳内,再将吸附作为软材料壳体的软体板材的上模具放置在浴缸外壳内,让聚氨酯液体发泡成为聚氨酯软体材料层。200720042559.6专利在200710135572.0专利基础上补充说明复合浴缸外壳由亚克力板材制作,软材料壳体可以由PVC人造革或PU人造革或PU合成革制作。从上分析可知:对于已有的聚氨酯材料制备的浴缸发明专利,主要集中在产品制作的工艺的改进、聚氨酯材料作为浴缸中间体和外观涂层材料等方面。对高柔韧性聚氨酯材料在节能节水型洁具中的运用未有报道。

  3聚氨酯复合材料洁具产品的优越性

  (1)工艺简单,成本低,附加值高传统工艺需要打磨、涂底胶,等底胶干透后铺毡,然后用树脂手糊,一个浴缸需要重复3层纤维与树脂手糊。以1700×1200的浴缸计算,一个工人一天顶多手糊8个,且操作不当很容易造成报废,而采用聚氨酯原料与技术,无需人工,3~8min生产出一个成品,且价格是传统的4倍,而生产成本却差不多。(2)牢固度与外观好聚氨酯制成的浴缸经国际专家鉴定为浴缸中的保时捷,能确保浴缸至少25年不变质,牢固度与外观美感都非常好。(3)适应生产线与机器人自动化技术采用聚氨酯喷涂技术,改变以往手动操作,为机械化与生产线提供了可行性,产业由劳动密集型、能源密集型向技术密集型转变。(4)环保性能好传统工艺有树脂苯乙烯有毒气体挥发,而聚氨酯技术不含苯乙烯与任何有毒气体与粉尘,废料可以在任何垃圾场自由处理或者作为再生能源使用。

  4需重点解决的技术关键问题

  4.1新型聚氨酯洁具材料的分子设计与合成

  调控有机中间体单元结构,设计和合成液态反应型性能增强剂,将其通过化学作用引入到聚氨酯高分子的主链或侧基,赋予洁具材料本质高效的节能、节水、阻燃功能,是项目真正得以实现的前提条件;基于降低成本的要求,需完善并严格控制反应过程中的工艺条件。

  4.2纤维增强基改性聚氨酯洁具材料技术

  合理选择合适的无机或有机纤维类型,增强基量比、粒度大小、以及增强基在有机乳液中的分散方式,是解决复配产品的稳定性、相容性、抗熔滴性的关键;此外参与复配增强基材料的化学成份、结构对改性的聚氨酯复合材料柔韧性也极为重要。

  4.3喷射发泡技术及其生产工艺的研发

  洁具底座部分采用微孔硬质整体蒙皮成型;中间主体部分采用半硬质或软质聚氨酯喷射和短纤维喷射结合成型,以及组合料快速固化是实现高质量的复合材料色彩稳定,抗老化性的重要环节;模具的浇铸或焊接技术,以及模体在空气中的敞开固化,连续喷射发泡,是实现聚氨酯软体浴缸产业化生产的关键。

  4.4新型聚氨酯洁具复合材料物化性能机理的研究

  利用多种现代仪器和方法,探讨复合材料微观物相及宏观性能变化关系;探索节能、节水、阻燃、柔韧性等多种物化性能相互协同变化规律,以及可能发生的新颖物理和化学现象;揭示新型卫生洁具用复合材料高温掺水时液相、凝聚相、中断热交换,以及微观物相、量比等多方面单一或协同的作用机理,为合成理想的卫生洁具聚氨酯软体材料提供坚实的理论指导,是项目真正得以顺利进行的关键。

  5结语

  近年来,中国卫浴行业竞争激烈,外资品牌与本土品牌的竞争愈演愈烈,数量众多的本土企业均想发展壮大,继续转变发展模式。推动技术创新,促使洁具产品真正融入“节能、环保、节水、清洁安全”的主题,是行业寻找市场的契合点。洁具材料的选择是行业技术革新的首选,具有本质节能节水绿色环保的聚氨酯材料将是卫生洁具行业未来发展的趋势。新兴的聚氨酯材料虽被卫生洁具行业看好,但在我国采用聚氨酯主体材料制成的洁具产品并不多见,主要是聚氨酯的本质改性、纤维增强基改性聚氨酯、喷射发泡技术等生产技术和工艺还存在难点,需要广大的技术人员进行攻关解决,相信在广大科研工作者的努力下,我们必将实现“节能、环保、节水、清洁、安全”的行业发展目标。

  作者:陆远文 谢振武 单位:佛山市恒洁卫浴有限公司

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文章名称:聚氨酯复合材料在卫生洁具的应用

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