软泡聚氨酯配方原材料成本分析.doc

软泡聚氨酯配方原材料成本分析
         软质聚氨酯块泡配方主要用原料有聚醚多元醇（ PPG 、三元羟值 56 ）、异氰酸酯（ TDI 80/20 ）、水（ H 2 O ）、氟里昂（ F 11 ）、硅油（ L 580 ）、辛酸亚锡（ T-9 ）、和胺（ A 33 ）。市场原材料单价为： PPG=8 元 /kg ， TDI=12 元 /kg ， F 11 =7 元 /kg ， T-9=30 元 /kg ， A 33 =30 元 /kg 。计算块泡原材料成本列表如下：
块泡密度（kg/M3）
12
16
20
24
30
36
PPG(kg/t pu)
617
645
662
676
714
746
H2O(kg/t pu)
32
30
28
28
24
20
F11(kg/t pu)
185
97
40
－
－
－
L580(kg/t pu)
14
12
11
10
9.3
9
T-9(kg/t pu)
2.1
2
1.6
1.5
1.4
1.5
A33(kg/t pu)
2
2
2
2
2.4
2.6
TDI 80/20(kg/t pu)
414
387
364

351
307
269
原料成本(元/t pu）
11812
11023
10437
10075
9836
9634
原料成本(元/M3 pu)
142
176
209
242
295
347
　　通过表中成本比较，不难看出原料成本变化的趋势。各生产厂家不断谋求低成本适用性强的软质聚氨酯配方，一般通过三种途径：
　　1 、选用抗氧化温度高的聚醚多元醇。因聚醚多元醇配用的抗氧剂种类和浓度不同，其抗氧化温度一般在 150 。 C 至 190 。 C 之间变化 . 泡沫密度取决于发泡指数，在相同发泡指数时，发泡剂水和物理发泡剂不同的比例可以调节发泡温度。物理发泡剂在反应中全部汽化排入大气，所以在发泡温升允许的前提下，少用物理发泡剂。若我们选用抗氧化温度高的聚醚多元醇，发泡密度小于 20kg/M 3 情况下可酌情减少氟里昂，增加水，使发泡指数不变。每少加氟里昂 10kg ，就多加水 1kg  ，多耗异氰酸酯 9.67kg,  多产出双代脲 8.22kg （在聚氨酯中）。 10kg 氟里计价 70 元 ,  9.67kg 异氰   酸酯计价 116 元，产出聚氨酯 8.22kg 消耗原材料计价 46 元，计算聚氨酯成本为 5600 元 /t pu ，减氟增水使成本下降。水与异氰酸酯反应生成双代脲，若异氰酸酯指数大于 100 情况下，双代脲进一步反应生成缩二脲，明显提高聚氨酯硬度。
　　2 、调整异氰酸酯指数提高同密度下聚氨酯硬度。聚醚多元醇与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯（聚氨酯）、水与异氰酸酯反应生成双代脲，这两项完全反应消耗异氰酸酯为理论用量。生产中实际异氰酸酯用量与理论用量之比叫异氰酸酯指数，该指数调整范围从 100 到 120 之间。一般规律，发泡密度低，指数大，在同一密度下，提高指数泡沫硬度增加，后熟化中温升高，增加了烧芯的危险性。为了提高同密度泡沫的硬度，生产厂家仍采用较高的异氰酸酯指数的配方，这种做法对聚氨酯成本的影响分析如下：在用水作发泡剂的聚氨酯发泡中，异氰酸酯指数为 100 时， 1 份水消耗异氰酸酯 9.67 份，生成 1.44 份二氧化碳和投入的 1 份水，共损失 2.44 份重量，只能生成 8.22 份聚氨酯产品，每公斤异氰酸酯可生成 0.85 公斤聚氨酯，其效益平衡点为 Pu 单价 /TDI 单价 =9.67/8.22=1.176 。当 Pu 单价大于 1.176 倍的 TDI 单价时，提高异氰酸酯指数，增加硬度是经济的。当指数大于 100 以上，多加的异氰酸酯在较高温度下，与双代脲生成缩二脲，与氨基甲酸酯生成脲基甲酸酯，一般反应速度慢，块泡在后熟化过程中吸收空气中的水，水与余量的异氰酸酯生成双代脲反应速度快，只有长时间的熟化，并且有游离态的异氰酸酯存在，维持较高的温度方能进行缩二脲和脲基甲酸酯二级反应。在二级反应中消耗的异氰酸酯全部进入产品，     此时，效益平衡点为 pu 单价 /TDI 单价 =1 。综上述分析，我们认为 PU 单价大于 1.176 倍的 TDI 单价是提高异氰酸酯指数，增加硬度的经济性分析的要点。
　　软质全水发泡聚氨酯配方中异氰酸酯指数为 95 － 103 之间，具有较高的硬度。
　　下面列出发泡密度为 16kg/M 3 ，不同配方聚氨酯的硬度测试数据：
密度kg/M3
H2O
F11
PPG牌号
TDI指数
压陷硬度 25%N
65%N
16.3
3.8
18.1
5613
103
62.3
115.6
16.3
3.6
22
3010
105
32
86
16
3.8
20
3010
105
50
58
16
4.8
12
3010
108
80
125
16.8
5.4
3
5613
111
151
311
　　从表中数据说明在相同密度下的配方，随着水量的增加异氰酸酯指数的增加，聚氨酯制品的压陷硬度明显升高。就目前异氰酸酯市场价而论，近半年中，从18000元/t 降至11000元/t。而软质块泡市场价降幅小，所以生产厂家应提高聚醚多元醇的抗氧化温度，选用2,6二叔丁基四甲基苯酚、吩噻嗪、异丁基苯基二胺。4,4`二叔辛基二苯胺复合型抗氧剂，浓度1500－3000ppm。发泡配方中在不烧芯的前提下多用水，尽量少用或不用物理发泡剂，提高异氰酸酯指数获得低密度硬度好的聚氨酯块泡，降低原材料成本，提高经济效益。
　　3、在聚氨酯配方中加入填料，改善软泡压缩负荷性能，降低生产成本是国内软泡生产厂家已普遍采用的方法之一。据估计国内每年26万吨软泡产品中有20%的产品加有不同程度和不同种类的填料。据德国《聚氨酯手册》介绍，常用的无机填料有重晶石粉、碳酸盐、硅酸盐、玻璃纤维，水合氢氧化铝、硅胶、炭黑和矿渣粉，常用的有机填料有接枝聚醚多元醇、废聚氨酯碎料、天然纤维、玉米谷壳、木草果壳和煤粉。低价填料的采用不仅改善软泡的压陷硬度，降低产品成本，而且减少发泡体的收缩性。
　　据第七次聚氨酯行业技术交流会资料《无机填料对聚氨酯软泡生产的影响》（邹军）一文介绍，试验配方及测试结果如下：
配方（重量份）
1
2
3
4
PPG（OHV=56）
100
100
100
100
A33
0.2
0.2
0.25
0.38
T-9
0.18
0.2
0.2
0.33
L580
1
1.15
1.2
2.2
H20
2.9
3.0
3.2

3.7
Mc
－
－
－
２
TDI指数
110
113
118
125
填料（重晶石粉）
0
15
30
100
密度Kg/M3
31
31.1
29.8
35.3
乳白时间 S
10
11
14
12
脱泡时间
130
133
138
138
拉伸强度KPa
123.4
111.2
87.3
64.7
伸长率%
220
214
145
118.2
回弹率%
47
45
46
37.7
撕裂强度N/cm
3.9
3.4
2.7
1.8
压缩永久变形%
6
4
6
8
50%压陷负荷N/cm2
0.38
0.44
0.5
0.69
上述四组试验数据，用市场原材料价计算出块泡成本列表如下：
块泡密度Kg/M3
31
31.1
29.8
35.3
PPG Kg/t pu
727
646
575
395
H2O Kg/t pu
21
19.4
18.4
14.6
Mc Kg/t pu
－
－
－
7.9
L580 Kg/t pu
7.27
7.43
6.9
8.7
T-9 Kg/t pu
1.31
1.3
1.15
1.3
A33 Kg/t pu
1.45
1.3
1.44
1.5
TDI 80/20 Kg/t pu
404
426
468
556
重晶石粉 Kg/t pu
0
96.9
172.6
395
原料成本 元/t pu
11001
10667
10622
10450
原料成本 元/M3 pu
341
332
317
369
耗原料总量 Kg/t pu
1162
1198
1243
1380
　　从上表数据看出，无机填料增加成本下降。当填料小于15份时无论是配方还是泡沫性能变化不是很大；在填料加入30份时，配方和泡沫性能有明显变化；当填料加至100份时，配方和泡沫性能有较大变化，拉伸强度和撕裂强度下降很大。
　　在加入小于15份无机填料时，配方及泡沫性能变化不大是较经济的配方，无机填料加至15-30份时，为了防止泡沫开裂和塌陷，增加异氰酸酯指数，使双代脲生成缩二脲，使氨基甲酸酯生成脲基甲酸脂，促使泡沫的交联作用。虽然加入低价填料，但因异氰酸酯耗量增加，至使成本下降比预料值偏低。另外我们做了无填料，无机填料，接枝聚醚多元醇相同密度三种配方的试验和性能测试，计算出原料成本，数据列表如下：
配方（重量份）
无填料
无机填料
有机填料
PPG（OHV=56）
100
100
60（高活性）
POP 36/28
－
－
40
H2O
3.3
3.18
3.9
L580
0.8
0.9
1.5
T-9
0.25
0.25
－
A33
0.12
0.12
0.34
1,4丁二醇
－
0.25
－
硅酸盐粉
－
15
－
TDI 80/20
44.7
42
49.5MDI 20%
密度Kg/M3
30
30

31
拉伸强度KPa
109
98
108
伸长率%
219
214
268
撕裂强度N/cm
2.5
4.3
1.52
压缩永久变形%
－
1.3
2.6
压陷强度65%N
120
－
136
回弹性%
45
50
65
PU重
141
154
146
原材料成本 元/t pu
9755
8799
10186
原材料成本 元/M3 Pu
293
264
316
　　上表数据说明加15份硅酸盐粉无机填料，不增加异氰酸酯指数，加入交联剂使同密度泡沫原材料成本下降10%。加入POP 36/28（总固含量24%），使混合醚总固含量9.6%，同密度泡沫原材料成本上升7.8%，泡沫的回弹性由45%升至65%，伸长率由219%增加至268%，压陷负荷（65%N）由120增加到136，使用性能大大的改善。
　　因此有一定限量的填料加入配方，调整配方的合理性可以达到改进性能降低成本的目的。接枝聚醚多元醇（POP）同聚醚混用，混醚中总固含量5－10%时，软泡聚氨酯原料成本变化不大，可产品的回弹性、承载性高，有较高的使用价值和经济效益。
　　鉴于前述三条降低软质块泡原料成本的途径，聚醚多元醇生产厂家将推出总固体含量5－12%，环氧乙烷7.8%，羟值56mg KOH/g，平均分子量3000的三官能度的低接枝量聚合物多元醇。软质块泡生产厂家将不断研制其他填料配比适用性强的聚氨酯产品，以优质低价占领市场。