全水發(fā)泡聚氨酯成型影響因素的研究

羅晶朱會榮

（吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院長春　130118）

全水發(fā)泡聚氨酯成型影響因素的研究

羅晶朱會榮

（吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院長春130118）

本文著重闡述了全水發(fā)泡中幾種主要因素如異氰酸酯指數(shù)和催化劑用量等對泡沫性能的影響。當異氰酸酯指數(shù)為1.05時，壓縮強度最大。

全水聚氨酯泡沫；異氰酸酯指數(shù)；催化劑；壓縮強度

引言

用水作為聚氨酯泡沫體的發(fā)泡劑，價格低廉、無任何污染，是很理想的發(fā)泡劑。本文主要研究全水發(fā)泡中各因素，如異氰酸酯指數(shù)、催化劑、發(fā)泡劑等對泡沫性能的影響。

1　實驗部分

1.1實驗原料與設(shè)備

4，4′—二苯基甲烷二異氰酸酯（粗MDI），聚醚多元醇，催化劑三乙醇胺、二月桂酸二丁基錫，勻泡劑，HCFC-141b，蒸餾水。FTS-135型傅里葉變換紅外光譜儀，WDW-20型微機控制電子式萬能試驗機。

1.2試樣的制備

將定量的聚醚多元醇、勻泡劑、三乙醇胺、二月桂酸二丁基錫、水加入到500mL的塑料杯中，水浴加熱到30℃，電動攪拌器攪拌均勻，向其中加入定量的MDI（異氰酸酯指數(shù)分別為1，1.02，1.05，1.07，1.1），快速混合15s左右至乳白后，倒入模具（模溫50℃）中進行自由發(fā)泡，約30min后脫模。熟化72h后檢測密度、壓縮強度、沖擊強度，拉伸強度等物性指標。

2　結(jié)果與討論

2.1全水聚氨酯泡沫塑料的紅外光譜（FT-IR）分析

如圖1所示，在3415cm-1處為二級酞胺的N-H伸縮吸收峰（羥基與異氰酸酯反應(yīng)）；3139cm-1酰胺B帶伸縮振動弱；2928cm-1處為飽和C-H的吸收峰；2288cm-1左右處為N=C=O的強吸收峰，是非對稱伸縮振動的典型特征峰。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全水發(fā)泡譜圖的脲基峰和縮二脲結(jié)構(gòu)峰特別明顯是全水發(fā)泡泡沫的主要結(jié)構(gòu)。

圖1　全水發(fā)泡聚氨酯泡沫塑料的紅外光譜分析

2.2全水發(fā)泡中各因素對聚氨酯泡沫性能的影響

2.2.1催化劑對泡孔結(jié)構(gòu)的影響

本實驗中使用二月桂酸二丁基錫和三乙醇胺的復(fù)合催化體系。有機錫的主要作用是能產(chǎn)生細小而均勻的微孔結(jié)構(gòu)，促進迅速膠凝或使泡沫硬化。叔胺可迅速引發(fā)聚合，并能延長泡沫的膠凝和固化時間[1]。須通過控制催化劑的用量來調(diào)節(jié)發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)之間的平衡。

如圖2（b）和（c）照片顯示的都是閉孔結(jié)構(gòu)，但（c）照片有機錫的比例增大導(dǎo)致氣泡孔徑和泡體多分散性減小，泡沫均勻。由于有機錫濃度增大，體系的反應(yīng)速度增加，熟化時間縮短，雖然泡沫體積增大，但并泡現(xiàn)象來不及發(fā)生，故泡沫泡孔較均勻，且氣泡膜壁較厚，具有足夠的強度，將氣體有效地包裹在泡沫體內(nèi)，聚合物能較好的凝固，使泡沫不易收縮。

圖2　全水發(fā)泡聚氨酯泡沫的SEM圖

2.2.2異氰酸酯指數(shù)的影響

在聚氨酯泡沫塑料的成型過程中，異氰酸酯與聚醚型多元醇的比例很重要，它們的當量比稱為異氰酸酯指數(shù)。異氰酸酯指數(shù)升高，會使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化時間延長；異氰酸酯指數(shù)降低，則相反[2]。

如圖3所示，壓縮強度和拉伸強度都隨著異氰酸酯指數(shù)增加而增大，但當異氰酸酯指數(shù)增加到一定程度時，反而降低。如圖4所示，當加水量相同時，異氰酸酯指數(shù)為1.07時，泡沫體的沖擊強度最大。這是因為異氰酸酯指數(shù)增大，可使體系獲得高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了泡沫分子中硬鍛鏈的數(shù)量，故而提高了泡沫體的強度和泡沫尺寸穩(wěn)定性。但異氰酸酯指數(shù)的增大到一定程度，泡孔直徑加大，開孔率上升，交聯(lián)密度反而變低，密度隨之下降，沖擊強度隨之降低。

3　結(jié)論

（1）二月桂酸二丁基錫/三乙醇胺為3：1時，泡沫泡孔較均勻，且氣泡膜壁較厚，具有足夠的強度。

（2）當異氰酸酯指數(shù)為1.05時，壓縮強度最大。當加水量相同時，異氰酸酯指數(shù)為1.07時，泡沫體的沖擊強度最大。

圖3　異氰酸酯指數(shù)對泡沫壓縮強度和拉伸強度的影響

圖4　不同含水量和異氰酸酯指數(shù)對聚氨酯泡沫沖擊強度的影響

[1]朱呂民，劉益軍，等.聚氨酷泡沫塑料.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，3.

[2]劉新建.玻纖/微米SiO2增強硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的制備與性能[D].燕山大學(xué)工學(xué)，2005：30.

TQ318.2

A

1673-0038（2015）40-0231-02

2015-9-21