聚氨脂泡沫材料制备及性能研究

论文总字数：11416字

目 录

目录……………………………………………………………………… 1

摘要……………………………………………………………………… 2

Abstract………………………………………………………………… 3

一 引言……………………………………………………………………4

1.1 聚氨酯泡沫的发展过程………………………………………………………………… 4

1.2 聚氨酯泡沫的类型………………………………………………………………………… 4

1.3 聚氨酯泡沫的制备原理…………………………………………………………………… 5

1.4 聚氨酯泡沫的合成方法…………………………………………………………………… 6

1.5 聚氨酯泡沫的生产………………………………………………………………………… 7

1.6 本文主要研究内容………………………………………………………………………… 7

二 实验步骤………………………………………………………………7

2.1 实验主要药品及仪器……………………………………………………………………… 7

2.2 制备实验…………………………………………………………………………………… 8

2.3 吸附及表征测试…………………………………………………………………………… 8

三 性能分析………………………………………………………………9

3.1 泡沫缺陷及分析……………………………………………………………………………9

3.2 亚甲基蓝吸附分析…………………………………………………………………………11

3.2.1 绘制标准曲线…………………………………………………………………………11

3.2.2 吸附结果及分析………………………………………………………………………12

3.3 表征分析……………………………………………………………………………………13

3.3.1 红外光谱分析…………………………………………………………………………13

3.3.2 SEM电镜分析………………………………………………………………………… 14

四 结论………………………………………………………………… 14

参考文献…………………………………………………………………14

致谢………………………………………………………………………17

聚氨酯泡沫材料制备及性能研究

贾朝丰

, P. R. China

Abstract：At present, oil spills, random discharge of dyes, and leakage of organic chemical reagents cause serious pollution to local water sources. The quickest and most efficient way to treat water pollution is to use absorbent materials to absorb various pollutants in wastewater. Polyurethane foam is an excellent adsorbent because of its high porosity, low density, large specific surface area, and other advantages. The main research content of this paper is how to prepare polyurethane foam with high efficiency and good performance. The methylene blue adsorption experiment was conducted using the obtained polyurethane foam material, and the molecular structure was analyzed by infrared spectroscopy, and the morphology structure was observed using a scanning electron microscope.

Key words：Polyurethane foam、Sewage treatment、Porous material、defect

一 引言

• 1. 聚氨酯泡沫材料的发展进程

1849年，德国化学家Wuxtz就烷基异氰酸酯的合成开始了聚氨酯的研究，而为聚氨酯合成奠定基础的Hentschel成功合成出了苯异氰酸酯以及异氰酸酯。后来拜耳公司使用六亚甲基二异氰酸酯以及1,4-丁二醇通过加聚反应合成出链状聚氨酯，拜耳公司发现该产品具有高度的热塑性和可纺性，于是继续进行深入研究，聚氨酯生产得以踏上工业道路，随后通过各国科学家的不断努力，不断优化改良合成方法，聚氨酯工业已经成熟和繁荣起来。如今聚氨酯材料性能优秀，用途广泛，制品种类繁多，其中用途最为广泛的就是聚氨酯泡沫材料^[1]。通过不同的原料和制备方法合成出的聚氨酯泡沫材料具有不同的性能以及应用^[2-3]。虽然目前生产异氰酸酯的高难度技术仅仅掌握在少数公司手中，但是随着国际化合作越来越广泛，今后聚氨酯泡沫的发展趋势会持续变好，聚氨酯泡沫的应用范围也会变得更加广阔。

• 1. 聚氨酯泡沫的类型

聚氨酯泡沫的制备具有高度的可调性，通过改变合成配方比例，温度，压强等可以制备出种类繁多的聚氨酯泡沫材料，分类如下：

（1）软酯聚氨酯泡沫材料

软酯聚氨酯泡沫材料又简称为聚氨酯软泡，是目前用量最大的一种聚氨酯产品，具有良好的弹性和柔韧性^[4]。聚氨酯软泡内部多为开孔结构，具有较大的比表面积，一般具有密度小、弹性恢复力强、隔音效果好等特点，广泛应用于铺垫材料、隔音防震材料、保温隔热材料等方面，其生产工业分为块状泡沫和模塑泡沫。

（2）硬酯聚氨酯泡沫材料

聚氨酯硬泡内部多闭孔结构，具有质量轻、稳定性良好、绝热性能优秀等特点，主要应用于机械建筑、石油化工、冷冻冷藏、航天航空、车辆造船等方面，使用量仅次于聚氨酯软泡。

（3）半硬泡Semi-rigid PU

半软泡聚氨酯吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能，良好的抗压缩负荷性能及变形复原性能，其较典型的应用是用于制备汽车保险杠^[5]；自结皮泡沫体用于制备汽车方向盘、扶手、头枕等软化性内功能件和内部饰件^[6]。自结皮泡沫制品通常采用反应注射模塑成型（Reaction Injection Moulding，简称RIM）加工技术^[7]；微孔弹性体聚氨酯微孔弹性体较典型的应用是用于制鞋工业^[8]。

（4）微孔聚氨酯泡沫材料

微孔聚氨酯泡沫材料采用低不饱和度、高相对分子质量聚醚多元醇和纯二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）,合成了聚醚型聚氨酯微孔弹性体材料^[9]。该聚醚型微孔弹性体泡沫材料具有优异的力学性能,可用于自结皮微孔弹性体轮胎的制备^[10]。

（5）慢回弹泡沫材料

聚氨酯慢回弹泡沫也被称之为记忆泡沫、粘弹泡沫,被广泛用作枕头、床垫、坐垫等,是一种高舒适性泡沫^[11-12]。

1.3聚氨酯泡沫的制备原理

聚氨酯泡沫材料的化学反应基础是由异氰酸酯所特有的异氰酸酯基团决定的，该基团由重叠双键构成，化学性质极其活泼，它能于各种含有活泼氢的化学物质在碳氢双键处产生加成反应。此外，在一定条件下，其自身还能产生自聚和脱羟等反应。

合成聚氨酯泡沫的主要反应如下：

（1）异氰酸酯与聚酯多元醇之间的链增长反应：

（2）水和异氰酸酯之间在催化剂作用下产生生二氧化碳的气泡反应：

异氰酸酯和水的反应是聚氨酯泡沫材料合成工艺中极其重要的反应^[13]。其反应首先将生成不稳定的氨基甲酸，然后立即分解生成胺和二氧化碳气体，此反应为放热反应^[14-15]。

（3）生成支链的交联固化反应：

前面反应生成的脲键化合物在高温下可以进一步和异氰酸酯反应生成缩二脲化合物：

而氨基甲酸酯上的氢和有机异氰酸酯会在高温下反应生成脲基甲酸酯：

以上两个反应通常需要在120～140℃之间才能具有较快的反应速率，但是强碱或是某些金属催化剂能对上述反应产生强烈的催化作用，在本论文中采用的是辛酸亚锡作为催化剂，使得反应所需温度降低至60～80℃。

1.4聚氨酯泡沫的合成方法

按照加工方式分类，聚氨酯泡沫的合成可以分为预聚体法、半预聚体法和一步法。

（1）预聚体法

预聚体法又称为二步法，即在合成聚氨酯软泡时要先制备预聚体，整个过程分两步完成。首先使用多元醇聚合物与二异氰酸酯反应生成端基为异氰酸酯基团的低聚物，即预聚物（prepolymer）^[16]。然后将预聚体与水、稳定剂、催化剂、发泡剂等混合，生成含有氨基甲酸酯等极性基团的大分子化合物，同时利用反应产生的大量热量使得辅助发泡剂得以气化，最后在稳定剂、催化剂等共同作用下生成均匀泡沫结构的泡沫体。二步法的主要优点是可以通过制备不同的软链长度、分子结构的预聚体，以制备出不同性能的聚氨酯泡沫；缺点是预聚体的黏度较高，难以混合均匀，同时生产流程较长，综合投资较大^[17]。

（2）半预聚体法

半预聚体法是对改性异氰酸酯应用的延伸，解决了合成预聚体黏度过大、操作不便的问题，这种方法通常用来生产聚氨酯硬质泡沫体和聚氨酯半硬质泡沫体。

（3）一步法

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：11416字

相关图片展示：