全水发泡聚氨酯成型影响因素的研究

罗晶朱会荣

（吉林建筑大学材料科学与工程学院长春　130118）

全水发泡聚氨酯成型影响因素的研究

罗晶朱会荣

（吉林建筑大学材料科学与工程学院长春130118）

本文着重阐述了全水发泡中几种主要因素如异氰酸酯指数和催化剂用量等对泡沫性能的影响。当异氰酸酯指数为1.05时，压缩强度最大。

全水聚氨酯泡沫；异氰酸酯指数；催化剂；压缩强度

引言

用水作为聚氨酯泡沫体的发泡剂，价格低廉、无任何污染，是很理想的发泡剂。本文主要研究全水发泡中各因素，如异氰酸酯指数、催化剂、发泡剂等对泡沫性能的影响。

1　实验部分

1.1实验原料与设备

4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯（粗MDI），聚醚多元醇，催化剂三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡，匀泡剂，HCFC-141b，蒸馏水。FTS-135型傅里叶变换红外光谱仪，WDW-20型微机控制电子式万能试验机。

1.2试样的制备

将定量的聚醚多元醇、匀泡剂、三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、水加入到500mL的塑料杯中，水浴加热到30℃，电动搅拌器搅拌均匀，向其中加入定量的MDI（异氰酸酯指数分别为1，1.02，1.05，1.07，1.1），快速混合15s左右至乳白后，倒入模具（模温50℃）中进行自由发泡，约30min后脱模。熟化72h后检测密度、压缩强度、冲击强度，拉伸强度等物性指标。

2　结果与讨论

2.1全水聚氨酯泡沫塑料的红外光谱（FT-IR）分析

如图1所示，在3415cm-1处为二级酞胺的N-H伸缩吸收峰（羟基与异氰酸酯反应）；3139cm-1酰胺B带伸缩振动弱；2928cm-1处为饱和C-H的吸收峰；2288cm-1左右处为N=C=O的强吸收峰，是非对称伸缩振动的典型特征峰。结果发现，全水发泡谱图的脲基峰和缩二脲结构峰特别明显是全水发泡泡沫的主要结构。

图1　全水发泡聚氨酯泡沫塑料的红外光谱分析

2.2全水发泡中各因素对聚氨酯泡沫性能的影响

2.2.1催化剂对泡孔结构的影响

本实验中使用二月桂酸二丁基锡和三乙醇胺的复合催化体系。有机锡的主要作用是能产生细小而均匀的微孔结构，促进迅速胶凝或使泡沫硬化。叔胺可迅速引发聚合，并能延长泡沫的胶凝和固化时间[1]。须通过控制催化剂的用量来调节发泡反应和凝胶反应之间的平衡。

如图2（b）和（c）照片显示的都是闭孔结构，但（c）照片有机锡的比例增大导致气泡孔径和泡体多分散性减小，泡沫均匀。由于有机锡浓度增大，体系的反应速度增加，熟化时间缩短，虽然泡沫体积增大，但并泡现象来不及发生，故泡沫泡孔较均匀，且气泡膜壁较厚，具有足够的强度，将气体有效地包裹在泡沫体内，聚合物能较好的凝固，使泡沫不易收缩。

图2　全水发泡聚氨酯泡沫的SEM图

2.2.2异氰酸酯指数的影响

在聚氨酯泡沫塑料的成型过程中，异氰酸酯与聚醚型多元醇的比例很重要，它们的当量比称为异氰酸酯指数。异氰酸酯指数升高，会使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化时间延长；异氰酸酯指数降低，则相反[2]。

如图3所示，压缩强度和拉伸强度都随着异氰酸酯指数增加而增大，但当异氰酸酯指数增加到一定程度时，反而降低。如图4所示，当加水量相同时，异氰酸酯指数为1.07时，泡沫体的冲击强度最大。这是因为异氰酸酯指数增大，可使体系获得高度交联结构，增加了泡沫分子中硬锻链的数量，故而提高了泡沫体的强度和泡沫尺寸稳定性。但异氰酸酯指数的增大到一定程度，泡孔直径加大，开孔率上升，交联密度反而变低，密度随之下降，冲击强度随之降低。

3　结论

（1）二月桂酸二丁基锡/三乙醇胺为3：1时，泡沫泡孔较均匀，且气泡膜壁较厚，具有足够的强度。

（2）当异氰酸酯指数为1.05时，压缩强度最大。当加水量相同时，异氰酸酯指数为1.07时，泡沫体的冲击强度最大。

图3　异氰酸酯指数对泡沫压缩强度和拉伸强度的影响

图4　不同含水量和异氰酸酯指数对聚氨酯泡沫冲击强度的影响

[1]朱吕民，刘益军，等.聚氨酷泡沫塑料.北京：化学工业出版社，2005，3.

[2]刘新建.玻纤/微米SiO2增强硬质聚氨酯泡沫塑料的制备与性能[D].燕山大学工学，2005：30.

TQ318.2

A

1673-0038（2015）40-0231-02

2015-9-21