全水發(fā)泡聚氨酯成型影響因素的研究

2015-11-04 07:13:06羅晶朱會(huì)榮

建材與裝飾 2015年40期

羅晶朱會(huì)榮

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

羅晶朱會(huì)榮

（吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院長(zhǎng)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(duì)泡沫性能的影響。當(dāng)異氰酸酯指數(shù)為1.05時(shí)，壓縮強(qiáng)度最大。

全水聚氨酯泡沫；異氰酸酯指數(shù)；催化劑；壓縮強(qiáng)度

引言

用水作為聚氨酯泡沫體的發(fā)泡劑，價(jià)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(duì)泡沫性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)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(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

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(dòng)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(jìn)行自由發(fā)泡，約30min后脫模。熟化72h后檢測(cè)密度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度等物性指標(biāo)。

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(jí)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(dòng)弱；2928cm-1處為飽和C-H的吸收峰；2288cm-1左右處為N=C=O的強(qiáng)吸收峰，是非對(duì)稱伸縮振動(dòng)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(duì)聚氨酯泡沫性能的影響

2.2.1催化劑對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的影響

本實(shí)驗(yàn)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(jī)錫的主要作用是能產(chǎn)生細(xì)小而均勻的微孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)迅速膠凝或使泡沫硬化。叔胺可迅速引發(fā)聚合，并能延長(zhǎng)泡沫的膠凝和固化時(shí)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(jī)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(jī)錫濃度增大，體系的反應(yīng)速度增加，熟化時(shí)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(qiáng)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(dāng)量比稱為異氰酸酯指數(shù)。異氰酸酯指數(shù)升高，會(huì)使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化時(shí)間延長(zhǎng)；異氰酸酯指數(shù)降低，則相反[2]。

如圖3所示，壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都隨著異氰酸酯指數(shù)增加而增大，但當(dāng)異氰酸酯指數(shù)增加到一定程度時(shí)，反而降低。如圖4所示，當(dāng)加水量相同時(shí)，異氰酸酯指數(shù)為1.07時(shí)，泡沫體的沖擊強(qiáng)度最大。這是因?yàn)楫惽杷狨ブ笖?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(qiáng)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(qiáng)度隨之降低。