畢業(yè)論文全水發(fā)泡在阻燃聚氨酯硬泡中的應用研究

1、 畢業(yè)論文 高分子材料與工程畢業(yè)論文 專業(yè)：高分子材料與工程 題目：全水發(fā)泡在阻燃聚氨酯硬泡中的應用研究 摘要采用多元醇、異氰酸酯、催化劑、發(fā)泡劑和阻燃劑等為原料制備了全水發(fā)泡阻燃聚氨酯硬質泡沫（PURF），討論了聚醚多元醇種類、催化劑、發(fā)泡劑、異氰酸酯指數以及阻燃劑對聚氨酯硬質泡沫性能的影響。結果表明 ，聚酯多元醇能夠改善泡孔結構 ，但降低壓縮強度和尺寸穩(wěn)定性；不同催化劑復配 ，可以控制發(fā)泡工藝;水發(fā)泡劑與泡沫的密度、泡孔結構、力學性能有關；異氰酸酯指數在1.11.2時 ，泡沫的壓縮強度、尺寸穩(wěn)定性等較好;三(2-氯異丙基) 磷酸酯(TCPP)可賦予聚氨酯硬質泡沫一定的阻燃性，但對泡體結構、

2、壓縮強度和尺寸穩(wěn)定性有影響。關鍵詞：聚氨酯硬質泡沫，全水發(fā)泡，阻燃性能 ABSTRACTThe water-blown rigid polyurethane flame-retardant foam(PURF) was prepared by polyol, isocyanate , catalyst ,blowing agents and flame retardants as raw materials,in this pape. The types of polyrther polyols, catalysts, blowing agents,isocyanate index and f

3、ire retardant on the PURF performance were investgated. The results show that the polyester polyol can improve the cell structure, but reduce the compression strength and dimensional stability; different catalyst compound, can control the foaming process; water foaming agent and foam density, cell s

4、tructure, the mechanical properties; isocyanate index of 1.1 to 1.2, the foam compression strength, good dimensional stability, etc.; Tris-(2-chloroisopropyl)phosphate phosphate (TCPP) flame retardant may be given to PURF certain, but on the bubble structure, compressive strength dimensional stabili

5、ty, and impact.Keywords：Rigid Polyurethane Foam,Water-blown, Flame retardant 17目 錄摘要IABSTRACTII第一章 前言11.1 聚氨酯概況11.1.1聚氨酯簡介及其應用11.2 聚氨酯的發(fā)展現狀及趨勢21.3硬質聚氨酯泡沫塑料31.3.1硬質聚氨酯泡沫塑料的性能特點31.3.2聚氨酯泡沫塑料的制備31.3.3聚氨酯硬泡的應用41.4硬泡全水發(fā)泡技術41.5全水發(fā)泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究5第二章 實驗部分62.1 實驗儀器及藥品62.2 基本化學反應及泡沫形成原理72.3硬泡合成過程及樣品的制備72.4抗壓強度8

6、2.5表觀密度（GB/T 6343-1995）82.6吸水率的測定9第三章 結果與討論103.1 配方影響因素103.1.1多元醇的選擇及用量對泡沫性能的影響103.1.2異氰酸酯指數的確定123.1.3水的量對聚氨酯泡沫性能的影響133.1.4聚氨酯硬泡的阻燃性能15結 論16參考文獻17致謝18第一章 前言1.1 聚氨酯概況1.1.1聚氨酯簡介及其應用聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱。凡是在高分子主鏈上含有許多重復的(-NHCOO-)氨基甲酸酯基團的高分子化合物通稱為聚氨酯。一般聚氨酯系由二元或多元有機異氰酸酯與多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。根據所用原料官能度數目的不同，可

7、以制成線形結構或體形結構的高分子聚合物。由于聚合物的結構不同，性能也不一樣。利用這樣的性質，聚氨酯類聚合物可以分別制成塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等1。近二十年來，聚氨酯在這幾個方面的應用都發(fā)展很快，特別是聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯橡膠、聚氨酯涂料發(fā)展更加迅速。聚氨酯泡沫塑料具有優(yōu)良的物理機械性能、電學性能和耐化學性能，尤其是硬質聚氨酯泡沫塑料的熱導率特別低，是一種優(yōu)質的絕熱保溫保冷材料。聚氨酯泡沫塑料的密度大小及軟硬程度均可以隨著原料及配方的不同而改變，加上成型施工方面，使其它塑料品種無法與其相比。聚氨酯泡沫塑料又分為軟質聚氨酯泡沫塑料和硬質聚氨酯泡沫塑料。軟質聚氨酯泡沫塑料，簡稱聚氨酯軟泡，

8、是一種具有一定彈性的柔軟性聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一種聚氨酯產品。長期以來，聚氨酯軟泡沫塑料的應用主要作為襯墊及絕熱保溫材料。現在的趨向是不斷擴大應用領域，在農業(yè)上用于作物栽培，代替土壤，使農業(yè)生產工廠化，改造土壤，疏松土質，吸著肥料，提高肥料的利用率；在運輸業(yè)上作為車輛的安全防震緩沖材料；在三廢回收治理中，作為油類、農藥的吸附材料，保護環(huán)境；在醫(yī)藥上作為包扎材料，代替石膏；以及一些國防尖端、航空宇宙飛行中的特殊材料。此外，可用作包裝材料、過濾材料以及抗菌除臭泡沫等。為了建筑物的節(jié)能，建筑部已頒布節(jié)能措施，要求采用新型保溫絕熱材料，聚氨酯泡沫塑料夾層材料是推廣應用的主要品種之

9、一，因而將會進一步擴大聚氨酯泡沫材料的發(fā)展。聚氨酯軟泡多為開孔結構，具有密度低、彈性回復好、吸音、透氣、保溫等性能，主要用作家具墊材、床墊、交通工具座椅坐墊等墊材，工業(yè)和民用上也把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱材料等。按軟硬程度，即耐負荷性能的不同，聚氨酯軟泡可以分為普通軟泡、超柔軟泡、高承載軟泡、高回彈軟泡等，其中高回彈軟泡、高承載軟泡一般用于制造座墊、床墊。按生產工藝的不同，聚氨酯軟泡又可分為塊狀軟泡和模塑軟泡，塊狀軟泡是通過連續(xù)法工藝生產出大體積泡沫再切割成所需形狀的泡沫制品，模塑軟泡是通過間隙法工藝直接將原料混合后注入模具發(fā)泡成所需形狀的泡沫制品3。 聚

10、氨酯軟泡的主要用途包括以下幾個方面4：1.墊材：如座椅、沙發(fā)、床墊等，聚氨酯軟泡是一種非常理想的墊材材料，墊材也是軟泡用量最大的應用領域。2.吸音材料：開孔的聚氨酯軟泡具有良好的吸聲消震功能，可用作室內隔音材料。3.織物復合材料：玩具，等。1.2 聚氨酯的發(fā)展現狀及趨勢隨著我國國民經濟的增長，國內近幾年聚氨酯業(yè)發(fā)展也經歷了日新月異的變化，其規(guī)模也是舉世矚目的，尤其是汽車和電子業(yè)的飛速發(fā)展使聚氨酯應用領域也實現了更多元化的發(fā)展。近年來世界聚氨酯研究比較活躍，主要集中于原料的選擇、工藝路線的優(yōu)化及物性改善等方面。液晶聚氨酯是由剛性致介基因和柔性間隔基團連接而成，是一種在溶體狀態(tài)下有液晶性能的聚氨酯

11、彈性體。該材料具有良好的機械、熱穩(wěn)定、高彈性、高延伸性能及良好的加工性能。液晶聚氨酯彈性體的合成采取一步或二步聚會的方法加工成型，工藝多樣，擠出、注射模塑、涂覆均可5。作為一個年均增長率長期高于全球經濟增長率的產業(yè)，聚氨酯工業(yè)迅猛發(fā)展的勢頭有賴于其技術的快速發(fā)展及應用領域的不斷拓展。隨著聚氨酯產品大眾化趨勢的加劇，開發(fā)新產品、拓展新用途對聚氨酯工業(yè)能否繼續(xù)保持良好發(fā)展勢頭變得至關重要。在其他聚氨酯新技術的研發(fā)中，降低VOC和中間體游離TDI技術的研究、可降解回收的聚氨酯材料的研制、噴涂聚脲彈性體技術等也是業(yè)界關注的焦點，這些技術恰恰也是建立在保護環(huán)境、促進經濟可持續(xù)發(fā)展的基礎上。而拓展聚氨酯產

12、品新用途和新的應用領域，則是各大公司重點研究方向。1.3硬質聚氨酯泡沫塑料1.3.1硬質聚氨酯泡沫塑料的性能特點硬質聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是聚氨酯材料體系中最重要的品種之一，它具有密度在大范圍內可調，絕熱隔音性能較佳，比模量和比強度高，有較好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點;同時合成硬質聚氨酯泡沫塑料的原料(主要指聚多元醇)結構多變，使其性能變化范圍廣泛，而且加工方式靈活，既可以自由發(fā)泡，又可以模塑成型，還可以現場噴涂.因此硬質聚氨酯泡沫塑料受到普遍重視而發(fā)展迅速。硬質聚氨酯泡沫塑料的用途主要分為兩大類，即絕熱材料和結構材料，前者的密度一般在0.1 g/cm3以下，主要用于工業(yè)或家用的隔熱和制冷，后者的

13、密度一般超過0.1 g/cm3，主要用于汽車工業(yè)和建筑結構件，因為其密度小，比模量和比強度高，也為航空和航天應用領域所關注。硬質聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定負荷作用下不發(fā)生明顯形變，當負荷過大發(fā)生形變后恢復到初始狀態(tài)的泡沫塑料。它是一種優(yōu)良的絕熱材料和結構材料，在聚氨酯中的消費量僅次于軟質聚氨酯泡沫塑料6。硬質聚氨酯泡沫塑料由于成型工藝簡單、導熱系數低、比強度高、抗輻射、耐腐蝕等優(yōu)良性能，而廣泛用于包裝、電子密封、減震等領域中，但彎曲強度和沖擊強度稍差一些，為了進一步提高其力學性能，常采用在聚氨酯體系中加入填料，如玻璃纖維、玻璃微球和無機填充物等。采用玻璃纖維對其進行增強是目前國內外采

14、用較多的一種增強手段，己經有比較成熟的工藝及技術途徑，其增強效果己被許多文獻報道。為了有效提高聚氨酯體系的力學性能，從成型工藝、原材料配方、成品密度等角度對體系進行了各種研究，并取得了一系列的進展。除此以外，目前更傾向于從復合材料界面的角度來分析增強機理，越來越多的研究表明界面結合強度及界面層形成對成品的力學性能有非常大的影響，通過進行界面設計及結構改善，可有效提高玻璃纖維在基材中的分散性能、增加玻璃纖維與基材的結合強度,進一步提高增強效果。1.3.2聚氨酯泡沫塑料的制備發(fā)泡聚氨酯硬泡一般為室溫發(fā)泡，成型工藝比較簡單。按施工機械化程度可分為手工發(fā)泡及機械發(fā)泡；按發(fā)泡時的壓力可分為高壓發(fā)泡及低壓

15、發(fā)泡；按成型方式可分為澆注發(fā)泡及噴涂。聚氨酯泡沫塑料在合成過程中伴有復雜的化學變化，影響泡沫結構性能的變化因素非常多。其中不僅涉及異氰酸酯，多元醇與水之間的化學反應，而且也涉及到起泡的膠體化學。泡沫體系的化學反應包括有擴鏈，起泡與交聯等過程。這些反應與參加反應的物質結構、官能度、分子量等均有關系。通常聚氨酯泡沫塑料是通過在液態(tài)聚合物中引入氣相，然后經加熱或化學方法固化來得到8。發(fā)泡過程分成3個階段：首先是液態(tài)聚合物內小泡的成核;然后是氣泡長大到預定的體積;最后是保持泡體結構的穩(wěn)定性。 1.3.3聚氨酯硬泡的應用聚氨酯硬泡主要用途有以下方面：1.食品等行業(yè)冷凍冷藏設備：如冰箱、冰柜、冷庫、冷藏車

16、等，聚氨酯硬泡是冷凍冷藏設備的最理想的絕熱材料。2.工業(yè)設備保溫：如儲罐、管道等。 3.建筑材料：在歐美發(fā)達國家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡總消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中國，硬泡在建筑業(yè)的應用還不像西方發(fā)達國家那樣普遍，所以發(fā)展的潛力非常大。4.交通運輸業(yè)：如汽車頂篷、內飾件等。 5.仿木材：高密度（密度300-700kg/m3）聚氨酯硬泡或玻璃纖維增強硬泡是結構泡沫塑料，又稱仿木材，具有強度高、韌性好、結皮致密堅韌、成型工藝簡單、生產效率高等特點，強度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各類高檔制品。6.灌封材料，等等。1.4硬泡全水發(fā)泡技術全水發(fā)泡的原

17、理是水與多異氰酸酯反應生成CO 2 ，CO 2留在泡沫中作為泡沫塑料的發(fā)泡劑。該體系ODP值為零，無毒、環(huán)保、工藝簡單、對設備無特殊要求、成本低，是CFC-11替代的一條重要路線。全水發(fā)泡的PU硬泡可用于非絕熱用途，如高密度泡沫塑料、泡沫材料、填充材料等，以及少數絕熱要求不高的絕熱材料如噴涂絕熱硬泡、金屬飾面夾芯板長；用于與管道保溫、建筑材料；汽車內飾材料、水加熱保溫材料等。在常規(guī)發(fā)泡體洗中，物理發(fā)泡劑具有溶劑稀釋效應；能大幅降低泡沫物料的粘度，有利于各組分的混合，可采用高粘度聚醚多元醇。而全水發(fā)泡體系沒有物理發(fā)泡劑加入，須采用較低粘度且能與水、助劑良好混容的聚醚多元醇。在制作低密度硬泡時，由

18、于用水量較大，照成泡沫脆，強度、尺寸穩(wěn)定性、絕熱性能差，且消耗較多的多異氰酸酯。泡沫塑料的導熱系數高時全水發(fā)泡技術的主要缺點。25時CO2的導熱率高達16.3mW/m. k，較CFC-11及其它替代物高。CO2氣體分子小，易穿過聚氨酯硬泡的泡孔而溢出，造成泡孔內壓降低，空氣慢慢滲入泡孔。而空氣的熱導率是27W/m. k。因此，全水發(fā)泡聚氨脂硬泡的絕熱性能不佳，不能用于對絕熱性能要求高的場合。如欲得到相同的隔熱效果，CO2發(fā)泡體系的泡沫體厚度須提高30%以上。另外，CO2從泡沫孔向外擴散的速度比空氣進入的速度快1.0倍為防止發(fā)泡收縮，聚氨脂的密度也必須提高，成本也因此大幅提高。但經配方改良，可使

19、硬泡密度適當降低。全水技術今年來得到長足發(fā)展，Bayer公司的一種全水發(fā)泡冷凍集裝箱用硬泡體系密度為65kg/m3,壓縮強度為350kPa、粘接強度為0.65MPa，泡沫導熱系數為25 mW/m. k；Dow等。國內已經有多個單位開發(fā)該技術。許多汽車內飾材料、保溫管材、高密度泡沫制品及建筑材料生產技術也采用全水技術。1.5全水發(fā)泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究聚氨酯硬質泡沫聚氨酯硬質泡沫塑料是一種性能優(yōu)越的高分子合成材料 ,它既可作為絕熱保溫材料 ,又可作為結構承重材料,廣泛應用于建筑、交通運輸、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空等領域 。全水發(fā)泡技術是 PURF發(fā)泡過程中 ODP值為零的工藝技術之一 ,

20、它利用水和異氰酸酯反應生成的 CO2 作發(fā)泡劑 ,以替代氯氟烴類發(fā)泡劑。但是 ,全水發(fā)泡體系與氯氟烴類體系相比存在許多不足 ,如組合聚醚粘度比較大、泡孔粗大、尺寸穩(wěn)定性差等 ,從而限制了全水發(fā)泡聚氨酯泡沫的推廣和應用 。目前關于 PURF全水發(fā)泡技術和阻燃的研究已有文獻報道 ,BASF、Bayer等公司 分別開發(fā)了用于全水發(fā)泡多元醇組合料 ,均采用了官能度較低、粘度較小的“減粘聚醚 ”用以改善體系粘度與流動性 ,減小泡沫脆性。而 PURF的阻燃多采用含磷、氯、溴元素的有機化合物和固體阻燃劑三聚氰胺（MEL）、多聚磷酸銨（APP）等 ,這類阻燃劑都可賦予 PURF一定的阻燃性 ,但泡沫各項性能都

21、有所下降 。本實驗采用多元醇、異氰酸酯、催化劑、發(fā)泡劑和阻燃劑等制備了全水發(fā)泡阻燃聚氨酯硬質泡沫。討論了多元醇種類、催化劑、發(fā)泡劑、異氰酸酯指數以及阻燃劑對 PURF性能的。第二章 實驗部分2.1 實驗儀器及藥品實驗儀器： 電子天平 上海天平廠玻璃棒 若干800ml大燒杯 若干 滴瓶 若干400ml小燒杯 若干攪拌器 型號：XSJ-2型，旋轉粘度計 型號：NDJ-1，電子萬能材料試驗機 型號：AG-101TA，磨具 300 mm 120 mm 60 mm,自制萬能試驗機 型號：CMT4204,掃描電鏡（SEM） 型號：JSM235C型 ,氧指數儀 型號：FTA/HFTA型導熱系數測定儀 QT-

22、2500型 ,實驗藥品：聚醚455 羥值(430mgkoh/g f=4.705) 聚醚2605 羥值(400 mgkoh/g f=4.761) 聚酯多元醇3360 羥值(270 mgkoh/g f=2) 硅油AK8805 粘度850PaS T-9(酸亞錫) 三乙醇胺 TCPP 粗制MDI 2.2 基本化學反應及泡沫形成原理本工作采用一步法水發(fā)泡制作，該體系的化學反應過程十分復雜，發(fā)泡所需氣體來自水和異氰酸酯反應生成的二氧化碳，三乙醇胺既是催化劑又是擴鏈劑，實驗中形成主要化學結構的反應可以用下面的方程式來描述：A. 擴鏈反應MDI與羥基(聚醚多元醇或三乙醇胺)反應生成聚氨基甲酸酯。 O O nO

23、CN-R-NCO + nHOOH CNH - R- NH-CO n 由于聚氨酯泡沫塑料的合成過程中，異氰酸酯是過量的(即異氰酸酯的用量指數大于l)，因此擴鏈反應最終產品的末段應為異氰酸酯基團。B.發(fā)泡反應異氰酸酯與水先形成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳。NCO + H2O RNCOOH NH2 + CO2 H氨基進一步和異氰酸酯基團反應生成脲。 H O HNCO + NH2 N C N2.3硬泡合成過程及樣品的制備本工作采用將多元醇、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑、水、阻燃劑等混合均勻 ,作為 A組分;以多異氰酸酯作為 B組分。發(fā)泡時 ,調節(jié) A料、B料及模具的溫度 2530,按配方稱取 A、B

24、料 ,混合后攪拌 20 s,立即倒入模具使其自由發(fā)泡 ,同時依次測定上升時間、凝膠時間、表干時間。泡沫在 50熟化 36 h后 ,測定相關性能?；九浞揭娤卤恚罕?-1 聚氨酯泡沫配方配 方 質量/份聚醚455 10040聚醚2605 10040聚酯多元醇 3360 060硅油AK8805 2T-9 0.2三乙醇胺 0.8H2O 15TCPP 040異氰酸酯指數 0.91.42.4抗壓強度參照木材抗壓強度實驗標準，分別測定了側面和端面受壓兩個部位的抗壓強度18。(1)實驗儀器木材萬能力學實驗機，精度l0N和100N 游標卡尺，精度0.lmm(2)計算公式 抗壓強度(用/Mpa表示)按下式計算:

25、 = pmax /A 式中，Pmax為試件破壞時的最大載荷，N； A為試件受壓面面積，mm2。2.5表觀密度（GB/T 6343-1995）(1)定義 單位體積的泡沫材料在規(guī)定溫度和相對濕度時的質量。(2)試樣尺寸 100mm100mm50mm(3)操作 在電子天平上準確稱取試樣的質量，精確到0.01g，用千分卡尺測量試樣的尺寸，精確到1%。(4)計算 d = 1106m / V 式中 d 密度，Kg/m3； m 試樣質量，g； V 試樣體積，mm3；2.6吸水率的測定吸水率的測試步驟如下：（1）首先稱量去掉硬外殼的試樣干重G0；（2）將試樣放入去離子水中，在室溫下浸泡2h；（3）取出試樣，放

26、在干毛巾上，擦去試樣表面吸附的水分，稱重G1；吸水率用試樣吸水前后的質量變化百分比表示吸水率(G1- G0)/ G0100式中，G0干燥試樣的質量（g），G1水飽和后的試樣的質量（g），試樣的體積密度、吸水率均按照泡沫玻璃絕熱制品標準。（JC/T647-2005）執(zhí)行。試樣的耐酸腐蝕性按照試樣的實際使用環(huán)境條件，進行模擬測試。 第三章 結果與討論3.1 配方影響因素3.1.1多元醇的選擇及用量對泡沫性能的影響普通的聚醚多元醇采用全水發(fā)泡技術制備的阻燃聚氨酯硬質泡沫阻燃性較低，氧指數僅為 17左右，而芳香族聚酯多元醇 PS3152具有優(yōu)異的耐水解性和熱穩(wěn)定性,可改善泡沫的酥性和泡孔結構并提高泡沫

27、的性能。因此本實驗采用兩種多元醇配合使用。通過調整聚醚多元醇和聚酯多元醇的比例，考察聚酯多元醇用量對全水發(fā)泡PURF性能的影響，結果見下。表3-1 聚酯多元醇的用量對硬泡密度的影響質量份 0 20 40 60 密度 /kgm-3 52.1 53.2 53.8 53.5 由表 3-1可已看出隨著聚酯多元醇用量的增大 ，泡沫密度的變化很小，可知聚酯多元醇的用量對泡沫密度影響較小 。表3-2 聚酯多元醇的用量對泡吸水率的影響質量份 0 20 40 60 吸水率 /% 14.3 9.5 7.4 5.2 由表 3-2知，聚酯多元醇的用量對泡沫吸水率的影響較大，聚酯多元醇的用量的不斷增大吸水率明顯下降，耐

28、水性不斷上升。 表3-3聚酯多元醇的用量對硬泡沫性狀的影響質量份 0 20 40 60 泡沫性狀 脆 韌 韌 韌 粘結性 差 好 好 好 由表 3-3知，聚酯多元醇的用量對泡沫密度的影響較小，泡沫與基材的粘結性得到了改善。但隨著聚酯多元醇用量的增加，壓縮強度下降，可能是聚酯密度低 ,交聯密度下降 ,但吸水率降低，耐水解性變好。當聚酯多元醇的用量超過 40份時，尺寸穩(wěn)定性較差。因此，聚酯多元醇 PS-3152的用量控制在2040份。聚氨酯多元醇配比對硬泡抗壓強度的影響 (圖3-1)由圖 一 可以看出隨著聚酯多元醇用量的增大泡沫的水平抗壓強度和垂直抗壓強度先逐漸遞增在聚酯多元醇用量達到20份時達到

29、最高值然后逐漸下降，可知在040時硬質泡沫的抗壓強度最好。綜上可知，聚酯多元醇的用量對泡沫密度的影響較小，泡沫與基材的粘結性得到了改善。但隨著聚酯多元醇用量的增加，壓縮強度下降，可能是聚酯密度低，交聯密度下降，但吸水率降低，耐水解性變好。當聚酯多元醇的用量超過 40份時，尺寸穩(wěn)定性較差。因此，聚酯多元醇 PS-3152的用量控制在2040份。3.1.2異氰酸酯指數的確定異氰酸酯指數(R值 )對制備聚氨酯泡沫性能是十分重要的參數，直接影響到泡沫的密度、力學性能、粘接強度、尺寸穩(wěn)定性等。在合成中，R比值一般為 0.91.4。當 R =NCO/OH =1.0時，反應性官能團完全反應，形成具有一定交聯

30、密度的網狀結構。但在實際反應中，由于原料不純和存在著各種副反應，常使異氰酸酯相對過量。本實驗在水用量為 3份、PS23152用量為 40份時，考察 R值對泡沫性能的影響，結果見表 3。表3-4 R值對泡沫密度的影響R值 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 密度 /kgm-3 50.4 50.9 52.1 53.2 54.3 57.8 由表3-4可以看出，隨著R值的增加，泡沫密度增大，并且比較明顯。表3-5 R值對泡沫尺寸穩(wěn)定性的影響R值 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 尺寸穩(wěn)定性 % -14.8 -8.5 -1.8 -1.0 -0.8 -0.5 抗壓強度(水平)/M

31、Pa 0.18 0.22 0.28 0.37 0.38 0.39抗壓強度(垂直)/MPa 0.09 0.16 0.21 0.26 0.28 0.30通過表3-5，可以看出隨著R值的增大泡沫的尺寸穩(wěn)定性不斷地提高，抗壓強度也是不斷提高。當 R值低于1.1時，體系中的羥基沒有完全反應 ,泡沫的交鏈密度不夠 ,強度下降 ,泡沫的尺寸穩(wěn)定性較差，這是由于在全水發(fā)泡聚氨酯硬泡體系中 ,水作為化學發(fā)泡劑與異氰酸酯反應生成脲鍵及異氰脲酸酯鍵，而消耗了部分異氰酸酯;當 R值在1.11.3時 ,泡沫在 90下放置48 h,尺寸基本保持不變，因為芳香異氰酸酯分子中含有剛性結構的苯環(huán)以及反應生成的氨基甲酸酯、脲及縮

32、二脲等基團組成的“硬鏈段”，故強度較高。在一定范圍內，R值越高，剛性結構的硬鏈鍛的交聯密度越大，泡沫分子的內聚力也越強，所得的泡沫具有良好的壓縮強度及尺寸穩(wěn)定性 。但當 R值為 1.4時，雖然泡沫尺寸穩(wěn)定性較好，但是泡沫交鏈密度太大，泡沫極脆，粘結性能較差，增加泡沫的生產成本。綜上，R值應該控制在 1.11.2之間。3.1.3水的量對聚氨酯泡沫性能的影響由于全水發(fā)泡體系中泡孔內 CO2是由水與異氰酸酯反應而得，因此水的用量對泡沫性能有很大的影響。水用量對泡沫性能的綜合影響見下表。表3-6泡劑水用量對泡沫性能的影響 量份 1 2 3 4 5 密度 /kgm 72.9 63.4 53.2 46.3

33、 38.4 由表3-6可知，泡沫的密度隨發(fā)泡劑水用量的增加而下降，這是因為水用量增加，水與異氰酸酯反應產生的 CO2多，所以密度降低。表3-7 發(fā)泡劑水的用量對泡沫吸水性的影響質量份 1 2 3 4 5 吸水率 /% 3.1 9.2 9.5 18.4 42.3 由表3-7又可以看出，泡沫的吸水率隨發(fā)泡劑水用量的增加而增加，結合前面可以看出，是因為吸水率與材料的密度和泡孔結構有關。當材料密度大，泡孔結構完整時，水在泡沫中的擴散受泡壁的阻礙較大，因此,吸水率較小；當水用量增加時，密度下降，泡孔缺陷多，水在泡沫中自由擴散，不受泡壁的阻礙,吸水率變急劇增加。由表8又可以看出結合前面可以看出。水的用量對

34、硬泡抗壓強度的影響 (圖2-2)由表3-7和 圖2-2可知，泡沫的壓縮強度隨水的用量的增加而下降。當水用量為 1份時，壓縮強度最大為0.60MPa；當水的用量在 3份時，材料的壓縮強度下降最快，下降了 60%，隨后變化趨于平緩，基本保持在0.1MPa左右；當水的用量在 5份時，材料的壓縮強度降至最小。壓縮強度的變化趨勢與材料的密度和泡孔結構有關。當材料密度大，泡孔結構完整時，泡孔壁能夠承受的壓力較大，因此，壓縮強度較大；當水用量增加時，密度下降，泡孔缺陷多，泡孔壁能夠承受的壓力較小，因此，壓縮強度變小。 綜上，發(fā)泡劑水的用量用該控制在23份之間。3.1.4聚氨酯硬泡的阻燃性能純的聚氨酯硬泡的氧

35、指數一般為 1718，使泡沫材料的阻燃性達不到阻燃標準。TCPP是一種含氯、磷阻燃元素的小分子添加型阻燃劑，廣泛用于阻燃泡沫材料的制備。TCPP對全水發(fā)泡 PURF阻燃作用的實驗結果見 表 3-8。表 3-8 TCPP用量對阻燃性能的影響TCPP用量 10 20 30 40 氧指數 21.2 25.3 25.6 25.8 由圖 3-8可知，隨著 TCPP含量的增加，PURF的氧指數提高，離火自熄的時間減少。當 TCPP添加10份時，氧指數為 21.2，離火不能自熄，當 TCPP用量為 20份時，泡沫氧指數達到 25.3，離火自熄時間為9.2 s；當用量超過 20份時，阻燃性能提高不明顯，而水平方向上壓縮強度和尺寸穩(wěn)